我国输电线路基础工程现状与展望

第26卷　第11期2005年11月

电　力　建　设

E l e ctric Powe r Constr ucti o n

V o.l26　N o.11

N ov,2005

电网技术

我国输电线路基础工程现状与展望

鲁先龙,程永锋

(国电电力建设研究所,北京市,100055)

[摘　要]　输电线路基础不同于一般建筑工程基础,送电线路距离长、跨越区域广、沿途地形与地质条件复杂、地基土物理力学性质差异性大,设计和施工中需要考虑的边界条件较多。杆塔基础除承受拉、压交变荷载外,还承受着较大的水平荷载。在通常情况下,杆塔基础抗拔和抗倾覆稳定性是其设计控制条件。近年来,我国线路基础工程建设出现了许多基础形式:如人工斜掏挖原状土基础,原状土地基承载力高、变形小、开挖量小、节省材料。软土地基复合式小桩基础,可使桩倾斜度与基础所受拉、压力和水平力的合力方向一致,大大提高基础的承载力。

[关键词]　送电线路　杆塔基础　现状　展望

中图分类号:TU473.1　文献标识码:C　文章编号:1000-7229(2005)11-0025-03

Current S t at us and Prospect of Trans m ission To wer Foundati on Engi neeri ng i n Chi na

Lu Xianlong,Chen Yongfeng

(SG E l ectric Po w er Constru ction Research In stit u te,B eiji ng C it y,100055)

[Abstract]　The trans m ission t ow er foundation is d ifferen t fro m nor m al bu il d i ng f oundation s becau s e t he trans m is s i on l ines are of l ong d i s-t an ce,b road cross ed areas,co m p l ex t opography and geological cond itions and great diff eren ce of t h e physicalm echan icalnature of t he foundati on soi.l M any boundary condition s shou l d be con si dered in desi gn and construction.Th e t ow er foundation has t o bear the tensil e and p ress u re a lt er-native l oads,als o t he lar ge horizon t a l load s.Under nor m al situati on t heir desi gn con tr o l cond itions are t he anti-lift and an ti-overt u rn stabilit y of t h e foundati on.

[K eyw ords]　trans m is s i on li ne;to w er foundati on;curren t s it uation;forecas t

1　线路基础工程现状

1.1　我国典型区域性地基线路基础

我国地域辽阔,岩土类别多、分布广,各地区地形地貌和地质条件差异大,区域性地基线路基础型式多样。

1.1.1　软土地基

软土地基主要分布于我国沿海地区、华东地区和天津部分地区等。

软土地基线路基础主要型式有:扩展式基础、大板式基础、灌注桩基础等。扩展式基础设计计算简单,但其配筋量和土方开挖量大、占地面积大、施工机具笨重、搬运困难。大板式基础成本较高、土方量大、施工复杂、特别是在淤泥土质中施工难度较大,不易保证工程质量,易产生不均匀沉降。灌注桩基础造价高、质量不易控制,尤其是在淤泥土质中成孔施工较难把握,易出现钻孔收缩和塌落。此外,还有螺旋锚基础、挤密碎石桩和挤密砂桩等其他类型基础。总体上看,软土地基基础型式多,但处理费用高,在近海地区还存在基础腐蚀问题。

1.1.2　黄土地基

黄土地基主要分布在我国西北黄土高原、黄河中游的甘肃、宁夏、陕西和河南等省,在河北、山东、内蒙、青海、新疆及东北等地也有零星分布。黄土地区送电线路基础型式主要有:刚性台阶基础和插入式基础,部分软弱黄土地基也采用钻孔灌注桩。刚性台阶基础因受力不合理,浪费材料,造价高,己逐渐被淘汰。插入式基础受力合理,采用较多。但是,黄土地基的湿陷性和地震液化病害往往是造成地基承载力降低、产生大变形和不均匀沉降、危及线路安全的主要原因。长期以来,因对黄土工程特性认识不足而造成电力工程建设事故屡见不鲜。目前,工程中常采用2∶8或3∶7比例的石灰和素土对重点塔位进行地基处理。

收稿日期:2005-06-13

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电　力　建　设第26卷

1.1.3　冻土地基

冻土地基约占我国国土面积的五分之一,主要分布于东北地区、新疆地区和青藏高原。冻土地区线路基础在地基特性判定、工程材料选用、施工工艺选择等方面都和非冻土地基不同。这主要是因为冻土在冻结和融化两种状态下的力学性质、强度指标、变形特点与构造的热稳定性等方面相差悬殊,冻胀与融沉是冻土工程的主要病害,且冬季施工的质量隐患显现具有滞后性。

