如何优化设计输电线路铁塔基础选型 张帆

如何优化设计输电线路铁塔基础选型张帆

发表时间：2018-05-31T15:18:06.110Z 来源：《防护工程》2018年第2期作者：张帆陈道鹏

[导读] 要结合具体地质及地形等条件，基础型式选用合理优化、降低造价，满足工期、环保等要求，提升设计水平以满足结构设计的要求。

摘要：现阶段，随着社会的不断的发展与进步，人们对电力的需求越来越大输电线路工程体系的基础选型及优化至关重要，直接关系到线路的工程安全、造价和对环境的影响，基础设计研究前，在熟悉地勘报告的前提下，针对具体的塔位和地质情况因地制宜地做到经济、适用与合理，尽量减少开挖土方对环境的破坏，使每种基础型式能够最大程度地适应具体地质条件及杆塔型式，满足其承载力与杆塔的上拔力或下压力的平衡与稳定，综合分析比较，对线路基础选型和优化进行阐述。

关键词：优化设计；输电线路；铁塔基础选型

引言

铁塔是通过基础将荷载传递到地基中去,无论地基或基础哪一部分出现问题或发生破坏,都将对上部铁塔造成恶劣影响甚至造成重大事故。由于地基条件的复杂性,土的物理力学性质的特殊性,人们至今对它的认识还在探索和深入,因此,地基基础的设计在超高压送电线路设计中占有极为重要的地位。而基础型式的选择又是影响工程总体造价主要因素之一。送电线路基础的设计原则。线路经由各段基础型式的选择,应结合各段地形、水文地质情况、施工条件以及铁塔型式加以确定,并且应在满足规程、规范的前提下,尽可能地降低工程造价。为使线路能安全、稳定地运行,铁塔基础结构设计应满足如下的功能要求:能承受正常施工和正常运行时可能出现的各种工况下的荷载;在正常使用时具有良好的工作性能;正常维护下具有足够的耐久性能;在偶然事件发生及发生后,仍能保持必须的整体稳定。

1输电线路杆塔的分类及概述

输电线路杆塔是输电线路建设过程中必不可少的重要结构组件，其主要的功能就是把导线、避雷线和附属设备进行支撑架空，从而保证所有相关的导线之间，导线与地面和一些交叉跨越物之间保持安全的距离。在电力系统中主要应用的电力线杆塔主要分为：直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、换位杆塔、跨越杆塔、终端杆塔这五大类。而电力杆塔建设主要采用两种材料形式：铁塔和钢筋混凝土塔。一般在输电线路的电压等级大于110kV时都采用铁塔形式，而电压等级小于66kV时会多采用钢筋混凝土塔。在输电距离较远，线路电压等级高，施工环境复杂的环境一般采用铁塔。由于铁塔结构的可变性，铁塔结构的安全性方面有着相当的优势。但是铁塔的使用对材料的需求量也大，结构设计不合理也会导致杆塔本身的抗弯矩和承载力的不足，并造成材料浪费。因此电力线路杆塔必须要根据线路的电压等级、回路数量、环境情况等进行考虑，从而选择合适的杆塔形式后在针对实际情况进行优化选择，从而选择最为合适的杆塔结构，从技术性、经济性方面综合对杆塔的选择进行评判。

2影响输电线路铁塔基础设计的因素

铁塔主要是利用基础将实际所承受的各种荷载传递到地基之中的，因此对于铁塔基础的设计显得尤为重要，尤其是在一些超高压甚至特高压输电线路的设计上。输电线路铁塔基础在实际的设计选型过程中会受到方方面面因素的影响，要结合具体塔位的地形及水文条件特征，还要考虑到地基本身的复杂性灵活地选择。整体设计要从线路的安全性与可靠性出发，充分考虑上部铁塔传递的荷载特点，还要考虑铁塔和输电线路所处的位置，考虑基础与铁塔二者之间的作用与实际的受力情况。铁塔基础埋深并不是很深，因此在具体设计之前必须充分考虑到一些可能影响到它的因素。①输电线路的铁塔基础设计一定要综合分析铁塔的受力特点，总结出具体的规律。可以利用一些专业的软件对基础的受力情况进行全面系统的分析，得到最准确的基础底部承受的上部压力数据，然后再根据这些数据对地基的实际承载力进行精准的计算。②要考虑到塔位地质情况，了解地基强度以及具体的特点。由于基础是钢筋混凝土浇制而成，与实际地基土的刚度存在很大的不同，因而只有结合实际的地质环境，了解到基础受力与土层之间的关系，才会避免基础底板出现弯曲或者由于受压过大而出现基础变形。③要结合施工工艺特点，选择符合实际的设计理论和基础材料，按照实际的受力情况合理配置基础钢筋，避免由于配筋发生偏差而导致基础结构设计的不合理，导致铁塔的实际抗倾覆性差，避免给日后的工程施工埋下巨大的隐患。

3优化设计输电线路铁塔基础选型的措施

3.1加强铁塔基础结构的设计安全

目前，架空输电线路常用的基础型式主要有原状土基础和开挖回填类基础两大类，由这两大类又可延伸出其它许多基础型式。每一种类型基础都有自身的特点及其适用条件，因此对于基础型式的选择一定要充分结合实际的地理环境，结合具体地质、地貌、水文特点、施工条件等多方面的综合因素进行考虑，一定的不能够按照自己的主观想法随便地选取，要选择最适合的类型的才行。设计师在实际的设计过程中还要充分考虑铁塔的整体稳固性、安全性、经济性，要精准地计算出铁塔的基础受力情况，才能有助于更加科学地选择适合的塔基类型。

3.2基础作业方式的选择

在材料用量接近的情况下，斜掏挖基础的偏心值最大，其次为插入角钢，地脚螺栓的偏心值最小。偏心值的大小反映了可以有效减小基底附加弯矩的程度。在压力相同的情况下，斜掏挖基础对地基的承载力要求最低。具体选择情况如下：①山区中无法采用插入角钢的掏挖基础时，可采用地脚螺栓偏心直柱掏挖基础；②当上部土体直立性较好、不易坍塌时可考虑斜掏挖基础；③地势平坦、施工方便的地区可考虑采用斜插直柱式基础。

3.3开挖类基础的优化

开挖类基础的优化包括以下四个方面：①直线塔采用斜柱板式基础较直柱板式基础来说，可降低混凝土用量的4%～10%，降低钢材用量的25%～30%，其经济效益显著。②建议对不易掏挖成型的直线塔优先采用斜柱板式基础，无法采用斜柱时，可考虑采用直柱地脚螺栓偏心的方式处理。③对于大作用力耐张塔基础，如果采用板式基础时，可优先考虑等截面斜柱基础；如果选择直柱板式基础时，建议采用主柱偏心直柱基础，以节省材料用量，降低造价。④当地质条件较好时，应尽可能地增大埋深，从而有效减小基础底板的尺寸，以节省材料用量，降低造价。

结语

输电线路基础选型和优化对工程有着直接的影响，在基础选型和优化设计时，要结合具体地质及地形等条件，基础型式选用合理优化、降低造价，满足工期、环保等要求，提升设计水平以满足结构设计的要求。