歐標EN 50341-1輸電線路鐵塔基礎上拔分析

姜寶寶

（青島鴻瑞電力工程咨詢有限公司，山東 青島 266061）

0 引言

自“一帶一路”倡議提出以來，在“共商共建共享”的原則下，中非之間一大批合作項目穩步推進，大量中國企業參與到非洲輸電項目建設之中。由于歷史原因，非洲大部分國家采用歐洲規范體系，通常招標文件中要求采用歐洲標準設計。對于輸電線路而言，非洲大部分地區的地質條件良好，基礎通常采用大開挖形式，其基礎的大小由上拔力控制。

針對輸電線路鐵塔基礎設計，將歐標EN 50341－1—2012與我國 DL／T 5219—2014的關于抵抗上拔的計算方法進行了對比分析，為要求采用歐標設計的輸電線路工程提供參考。

1 基本設計原理

輸電線路鐵塔基礎設計與普通基礎的設計存在較大的不同，普通基礎的主要荷載通常是地上結構傳遞下來的豎直方向的下壓力，基礎的大小由基底土的土壤承載力及土壤沉降決定；但是對于輸電線路桿塔而言，其所承受的荷載主要來自于導線的張力及風吹導線所引起的橫向風荷載，這兩種荷載將在距地面一定高度處對鐵塔產生較大的橫向拉力作用，由此導致鐵塔的4個腿通常是2個腿處于受拉狀態，另外2個腿處于受壓狀態，而對大開挖基礎而言，其基礎的大小通常是由拉力（即在基礎中產生上拔力）控制的。

輸電線路基礎抵抗上拔的方法分為純理論計算的剪切法和采用經驗公式計算的土重法兩種。按土體的破壞機理，剪切法比較符合土體破壞的實際情況，但是剪切法計算需要的各項參數是針對自然土體的，大多數形式基礎施工過程中均會對自然土體產生一定程度的破壞，尤其是對于大開挖基礎，施工過程中基坑開挖的尺寸遠大于基礎自身，基礎施工完畢后，基坑必須回填，而且對于某些比較松散的土體，回填甚至需要采取換填措施。在此過程中，回填抗拔土體的夯實程度難以準確控制、回填后土壤自然固結等因素無法準確衡量，由此導致回填土的物理力學特性與自然土體有較大的不同，各項參數難以合理確定，故對于大開挖基礎，各國均保留了經驗計算方法。

DL／T 5219—2014對回填抗拔土體采用土重法計算。其計算原理為假定基礎在承擔上拔力而被拔出時，只計算鋼筋混凝土基礎自重及上拔角α范圍內四棱錐臺體的土體重量，忽略帶走土體與周圍土壤的摩擦力，并不計土壤顆粒間的黏聚力，這樣設計出來的基礎相對較大。

歐標EN 50341—1采用的半經驗計算方法與國標DL／T 5219—2014的經驗計算方法其原理相同，均考慮鋼筋混凝土基礎自重及上拔角α范圍內四棱錐臺體的土體重量，但歐標EN 50341—1同時也考慮了帶走土體與周圍土壤的摩擦力以及土壤顆粒間的黏聚力。由于帶走土體與周圍土壤的摩擦力以及土壤顆粒間的黏聚力在回填土中難以精確度量，歐標采用經驗方法通過對上拔角α進行修正來體現這部分作用。

2 基礎上拔力計算

以坦桑尼亞某110 kV輸電線路為例，該項目地質情況為中等密度粉土，其上拔角α為20°，土壤重度γs為18 kN／m3；土體距地表厚度5 m范圍內土質均勻，無地下水；鋼筋混凝土重度γc取24 kN／m3。

為便于對分析結果進行對比，采用對比同一個基礎模型的上拔抗力最大值的方法進行分析。該模型底板寬度為B為1.8 m，底板高度hb為0.3 m；第一層臺階寬ws為0.3 m，高hs為 0.3 m；基礎短柱寬 wp為0.6 m，短柱埋深hp為0.8 m，露出地面ha為0.2 m。

2.1 按DL／T 5219—2014計算

計算模型如圖1所示［1］。該模型抗拔土體從邏輯分析角度比較容易理解，當基礎承受上拔力作用時，從基礎底板上平面開始，在上拔角α=20°范圍內的土體均參與上拔抵抗，與實際基礎上拔的情況非常接近。

圖1 DL／T 5219—2014計算模型

其基本計算公式為：

式中：γs為基礎底面以上土的加權平均重度，kN／m3；γf為基礎附加分項系數，從DL／T 5219—2014中查表3.0.16可知，對于非重力式基礎的上拔穩定，直線塔基礎附加分項系數為1.10，轉角塔基礎附加分項系數1.60；TE為基礎上拔力設計值，kN；γE為水平力影響系數，對一般桿塔，由于其水平力遠遠小于上拔力，故該系數取1；γθ1為基礎底板上平面坡角影響系數，當基礎底板上平面坡角≥45°時，該系數為1.2，本例基礎底板上平面坡角為0°，故該系數取1；Vt為上拔角α=20°范圍內鋼筋混凝土基礎和土的總體積；ΔVt為相鄰基礎影響微體積，當相鄰基礎間距不足，造成上拔土體重疊時的體積即為ΔVt，本例由于基礎間距足夠大，相鄰基礎抗拔土體不產生影響，故相鄰基礎影響微體積取0；V0為上拔角α=20°范圍內鋼筋混凝土基礎體積；Gf為鋼筋混凝土基礎自重，kN。

