架空輸電線路鐵塔結構與基礎設計概述

姚華

國網鹽城供電公司 江蘇 鹽城 224100

1 架空輸電線路鐵塔結構設計原理

輸變電線路鐵塔結構設計的基本原則，是根據國家相關法律法規，對 110～750 kV 架空輸變電線路塔架進行優化設計，使其在尺寸、布置、長度、面積等方面達到最佳，在加強強度和穩定性方面進行設計，使之符合施工工程的地形地貌要求，達到安裝靈活，結構安全可靠。對于桿塔荷載要求、結構材料形式與連接方式、鋼種選擇、預應力混凝土桿塔強度等問題，在設計階段都需要認真考慮與實踐[1]。

2 架空輸電線路鐵塔結構與基礎設計

（1）選型要求。桿塔設施的施工是電力工程項目輸變電線路施工過程中的基礎所在。不同電力工程項目施工現場對于桿塔設施具有不同的要求，具體選擇何種類型的桿塔設施還需要綜合考慮施工現場的地形。對于不同地理地貌特征的輸變電送電線路的桿塔施工，應充分考慮當地的地理條件，從而選擇具有針對性的桿塔設施。這就要求施工人員在正式開展施工前，綜合考慮當地的地理地貌條件，選擇滿足要求的桿塔設施，確保其運行穩定性。

（2）塔身坡度設計。結合現場實際設計經驗來看，科學利用大坡度塔身設計手段，不僅可以降低物料損耗問題，同時還可以提高塔結構的運行效果。需要注意的是，大坡度塔身雖然可以達到預期的應用效果，但是受到斜材過于曲折的影響，很容易對鐵塔整體安全運行效果造成不利影響。為了及時解決這一問題，設計人員應該對斜材的位置問題以及應用問題進行適當調整與優化。例如，設計人員可以利用增添支撐物料的方式提高大坡度塔身的適用性。或者利用雙排螺栓固定的方法，提高大坡度塔身的適用性。必要時，也可以按照深化設計要求，對大坡度塔身設計問題進行全周期優化與改進處理，以達到預期的設計目標。

（3）塔身橫斷面設計。一般來說，電網工程中直線桿塔的截面主要是矩形和方形。大量試驗研究表明，直線塔的水平荷載明顯高于縱向荷載。綜合以上研究成果，塔身截面一般按矩形設計是合理的，但不可否認的是，整體抗縱向荷載能力較低，方形塔能表現出較好的抗縱向荷載性能。因此，在設計實踐中，如果能確定線路屬于主網電源點線，其運行階段對安全穩定性提出了更嚴格的要求，建議在塔身設計中采用方形截面。

（4）偏心問題設計。偏心問題是輸電線路大跨越鐵塔設計體系中的重要問題。結合以往的設計經驗來看，影響鐵塔偏心的因素較多，需要設計人員從多個方面對偏心設計問題進行準確貫徹與落實。一般來說，造成偏心問題的主要原因有施工因素、主材接頭質量因素、橫隔面材連接因素等。在具體處理過程中，設計人員應該立足于上述因素出現的具體成因，并且按照質量管理原則以及安全管理原則對現場施工設計內容進行準確貫徹與落實[2]。

（5）防腐設計。輸電線路鐵塔大部分建于野外，甚至是人煙罕至的地區，維護較為困難。因此輸電鐵塔所用的角鋼都是經過熱鍍鋅防腐處理，以滿足國家電網有限公司的耐腐蝕標準要求。輸電鐵塔通常建在交通不方便的野外，這樣帶來了較大的鋼結構防腐維護費用。同時，輸電鐵塔的特殊作業環境要求修復工藝盡量簡便易行，不需要攜帶復雜設備，一次成形后期免維護等。目前，高鋅含量鍍層修復材料正在得到開發，它由純度高于99.99%的鋅粉、揮發性溶劑和特殊有機樹脂3部分配制而成，涂層干膜中含鋅量高達90%以上，以涂料的形式完成對鋼鐵表面的防腐防銹處理，和熱鍍鋅具有相同的防腐防銹的作用，具有干燥時間快、施工簡單、施工環境要求低等特點，特別是在梅雨季節，表面很快干燥，不用擔心雨淋。單組分是它的又一特點，而且還具有易保管，保質期長等特性。在一般的腐蝕環境（C3類）中，涂層厚度在80 μm以上時，防腐年限可達10～20年。

（6）抗風設計。臺風作用下高壓架空線路會產生固有頻率的自激振動、強風振動或舞動，并逐步發展成為斷線倒塔等事故。電網風災數據表明，線斷倒塔等機械事故已逐漸替代絕緣等問題嚴重威脅輸電線路安全可靠運行。 因此，對臺風情況下架空線路力學性能進行研究，指導輸電線路鐵塔的抗風能力設計改造，提升架空線路臺風防御能力。

3 架空輸電線路鐵塔基礎設計

（1）掏挖基礎。這類鐵塔基礎一般指依賴于土的本來面目，不經其他處理，即是混凝土的天然成形。該方法可在一定程度上節省工程造價和施工設計時間，且由于開挖土方量少，施工方便。這類塔基主要適用于不含地下水環境的黏性土和軟巖。因其開挖量較小，對經濟、成本控制和環保有利，可作為鐵塔基礎使用。

（2）人工灌注基礎。對這類鐵塔基礎而言，主要依靠土本身的作用，使混凝土自然成形。但考慮到安全性因素，護壁的設計是十分必要和重要的。但是這種方式在施工上顯得比較復雜。以手工操作為前提，在某些地基受力較大或受地形、地質影響較大的地區，采用人工灌注地基就更為合理。不過，這樣的鐵塔基礎通常需要較高的成本。

（3）斜柱插入基礎。這類塔基與直柱板、臺階基礎大致相同，都是依靠土體和塔身的自重來實現抗拉、抗傾。其特點主要是，斜塔與塔體的斜度近似，使配筋減小，經濟性很高。對于具體的施工，只要是在不含地下水的環境中，各種巖體及圖紙上均可采用斜柱插入基礎。與此同時，其需要的混凝土和鋼筋較少，如果從經濟投資角度考慮，可選用斜柱插入基礎。

4 結束語

近年來，電力工業的不斷發展已成為推動我國經濟可持續發展的重要產業類型。輸電鐵塔是輸電線路的重要組成部分，其設計質量直接關系到輸電線路的運行效率。因此，有關人員應重視輸電鐵塔的優化設計，借助信息技術和超高強度鋼，努力實現輸電線路效率的最大化。鐵塔的設計效果為電力工業的持續有效運行提供了重要支撐。