輸電線路板式基礎設計優化研究

【摘 要】通過對板式基礎進行地腳螺栓預偏、主柱偏心及設置斜柱等優化設計，可顯著改善基礎底面受力性能，有效降低基礎尺寸與本體造價。

【關鍵詞】板式基礎;受力性能;優化設計

基礎工程是輸電線路工程體系的重要組成部分，其工程造價、施工工期和勞動消耗量在整個線路工程中占很大比重。根據統計，輸電線路基礎工程施工工期約占整個工期的50%，運輸工程量約占整個工程的80%，費用約占工程本體造價的15%～20%。選擇合適的基礎方案并進行優化設計，可有效降低整個工程造價。

混凝土板式基礎是輸電線路工程設計中最常用的基礎型式之一，系指通過支模方式埋置于預先挖好的基坑內并將回填土夯實的基礎，此類基礎是以擾動的回填土構成抗拔土體，保持基礎的上拔穩定，此類基礎具有施工簡便的特點。

隨著電力工程大規模建設的發展，輸電線路走廊越來越長，桿塔基礎的費用越來越高;同時隨著電壓等級的提高，桿塔基礎承受的荷載將越來越大，桿塔基礎尺寸也越來越大，因此需要對基礎進行設計優化分析。利用架空輸電線路桿塔基礎設計與優化軟件，結合實際工程，開展混凝土板式基礎設計優化分析，給出設計優化建議。

1 板式基礎的優化分析

1.1基礎的優化設計原則

（1）以結構受力體系最合理為優化目標的整體優化，主要考慮充分利用基礎受力體系的特點，改善基礎結構形式，節約材料消耗。

（2）在一定的結構受力體系下，以造價最低為優化目標的局部優化。

1.2 直柱地腳螺栓偏心基礎

地腳螺栓通過偏心設置，可以達到減少基礎主柱彎矩和減少基礎底面彎矩的目的，偏心所產生的反向彎矩可抵消部分由基礎水平力對基礎所產生的彎矩，使基礎受力更趨合理，進而有效降低基礎的材料量。偏心值越大，所產生的反向彎矩越大。通過計算分析，對于同一塔型，偏心值和折減水平力成線性關系，且當偏心值達到0.3m左右時，可相當于抵消其水平力約30%的作用。通過分析還可得出，直柱式基礎的偏心值與塔腿傾斜坡度和基礎高度有關，所以偏心值的取值應根據塔腿的坡度與基礎的埋深綜合考慮確定。雖然由于主柱寬度的限制，地腳螺栓偏心的方式無法達到斜柱基礎的效果，一般可折減水平力15%-25%，但地腳螺栓偏心的方法除板式基礎和直柱掏挖基礎外，其他基礎型式也可采用;通過地腳螺栓偏心仍然可以起到減少彎矩，降低工程量的目的。

1.3 主柱偏心直柱板式基礎優化

主柱偏心直柱板式基礎，同樣可以達到減少基礎主柱彎矩和減少基礎底面彎矩的目的，偏心所產生的反向彎矩可抵消部分由基礎水平力對基礎所產生的彎矩，使基礎受力更趨合理，進而有效降低基礎的材料量。

本文地質條件取粉質粘土、1m水，以直線塔為例，上拔力取900-1600kN，對多工況地質條件下的基礎進行計算，將主柱偏心直柱基礎與普通直柱基礎進行計算對比及造價分析，詳見下圖所示：

從上圖看，采用主柱偏心直柱基礎較直柱基礎鋼筋量約降低40%，混凝土約降低20%，材料量降低明顯，故采用主柱偏心直柱基礎具有明顯的經濟效益。

1.4 斜柱基礎的優化

由于斜柱基礎將較大的水平力轉成沿塔身主材的軸力，減少了水平力所產生的彎矩，有效地減少了基礎尺寸和鋼筋配筋，從而使該類基礎較直柱板式基礎的混凝土量和鋼筋量有所降低。

本文地質條件取粉質粘土、1m水，以直線塔為例，上拔力取1200-1900kN，在上述多工況、地質條件下，分別按斜柱板式基礎和直柱板式基礎進行計算，將所用的的材料量進行對比分析，如下圖所示：

從上圖看，采用斜柱基礎較直柱基礎鋼筋量約降低30%，混凝土約降低15%，材料量降低明顯，故采用斜柱基礎具有明顯的經濟效益。

2 板式基礎優化結論

（1）直線塔采用斜柱板式基礎較直柱板式基礎，可使混凝土量降低10%～20%，鋼材量降低25%～30%，經濟效益顯著。

（2）建議對于不易掏挖成型的直線塔，優先采用斜柱板式基礎，無法采用斜柱時，可考慮采用直柱地腳螺栓偏心的方式處理。

（3）對于大作用力耐張塔基礎，若采用板式基礎時，可優先考慮等截面斜柱基礎;當選擇直柱板式基礎時，建議采用主柱偏心直柱基礎，以降低材料量，節約造價。

參考文獻：

[1]張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]DL/T 5219-2014.架空輸電線路基礎設計技術規程[S].

作者簡介：

李啟振，男，漢族，山東省單縣，工程師，碩士，國核電力規劃設計研究院有限公司，，架空輸電線路結構方向，

（作者單位：國核電力規劃設計研究院有限公司）