超高壓輸電線路鐵塔基礎選型研究

李博偉，鄒 健

（陜西省地方電力建設有限公司，西安 710065）

超高壓輸電線路的基礎選型是電力設計工作中尤其重要的一個環節，基礎形式對于電力工程的安全性、經濟性起著至關重要的作用。合理的鐵塔基礎形式不僅僅能較低整個工程的造價，而且對于線路工程竣工后的日常運行和維護工作都起到積極的作用。電力線路工程，尤其是超高壓輸電線路，一般都處于人跡罕至的大山、荒漠或者茂密叢林之中，跨越江河、峽谷，地形起伏大，相對高差大[1]。

對于山區輸電線路工程而言，塔位大多位于山體的斜坡上，地形地質條件相對復雜，一個基塔的四條塔腿都可能位于不同高程。因此，在鐵塔基礎施工過程中，要避免將整個塔基范圍挖成一個大平臺（即降低基面高度）。此外，隨著國家對環境保護的要求逐漸提高，電力線路建設與自然環境的保護也需要同步考慮[2]。為了更好地解決施工與保護之間的矛盾，人們可以結合地形地質條件合理調整鐵塔長短腿，達到基礎施工配合利用的目的。這樣能夠做到少開挖或不開挖，較好地解決場地土方開挖量大的問題，以維持塔位原有地貌地形，既保護了環境和水土，又維護了塔基安全穩定，可謂一舉兩得。

1 基礎類型

1.1 原狀土基礎

原狀土方基礎施工采用人工掏挖成型，與大型土方開挖塔基基礎相比較，雖然混凝土性能指標略高，但是能夠降低基坑開挖工作量及小平臺的土方開挖量，減少施工廢棄土方對地表的破壞，大大降低了施工對周圍環境的破壞，保護了塔基周圍的地貌[3]。同時，原狀土基礎施工在澆制混凝土時不用支模，使施工更加方便，降低了施工費用。因此，原狀土基礎的綜合效益在山區、丘陵等無地下水的地方優于普通大開挖基礎。其主要處于山區地帶，表層地質情況多為泥巖、砂巖或黏性土，基坑采用人工開挖容易成形，擬采用原狀土基礎。其型式和參數分別如圖1、表1所示。

圖1 原狀土基礎型式

表1 原狀土基礎參數

1.2 人工挖孔樁

人工挖孔樁基礎施工是在塔位地質相對復雜、高差較大、場地狹窄，基礎外負荷較大、基礎外露較高時，采用的基礎型式。該基礎同原狀土基礎一樣采用人工開挖，但因埋深較大，在開挖時需根據塔位地質情況確定是否需要護壁保護[4]。該基礎施工能夠有效調節基礎外露高度，降低小平臺及基坑開挖量，減少施工廢棄土方對地表土壤的破壞，降低施工對塔基外部環境的破壞，保護了周圍的自然環境。其型式和參數分別如圖2、表2所示。

圖2 人工挖孔樁型式

表2 人工挖孔樁參數

1.3 斜掏挖基礎

斜掏挖基礎施工是近年來逐步使用的一種新型桿塔基礎形式，它能夠充分利用原狀土變形小、承載力高的工程特性，與傳統直掏挖基礎施工相比，避免了大開挖施工、減少了對環境的破壞程度，提高了基礎的承載能力。此外，斜掏挖基礎施工具有塔腿主材坡度與斜插式基礎主柱坡度一致的結構特點，使得水平力對基礎底板的影響程度降到最低點，底板受力狀況、基礎立柱得到改善，基礎穩定性得到明顯提升[2]。

1.4 斜柱式基礎

斜柱式基礎施工的鐵塔主材坡度與主柱坡度一致，因此基礎施工時所受的上拔或下壓力與水平力產生的彎矩基本能夠相互抵消，地基應力分布較為均勻，受力相對合理，技術經濟指標也相對合理。相比直柱型基礎，其施工能夠節約混凝土20%、鋼材15%左右。該基礎施工是一種柔性底板基礎施工，充分考慮到山區建材運輸條件差，旨在有效減少水泥砂石的運輸工作量。該類型基礎開挖成型時，可以采用圖3所示的開挖方式（即半掏挖方式），其具體參數如表3所示。斜柱式基礎以坑壁來代替塔基底板側向模板，將基礎底板嵌入原狀土方中，從而減少了施工土方量，充分利用原狀土方的內摩擦角和凝聚力，有效提高基礎的承載能力，也相對減少了對地表土壤表層的破壞量，保護了塔基環境。