抗拔土計算深度ht為基礎底板上平面覆土厚度，ht=0.3+0.8=1.1（m）。

計算深度ht內基礎和土的體積

計算深度ht內基礎體積

基礎自重Gf即為鋼筋混凝土體積與鋼筋混凝土重度的乘積，即

將各計算結果帶入公式（1）可得

故該基礎可抵抗的最大上拔力為

2.2 按EN 50341－1—2012計算

對于大開挖基礎，歐標的理論計算方法考慮了土壤的凝聚力與內摩阻角，但是由于其回填土土壤性質的難以確定性，歐標采用了理論計算模型再加上經驗修正的半經驗計算方法，使其計算更為可靠。

半經驗計算方法，理論上認為上拔抗力也是由鋼筋混凝土基礎的自重以及沿基礎周邊計算上拔角范圍內的土體共同抵抗?；A土體計算上拔角α取決于回填土的土壤類型、內摩阻角、凝聚力、土壤的壓實程度以及基礎與土壤的粘結力等多種因素，難以準確度量。故在計算過程中對其抗拔土體的上拔角進行了修正，以修正后的上拔角來綜合反映回填土的多種因素的交互作用，該修正后的上拔角稱為計算上拔角β。

計算模型如圖2所示［2］。歐標認為由于回填土具有良好的級配性及壓實緊密，故土壤粘聚性好，上拔土體由于粘聚性的作用，其作用范圍要低于基礎底板上平面。從歐標分析模型也可以看出計算深度ht為基礎底板上平面覆土厚度與基礎底板厚度一半之和，ht=1.25 m，該計算深度大于國標的取值（基礎底板上平面埋深1.1 m）。

圖2 歐標EN 50341－1計算模型

對于上拔角，國標直接采用土體上拔角α歐標采用經過修正的設計上拔角β，其計算如下：

計算深度ht內基礎和土的體積

計算深度ht內基礎體積

計算基礎自重

將各計算結果帶入式（1）可得：

歐標荷載對安全度的考慮采用分項系數法，其荷載分項系數γf不區分直線塔與轉角塔，均為1.1，故該基礎可抵抗的最大上拔力為

為有效抵抗桿塔的上拔荷載，歐標同時補充規定鋼筋混凝土基礎自重與其底板上方矩形范圍內的土重力之和應該大于0.8倍的上拔力，故TE應同時滿足：

故按歐標計算該基礎最大上拔抵抗力為157.95 kN。

2.3 上拔抗力比較

對比上述模型的上拔抗力，可以得出按國標計算的上拔抗力小于按歐標計算的上拔抗力，其具體情況如下：

對于直線塔即歐標的上拔抗力是國標的1.1倍；

2.4 基礎體積比較

當荷載相同的情況下，采用歐標分析的基礎，其體積將小于國標，以該項目為例，項目最終結算結果：對直線塔，歐標基礎混凝土用量約為國標的95%；對轉角塔基礎，歐標基礎混凝土用量約為國標的80%～95%。轉角度數越高，混凝土用量越省。

3 結語

歐標的基礎有效埋深大于中國標準，其最終上拔抗力同樣比中國標準高。對于直線塔，歐標比國標高約10%，而對于轉角塔，歐標比國標高出約61%。而在同樣桿塔荷載的情況下，按歐標計算的基礎，其體積約為國標的80%～95%。

因此在要求采用歐標的項目中，采用中國標準計算上拔是偏于保守的。對于由一般地質條件下的由上拔力控制的桿塔基礎，按中國標準設計會造成工程量增大，成本增加，從而降低我方EPC項目的投標競爭力。

［1］電力規劃設計總院．架空輸電線路基礎設計技術規程：DL／T 5219—2014 ［S］．北京：中國計劃出版社，2014．

［2］European committee for electro technical standardization．Overhead electrical lines exceeding AC 45 kV-Part 1：General requirements：EN 50341－1—2012［S］．London，2014．

［3］王高益．架空送電線路基礎上拔穩定計算公式的修正［J］．四川電力技術，2011，34（1）：56－57，86．

［4］曾二賢，李雋，王開明，等．桿塔基礎抗拔設計埋深的簡易計算方法［J］．電力勘測設計，2010（1）：55－57．

［5］張新春，王璋奇，歐?。谳旊娋€路拉線地錨結構的優化設計研究［J］．電網與清潔能源，2014，30（12）：10－14．