不良地質地段輸電線路鐵塔基礎的合理選型設計分析

陳延超 陸秋云 韋俊韜

（廣西電網規劃研究中心，廣西南寧 530000）

0.引言

不良地質地段與良好地段存在差異，在進行輸電線路鐵塔基礎選型設計時，應根據地段的設計情況，合理開展設計工作。下面結合工程實例進行不良地質地段輸電線路鐵塔基礎選型設計研究，增強理論與實踐的有效結合，為這一工作優質高效開展提供支持。

1.不良地質地段輸電線路鐵塔基礎選型設計原則

（1）安全性。不良地質地段對輸電線路鐵塔穩定性影響較大，在開展相關設計工作時，必須保證其安全性，能夠適應這一不良環境，從而為輸電線路安全穩定運行提供有力支持[1]；（2）經濟性。輸電線路鐵塔建設過程中，將會涉及到一定的成本投入，尤其是一些不良地質環境下，為了保證輸電線路鐵塔工程達到預期質量目標，成本投入相對較大。在開展相關設計工作時，應在滿足質量和安全的前提下，盡量降低其成本[2]；（3）優質性。輸電線路在建成之后，需要保持良好的運行狀態，這樣才能滿足實際需求，但由于輸電線路運行受到自然環境、人為因素、地質結構等多種因素影響，容易出現故障，影響其正常運行[3]。

2.不良地質地段輸電線路鐵塔基礎選型設計原理

2.1 影響因素確定

在確定輸電線路之后，鐵塔所處的地理位置基本確定，基于此進行土力學性質分析，明確影響輸電線路鐵塔基礎設計的因素，合理進行控制，保證輸電線路鐵塔基礎選型設計科學合理。經過總結，在有關方面工作開展過程中，影響不良地質地段輸電線路鐵塔基礎選型設計的因素主要包括地下水含量、土質結構、上部荷載大小、基礎受力后形變大小等。應對所有相關影響因素詳細勘察，得出準確結果，作為設計依據。

2.2 鐵塔基礎受力規律

為了詳細分析鐵塔基礎及土層受力規律，保證設計合理性，可以使用有限元法對鐵塔基礎受力進行模擬，基于此分析其在相關荷載作用下的形變情況。首先，進行材料參數設置，其中，混泥土密度為2750kg/m3，彈性模量為2.50×107E/kPa，泊松比為0.160。土體的密度為2010kg/m3，彈性模量為1.00×104E/kPa，泊松比為0.450，粘聚力為10.0C/kPa，內摩擦角為30.0°。

本文在進行鐵塔基礎受理規律分析時，使用ANSYS大型有限元計算程序，進行計算圖形模擬，通過計算模擬分析可以得出，當豎向荷載作用在聯合式鐵塔基礎之上時，基礎底部位置產生最大垂直壓應力，基礎與地基土體接觸位置則形成最大的拉應力。分析這一現象產生原因，主要因為混凝土與基礎土的剛度差距較大造成的。與此同時，基礎底部及基礎臺階在與土層基礎相交位置存在應力集合區域，為了適應應力帶來的影響，防止混凝土開裂，必須在基礎底部和變臺階位置增加配筋量。對于同樣重量的土體，其位移最大的位置出現在基礎底部，且與基礎底部中心土層距離越遠，沉降位移越小，相應的應力雖然受到土層深度影響，但不會因土層加深而逐漸消散。基于上述分析可知，如果鐵塔基礎位于軟土層，必須準確界定軟土層承載能力、基礎底面大小，作為基礎選型設計依據。如果鐵塔基礎所在土層土質較硬，將會影響鐵塔基礎受力情況，增加鐵塔基礎下部受壓破壞問題發生幾率，要求鐵塔基礎設計時，合理進行配筋量確定，防止混凝土受壓破壞。

2.3 目標函數建立

根據上述研究中影響鐵塔基礎設計的因素分析結果可知，基礎受外力作用大小和地質情況屬于主要影響因素。當明確鐵塔形式之后，基礎荷載則可基于此確定，并在地質條件的影響下明確基礎大小和外形。所以，基礎受力土層中土層參數情況可以作為基礎選型依據，目標函數如下：

在上述公式之中，fa代表經過修正之后的地基承載能力特征值大小；fak代表地基承載狀態下的承載能力標準數值；ηb代表基礎寬度修正之后的系數；ηd代表基礎深度修正之后的系數；γ代表基礎地面下方位置圖的重度；b代表基礎寬度值；γm代表基礎地面上方位置土體加權后的重度平均數值；d代表基礎埋深大小；Pk代表基礎自重力大小。由此可見，必須加強基礎勘查工作，做到全面而精準，這樣才能保證基礎選型設計合理性。

3.不良地質地段輸電線路鐵塔基礎選型設計實例

（1）工程實例勘查。本文以XA工程作為實例，展開實踐設計研究工作。首先，對于XA工程進行地質勘查，獲取相應的地質信息，作為鐵塔基礎設計的依據，詳細情況如表1所示。其中，一層、三層、五層、八層皆為砂質淤泥質粉土。二層、四層、七層、九層為粉砂。六層為淤泥質粉土。（2）基礎選型設計。根據上述的地勘結果，進行目標函數和鐵塔基礎受力特點界定，選擇的輸電線路鐵塔基礎為聯合式。基于鐵塔基礎的土層特性選擇基礎持力層，具體為第二層，且通過計算，軟弱下臥層滿足允許位移。（3）研究結論。基于上述研究，得出結論如：1）相對比而言，聯合式鐵塔基礎受力能力較強，便于施工，屬于一種應用較廣的鐵塔基礎；2）在使用聯合式鐵塔基礎時，地基承載力設計值宜保持在設計值的80%以下；3）位于淤泥之上的聯合式鐵塔基礎，適用于淺埋的方式，便于排水；4）淤泥基上的聯合式鐵塔基礎在長期荷載作用下，存在沉降問題累積的情況，應對累積情況進行檢測，及時處理，防治局部開裂問題的出現。（4）研究建議。根據上述研究，提出建議：1）加強地質環境勘查投入，做到準確、精細、全面，從而為基礎選型設計工作開展提供有效依據。具體工作開展時，應由專業人士按照基礎選型設計需求開展地勘工作；2）基礎選型設計人員必須具有較強的專業素質，對于選型設計方案應對比分析，通過計算驗證其是否合理。與此同時，還要考慮方案的可操作性、經濟性等問題，統籌規劃；3）加強后續維管投入，詳細計算并分析基礎處于正常運行狀態下的受力情況，采取針對性的管理措施，避免基礎受到破壞。

表1 地勘結果

4.結語

不良地質地段輸電線路鐵塔基礎選型設計工作較為繁雜，必須結合實際環境進行針對性設計，保證其科學合理，安全可靠。在具體操作時，應注重環境勘查，保證數據信息真實而全面，并加強方案設計投入，保證基礎方案科學合理，便于操作，滿足線路運行所需。