输电线路铁塔基础选型设计和优化

探讨输电线路铁塔基础选型设计和优化摘要：文章结合工程实例阐述了铁塔基础工程的现状,探讨了影响铁塔基础设计的主要因素,分析了基础工程设计中存在的技术问题，为今后输电线路铁塔基础设计时的选型和优化提出了宝贵建议，以供大家参考。

关键词：输电线路；铁塔基础；选型；设计

铁塔基础是输电线路的重要组成部分和安全稳定运行的基础。由于受自然环境和人为因素的影响，例如地质条件和冰灾、滑坡等自然因素，以及施工质量不良，勘测设计过程中的失误，运行过程中发生的外破事件等诸多因素，均可能造成铁塔基础的位移和不均匀沉降，致使铁塔倾斜或倒塌，甚至引发整个输电网络瘫痪的重大安全事故。铁塔基础是输电线路工程的重要组成部分，它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占有很大比重。各类铁塔基础型式因其作用原理不同及其地质适应性的差异而有所不同，往往在同一线路，由于地质条件的变化而采取多种基础型式，从某种意义上说，沿线地质条件决定了输电线路铁塔基础的设计，根据地质特点，科学合理设计输电线路铁塔基础是保证铁塔安全运行的重要工作。

在实际工作中由于受输电线路路径的限制，经常遇到处于复杂地质条件下的输电线路铁塔基础的设计问题，因此，科学分析铁塔基础的受力特性，研究出更可靠、更经济的基础型式是十分必要的。

现从以下几方面进行分析。

一、确定影响因素

输电线路路径确定后，铁塔基础所处地理位置的土力学性质基本已经确定，影响输电线路铁塔

基础设计的另一个因素就是铁塔与地基在上部荷载作用工况下的相互作用情况和受力变形特点。下

面以联合式输电线路铁塔基础为例，分析联合式基础在上部荷载作用下的受力情况，进而总结出联合式输电线路铁塔基础的受力特点和规律，为下一步设计输电线路铁塔基础做好准备。

（一）铁塔基础受力的基本规律

在输电线路中，联合式基础主要适用于基础根开较小且基坑难以开挖、板式基础上拔土体重叠的软弱土塔位，其设计特点是埋深较浅，基础整体浇制,整体性好。

为更好地分析铁塔基础及土层的受力规律，计算软件采用的是ansys有限元计算，通过分析可以得出联合式铁塔基础在上部荷载作用下,最大基础压应力出现在基础的底部边缘,最大拉应力出现在基础底部与地基土接触点，主要原因是由于混凝土与土体两种材料的刚度相差较大所致，同时基础底部和基础台阶与土层接触处有明显的应力集中区域，这就要求在基础底部和变台阶处加大配筋率，防止基础开裂；同样土体的最大位移点出现在基础底部，但越远离基础底部中心的土层沉降位移量越小，应力在土中不会随土层深度的增加而消散。通过以上计算，可以分析得出当联合式基础使

用于软弱土塔位时，必须精确计算软弱土的地基承载力，确定基础的底面尺寸；当使用于较硬土质情况时，联合式基础的受力将有所不同，很可能出现基础下部受弯、受压破坏的情况，这就要求我们在设计铁塔基础时做好沿线地质勘察工作，防止由于受力不明确导致的配筋偏差，进而导致铁塔基础的严重破坏。

（二）目标函数确定

影响铁塔基础设计的主要因素是基础所受外力的大小和地质条件,当塔型和档距确定后，基础的荷载大小也确定了,铁塔基础的地质条件就决定了基础的型式和尺寸。因此，基础所作用土层的参数特性是影响基础型式和尺寸的重要因素。目标函数确定为： = + ηγ(b—3) + ηγ (d—o．5) (1)

p ≤ (2)

式中———修正后的地基承载力特征值；

———地基承载力标准值(由铁塔基础所处地理位置的土层参数确定)：

η , η———分别为基础宽度和深度修正系数

(由土层参数确定)；

γ———基础地面下土的重度；

b———基础宽度：

γ———基础地面上土的加权平均重度；

d ———基础埋深：

p ———基础自重力(由铁塔基础荷载确定)。

由目标函数可知,必须重视基础所在塔位的地质勘察工作,以确定铁塔基础的持力层,并合理设计铁塔基础型式和尺寸。针对广东地区软弱土分布较广的地质特点，对于窄基塔推荐选用联合式基础。

二、工程实例

下面以广东某穿越高速公路的输电线路铁塔基础为例进行说明，经过对现有线路地质条件的调查，其土层分布及物理指标见表1：

表 1土层物理指标

表 2土层物理指标

注：表中数值为统计平均值

通过上述铁塔基础的受力特点和目标函数的分析，结合本基础所处的地质情况，可选定输电线路铁塔基础型式为联合式基础，根据上表所示土层物理指标选定基础持力层为第二层，并通过验算抗倾覆和软弱下卧层最终确定基础尺寸和埋深。如图１所示：500厚mu30毛石m5水泥砂浆砌筑

图 1联合式铁塔基础剖面示意

三、设计优化与建议

１．针对软弱土塔位和中等荷载线路的条件，联合式铁塔基础与其他各种铁塔基础型式相比，有较好的稳定性和整体性，因此，目前广东地区的铁塔，尤其是窄基铁塔，基础型式可以选定为联合

式基础。

２．设计联合式铁塔基础时，承载力计算数

值的选取一般宜控制在设计值的80％以内。

３．软弱土地基上联合式铁塔基础宜浅埋，这样有利于基础排水并可充分利用地基表层的原状土硬壳层。

４．软弱土地基上联合式铁塔基础在长期荷载

作用下有沉降量积累的问题，需特别注意残余变形的叠加，避免因沉降不均引起局部开裂，对首次使用铁塔基础要进行地基变形计算，最大压力侧变形幅值应小于20mm。

四、结论

输电线路塔位和基础型式的选择对基础设计影响较大，控制铁塔投资成本除应控制铁塔及基础设计外，还应加强路径选择和地质勘察等前期工作。

尽可能选择地形平坦、地质条件较好的路径，尽量避开断层、滑坡、软弱土等不利地质分布地带。在选择基础型式时，需对场地周围的地质条件进行前期的勘察和收资，以便缩短工期、控制投资成本。

参考文献

[1]gb50007—2002,建筑地基基础设计规范[s].

[2]贾建民. 独立式铁塔的优化设计[j]. 电力学报, 2001,(3)．

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。