基础选型及优化设计专题报告

送电线路工程基础选型及优化设计专题报告

1.工程概述

本工程由220kV白玉站110kV出线构架起，至110kV黄洞变电站出线构架止，新建三回路线路3×3.15千米，沿线地形以丘陵为主。

优化基础设计、采用适合的基础形式，不但可减少基础工程量、减少基础材料运输量、缩短基础施工工期，从而达到降低工程造价的目的，而且对环境保护以及今后的安全运行、方便维护均具有重要的意义。

2.基础型式选择

基础设计历来是线路工程设计中的重点。各工程基础型式因其沿线的地质地形情况的差异而有所不同，即使在同一线路中，由于地质条件的变化也需采用不同的基础型式。根据本工程地质特点，通过对基础型式的优化比较以及对以往工程的经验分析，我们认为在本工程中采用以下基础型式比较合适：斜柱柔性基础、斜柱刚性基础、扩展底板式基础和桩基础。

2.1斜柱柔性基础

斜柱柔性基础应用范围较广，适用与本工程的粘性土、沙类土、强风化岩石类等多种地质条件。

斜柱柔性基础是国际上普遍采用的一种基础型式，与直柱基础相比，因斜柱基础主柱中心的斜率与铁塔主材坡度相同，故与基础轴线垂直的水平力减少50%以上，而轴向基础作用力仅增大1%—2%，结果大大改善了基础立柱、底板的受力状况，较大地节约了基础材料用量。同时，由于水平力的减少，减少了基础承压强度，使基础的侧向倾覆稳定性得到显著的提高。近几年已在国内外工程中广泛使用。根据我们在以往工程中的经验，使用斜柱柔性基础，与直柱柔性基础相比可降低10%—30%的基础混凝土量和钢筋量。

根据某塔的基础作用里，表1中列出了斜柱柔性基础和直柱柔性基础的材料用量：

斜柱柔性基础技术经济指标比较表（一个腿） 表1

由上表可以看出斜柱柔性基础具有明显的经济效益。

对于转角塔，斜柱基础包含基础底板沿塔身对角线和与对角线成450角布置两种方式，前者是经常才用的方式，其与后者相比，可节约费用3%左右（单基比较）。

2.2斜柱刚性基础

刚性基础为八十年代前普遍使用的基础型式，目前国内外出现了斜柱刚性基础。斜柱刚性基础与斜柱柔性基础一样，基础主柱中心斜率与铁塔主材坡度一致，减小基础主柱所承受的水平力及其弯矩，从而达到减小基础主柱配筋的目的。以本工程中的ZDSn2塔为例，与直柱刚性基础相比，斜柱刚性基础可节约钢材12%左右。

由于斜刚性基础底板不配钢筋，故耗钢量较少，但混凝土用量大，相应运输量大，综合造价较高。

2.3底板扩展式斜柱基础

根据本工程岩土勘察报告书，线路所经部分低洼地区底下水埋深一般在0.2—5.0m，地基承载力较低，因此必须加宽基础底板，如果使用普通的柔性底板基础，势必造成底板过厚，为此我们推荐使用底板扩展式斜柱基础。此种基础是目前国外工程中常用的基础型式，同柔性底板基础相比，底板高度是连续变化的，能充分发挥底板的强度，较好的解决了B1/H1<2.5的问题，可节约混凝土15%左右。在一般地质条件下，当转角度较大、基础下压力大时，也可使用此类基础。在实际应用中，由于主柱是斜柱，底板也不是全对称的，这就使底板钢筋编号增多，钢筋加工量大且容易出错，给基础施工增加了难度，另外对于基础作用力较小、一般地质条件下的塔位，混凝土节约量在5%以内，所以不适于全线大范围使用。

综上所述使用斜柱基础确实能降低基础的方量，但是考虑到本线路较短，如采用直柱刚性基础与掏挖基础配合使用增加的投资并不是很多，而且斜柱基础相比较直柱来讲施工比较烦琐，故本工程考虑使用直柱刚性基础与掏挖基础。

3.基础尺寸的优化

3.1基础埋深

影响基础埋深是主要因素有：①地基持力层、②地下水位、③基础稳定要求。

最佳基础埋深是优化基础设计的一项主要内容。当地质条件较好时，适当加深基础埋深 可以减小基础底板的尺寸，特别是使用斜柱基础时，基础水平力大为减小，使主柱配筋与底板最大承压力都相应减小，当受力不大时主柱配筋大多是最小配筋率控制。

由于线路工程的特殊性，基础埋深大部分由上拨控制，下压不控制，在基础方量不变的 前提下，应尽量深埋，这是由粘土地基得到的结论。对不同类型铁塔基础最佳埋深须视地质条件和受力大小用计算机进行计算分析优化。

3.2基础底板宽及底厚

底板宽度在埋深确定的情况下，由基础的上拨和下压计算确定，一般基础埋深与底板宽之比为1.5左右。底板厚度由两个方面来控制：①基础冲切计算、②宽厚比小于2.5。

3.3基础住柱宽

3.3.1构造要求

主柱宽度要满足构造要求。

对于地脚螺栓连接，主柱宽度可参考表5的数值。

地脚螺栓确定的主柱宽度 表5

地脚螺栓 M20 M22 M24 M27 M30 M36 M42 主柱最小宽度（mm）460 460 460 520 530 590 620 地脚螺栓

M45 M48 M52 M56 M60 M64

主柱最小宽度（mm）670 680 700 768 800 832

*本规定见冶金工业出版社出版的《钢筋混凝土结构构造手册》

上表中主柱最小宽度是由以下两个条件来控制。

①地脚螺栓的中心至基础边缘的距离不应小于4d(d为地脚螺栓直径)，且不应小于150mm。

②塔脚板底边缘至基础边缘的距离不应小于100mm。

3.3.2受力分析

基础主柱采用直柱设计时，主柱所受水平力较大，基础主柱较宽。现在我们根据铁塔塔腿的受力特点。而采用斜柱基础，使其主柱承受的水平力大为减少，改善了主柱的受力情况，主柱宽度可以相应减少，特别是抬高基础效果尤为明显。

4.基础材料的选择

110kV多回路线路工程，基础作用力较大，如果采用C15混凝土，为满足底板抗冲

切验算，势必会加大底板厚度，以ZDSn2塔为例：

土壤类型为粘性土（可塑），上拨角=230，土壤容重=15Kn/m3，地基承载力140kPa

混凝土标号：C15，钢筋级别：Ⅰ级钢，采用M42地脚螺栓，无地下水

计算得混凝土方量6.5m3，钢筋用量429.11kg

如采用C20，Ⅱ级钢：

计算得混凝土方量6.0m3钢用量307.811kg

每基节约方量4*（6.5-6.0）=2m3,

钢筋4*（429.11-307.871）=484.956kg

两者想差是由C15混凝土的抗拉设计强度值为f=0.90Mpa，而C20为f=1.1Mpa。所以用C15混凝土底板厚为500mm，用C20、400mm就够了，因此可以考虑采用C20混凝土、