冻土地区线路基础防止冻害的最佳方法是结构措施,当地质条件特殊,采用结构措施不能满足要求时,常采用换填法、物理化学法、保温法、排水隔水等方法对地基进行预处理[1]。冻土地区主要基础型式有插入式基础、掏挖式基础,部分永冻土地区可采用桩基础。插入式基础虽有良好的结构和工程特性,但受非对称冻胀力作用后,基础的上拔和水平荷载会增加,导致其在冻土地基中使用受到限制。

1.1.4　节理裂隙岩体地基

节理裂隙岩体地基主要分布于我国西南山区、长江三峡和宜昌地区。为了保护环境,减小土石方量,节理裂隙岩体地基一般优先采用岩石锚杆基础、嵌固式基础和掏挖式基础等,在缺水及砂石采集较困难的地区,因地制宜地设计和应用装配式基础,则显得比较经济合理。但目前对节理裂隙岩体在静、动外荷载作用下的强度、变形及稳定特性尚难做出准确可靠的评价,从而严重影响基础型式的设计与施工。

1.1.5　风积砂地基

风积砂地基主要分布在内蒙古广大地区,其抗剪强度较低。文献[2]按“土重法”和“剪切法”计算线路基础上拔稳定性。“土重法”属于经验公式,不能从本质上全面反映土体抗拔强度机理;因砂土颗粒之间不存在粘聚力,而“剪切法”公式中引入了粘聚力,致使该公式在风积砂地基中的使用范围受到限制。

1.1.6　盐渍土地基

我国盐渍土主要分布在青海、新疆、内蒙古、甘肃、宁夏等省(区),其对输变电工程的危害是浸水后的溶陷,含硫酸盐地基的盐胀和盐渍土地基对基础的腐蚀等。

1.2　送电线路基础设计现状

架空送电线路基础在设计、施工与检测等方面具有明显的行业特点:首先,送电线路距离长、跨越区域广、沿途地形与地质条件复杂、地基土物理力学性质差异性大,设计和施工中需要考虑的边界条件较多。其次,杆塔基础所承受的荷载特性复杂,基础在承受拉/压交变荷载作用的同时,还承受着较大的水平荷载作用。荷载特性,如荷载的大小、分布、偏心程度以及出现频率等都决定着基础的受力特征,而荷载分布、地基土或岩的工程特性、基础材料特性等决定了基础的工作特性,如破坏面与滑移变形等。通常情况下,杆塔基础抗拔和抗倾覆稳定性是其设计控制条件,而建筑等其他行业基础下压稳定性才是其设计控制条件,与杆塔基础差异较大,因而可供线路杆塔基础直接借鉴与应用的资料较少。

此外,由于科研条件和研究经费的制约,线路基础的研究还比较薄弱,科研成果和技术储备相对不足。又由于线路基础有其独特的分析和设计方法,这些内容在一般教科书中难以找到,如一般基础工程书籍对基础上拔问题仅附带提一下。结果导致了我国在输电线路基础方面受过专门训练的人才偏少,专门从事输电线路杆塔基础的高级研究人员则更少[3]。

目前,常规线路设计中都是将地基、基础和上部结构三者作为彼此独立的结构单元进行分析。分析步骤为:首先,假定基础为绝对刚性(即基础不存在差异沉降),将上部结构分离出来,根据给定荷载采用结构力学或弹性力学方法,对内力进行结构设计。其次,将上部结构分析得到的支座反力,反作用于基础上,并假定地基反力按某一种规定方式分布,求得基础各截面的内力和变形。最后,根据地基的反力分布,用土力学方法计算出地基各点的位移。这种方法虽简化了设计计算过程,但从严格意义上说,它只适用于基础刚度相对较大的特殊工况。事实上,地基、基础和上部结构是一个相互作用、共同承载的统一整体,应满足变形协调条件。地基特性、基础刚度和上部结构都会影响地基反力分布,而且地基的不均匀沉降必然会引起上部结构内力的重新分布。综合考虑三者间的相互作用规律是工程设计中迫切需要解决的问题,但却是目前常规设计所难以解决的。

送电线路基础设计中需要考虑许多因素,但其中最富变化和最难于定量分析的是地基问题,地基条件将直接影响着杆塔定位和杆塔结构,并决定着基础选型与设计。地基特性参数是基础设计的重要依据,但它与取样过程、试验的准确性和随机性有关。送电线路基础分布“点多面广”,在地质资料勘测方面表现为测点多而分散,造成沿线地基勘测资料比较粗浅,精度和详细程度都难以做到像建筑物地基那样精确可靠。此外,同一条线路可以使用许多基本相同的杆塔,而这些杆塔基础的工作特性却

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