對于基坑開挖，施工中不能夠按照“坑壁成型”的方式進行，需要按照大開挖的方式重新設計此種類型基礎施工的尺寸。此種基礎施工的開挖量與原狀土基礎相比較大，但是其能夠有效節約技術經濟指標，對于使用原狀土基礎明顯不經濟、基礎外負荷較大的塔位，或者基坑難以掏挖成型、有地下水流經的塔位，均可以采用此類型的基礎型式。

圖3 斜柱式基礎型式

表3 斜柱式基礎參數

1.5 巖石基礎

巖石基礎施工可以節約建材、減少土方挖掘量，現場施工工作量相對較小，具有明顯的經濟效益。根據不同的地質條件，人們可以采用巖石錨樁基礎和嵌固式巖石基礎。

1.5.1 巖石錨樁基礎

巖石錨樁基礎施工主要用于整體性、硬質好且基巖裸露（或風化層及覆蓋層淺）的塔基施工，其大致分為兩類。一是群錨式巖石施工基礎，主要用于塔基基礎負荷較大的塔位。這類巖石群錨基礎主要用于轉角塔、終端塔及重要的塔位，錨筋根數為16～24根，其型式和參數分別如如圖4、表4所示。二是直錨式巖石基礎施工，主要用于塔基基礎負荷較小的塔位。

圖4 群錨式巖石基礎型式

表4 群錨式巖石基礎參數

1.5.2 半嵌式（巖石）與嵌固式基礎

半嵌固式（見圖6）（巖石）與嵌固式（見圖5）基礎是將基礎底部嵌套加固于基巖中，有效利用巖石的剪切能力，達到提升基礎抗拔能力的效果，主要用于軟質巖石且便于人工開鑿（挖）的地基類型。其具有施工工程量小、適用范圍廣、施工簡易材料消耗低等優點，已在多條500 kV送電工程中應用?！扒豆膛c半嵌固”可以互用，因基礎坡度與鐵塔主材坡度基本一致，因而不改變角鋼插入式與鐵塔連接方式。由于基礎主柱施工的可調性（高度）較大，靈活性較好，該基礎能夠填補鐵塔長短腿與自然地貌、地形之間的差距，可以不用平整施工場地而直接進行開挖，對于保護塔基周圍環境能夠起到良好作用。同時，施工較為方便，其能夠采用人工開挖方式，一般石工就可以直接進行施工。

圖5 半嵌式（巖石）基礎型式

圖6 嵌固式基礎型式

1.6 斜柱大板基礎

斜柱大板基礎是一種柔性底板基礎，適用于軟、流塑地基且混凝土澆制所需砂石運輸工程量較大的塔位。其主要特點是：埋深淺，底板寬，方便施工。當用于“流砂型”基坑時，該基礎能利用底板寬度來解決上拔穩定和地基強度問題。大板基礎是根據每個塔位所處地質情況進行設計，因此需在施工圖階段完成，其型式和參數分別如圖7、表5所示。

圖7 斜柱大板基礎型式

表5 斜柱大板基礎

2 塔基周圍環境保護

保護塔基周圍區域環境，是確保輸電線路安全運行的重要環節。高壓線路所經地區在各種自然條件影響下，形成了千差萬別的自然地貌表態，同時人類活動因素對部分塔位的安全可能構成潛在威脅。因此，做好塔基設計，保護好塔位區域的自然環境尤為重要。

無論采用哪種基礎型式，在開挖時盡可能以“坑壁”代替鐵塔基礎底模板的方式開挖，以減少開挖量，避免大土方開挖。同時，盡可能采用人工開挖。巖石地區盡可能采用“嵌固式及半嵌固式”基礎。對于位于相對陡峭的山體、地形質條件較差的塔位，不能采用爆破施工，必須采用人力開挖方式。

3 結語

輸電線路基礎施工方式的設計，對于整體的工程造價有著重要的影響。在施工設計時，人們需要綜合考慮工程的各項社會效益及經濟效益，通過對各種常用基礎施工形式效果的對比和分析，選擇合適的基礎施工形式，充分減小施工開挖量及對環境的破壞程度，使得整個工程設計經濟、安全、環保，更加符合資源節約型和環境友好型工程建設的總體要求。