“平头型”掏挖基础在输电线路工程中的应用

余 琼， 王 钢

(四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610016)

“平头型”掏挖基础在输电线路工程中的应用

余 琼， 王 钢

(四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610016)

笔者就输电线路工程设计中有关掏挖基础应用时常遇到的几个问题作特别提出，并通过对相关规范、资料等的分析理解，结合国网公司“两型三新” 输电线路的设计导则，提出与常规设计相反的思路，即原状土掏挖基础宜采用“不露头”的个人观点，供各位同行作参考。

输电线路；基础设计；土石方；“平头型”掏挖基础。

随着人们对自然环境保护意识的加强，对输电线路塔位基础的优化设计显得日益重要，“两型三新” 输电线路的设计导则特别提出环境保护设计应树立“不破坏就是最大的保护”的理念。因此，线路基础在优化设计时，在考虑基础本体优化的前提下，应以最大限度减少土石方量、维持塔位上下边坡及基础自身的稳定性、施工余土的合理堆放等方面进行。

1 西南地区掏挖基础应用现状

西南地区输电线路多在山区及丘陵地段走线，塔位地质多为明显的二元结构。上覆土层以粘性土为主，下伏基岩以泥岩、砂岩等为主；基础持力层的地基承载力较好，基坑开挖易于成型，基础型式应优先采用原状土基础(如岩石基础、掏挖基础和人工挖孔桩基础等)。尤其在地形较好的线路工程中，各设计单位的掏挖基础使用比例均较大。为贯彻环保设计理念，设计单位在基础设计中普遍采用“全方位长短腿和高低基础相配合”的方法，对同一基础型号又分别有2～3种不同露高的“衍生型号”，如TW2143、TW2146…。

掏挖基础以基坑开挖形状可分为斜掏挖基础、直掏挖基础；其中，以直掏挖基础应用较广泛。掏挖基础基柱断面一般按圆形设计，施工时地面线以下部分以土代模，基坑成形后，直接将基础的钢筋骨架和混凝土浇入掏挖成型的土胎内，土石方开挖量几乎与混凝土方量相当，环保性最佳。同时，由于减少了对原状土的扰动，能充分发挥地基土的承载性能，在一定基础作用力范围内能较大幅度的节约基础材料和施工费用。在相同的基础尺寸下，可提高抗拔承载力约1.2倍，减少挖填方40%～60%。

以往工程设计的掏挖基础底板为刚性，与铁塔连接采用地脚螺栓；近几年，出现了底板配筋、与铁塔连接采用插入角钢连接的“斜插直掏”的基础形式。我公司在500kV南德II回、东华II回、东资两回紧凑型线路工程等四川省电网重点工程中均大量应用此类“斜插直掏”的掏挖基础(见图1)， 经济效果显著。

图1 “斜插直掏”的掏挖基础

2 实际工程中遇到的几个问题

通过近年来的工程实际，参加建设的各单位对这种基础形式均给予了充分的肯定。同时，施工单位也反映了几个施工工艺上的困难：

(1)插入角钢基础顶面积水问题

铁塔与基础连接采用插入角钢是将塔腿主材角钢“延伸”并直接插入基础；因取消了塔脚板和地脚螺栓，在大部分情况下可以节约塔身本体钢材，所以在近年的线路工程中广泛应用。另一方面，无论是大开挖基础还是原状土掏挖基础，设计单位通常要求采用插入式角钢连接的基础均不浇注保护帽。但是在建设后期的运行过程中，运行单位发现插入角钢基础的基础顶面易积水，插入角钢出现过早锈蚀的现象；这将给线路的长期运行安全留下不利因素。

为解决这一问题，我公司设计时要求施工单位将基础立柱顶面浇注成“插入角钢处高，四边低”利于排水的形式(5%散水坡度)。但笔者从多家施工单位调研的实际情况看，若要严格满足此设计要求，需对基础立柱顶面进行二次抹面，施工工艺麻烦，而实际效果并不理想。因此，急需寻找一种新的方式解决这一瑕疵。

(2)掏挖基础圆形模板的利用率问题

通常情况下，线路基础设计均要求“基础立柱露出地面至少0.2m”且出露部分混凝土浇注时均需支模。对于掏挖基础而言，地面线以上部分在混凝土浇注时需支立圆形模板，所谓“以土代模”也仅是指地面线以下部分。

圆形模板有一定的特殊性。因圆形模板无法像方形钢模板一样灵活组合，一般须由工厂定制，利用率低、成本较高；另外，圆形模板在运输、维护等方面上均比方形钢模板费用高。

3 “平头型”原状土基础的提出

笔者通过对相关规范、资料等的分析理解，对以上问题的解决方案提出一些与常规设计相反的思路，供各位同行作参考。

(1)原状土基础不露出地面，采用“平头”型式

过去基础设计都以本体材料指标为优化目的，基本未考虑场地植被保护、余土堆放等环保问题。另外，设计传统上要求立柱露出地面一定高度是基于为防止塔材接触土壤，产生锈蚀等原因而提出的，与基础受力特性无关。而实际施工时，为达到基础立柱出露地面这一设计要求，施工塔位基面时将无法避免开挖“小平台”。见图2。

图2 山区长短腿铁塔基础开挖小平台示意图

在新的建设环境要求下，行业标准《架空送电线路基础设计技术规定》(DL/T 5219-2005)(以下简称《技术规定》)附录B中“对塔位基面设计原则要求部分”就明确指出“为使铁塔长短腿与地面高差相适应，在严格控制埋入深度情况下，铁塔塔腿可适当埋入基坑”。这一原则为减少塔基土石方开挖量起到了指导作用。

另外，《技术规定》第5.0.8条还规定：“原状土基础在计算上拔稳定时，其抗拔深度应扣除非原状土层厚度”。遵循这一原则，设计人员在基础设计中一般考虑此土层厚度为0.3m～0.5m。换言之，按通常方式设计计算原状土基础时，基础立柱基本露出高度最少要取为0.5m，甚至有的达到0.8m，衍生型号的基础取值更大。众所周知，基础立柱露头高度的增加将直接影响到桩顶水平力在基础与地面结合处的初始弯矩的大小，从而也将直接增加桩身及基底弯矩，造成基础尺寸及钢筋用量的增加，基础稳定性和经济性变差。笔者认为可作一下简单的改进：设计时立柱露出高度仅考虑扣除非原状土层厚度，同时要求施工时按基础立柱不露出地面，仅需立柱顶面与原始地形线平行施工既可。这样，在无需特殊手段的前提下，不仅减少了基础材料量和塔腿基坑开挖“小平台”的土石方开挖量，同时可实现真正的施工“零模板”，节约大笔施工费用。

(2)插入角钢基础顶面浇注“高保护帽”，利于排水和保护塔材“一举两得”。

在基础立柱不露头的情况下，为保护塔材及防锈蚀，笔者建议打破传统，插入角钢基础仍采取浇注保护帽的措施。设计时仅简单的改进保护帽的施工要求：将保护帽的高度由0.3m提高到0.5m；保护帽混凝土强度等级由C10提高到C15即可。见图3。

通过以上改进，不仅能有效保护塔材，同时也能彻底解决长期困扰运行单位“有关插入角钢基础顶面容易积水”的问题。

图3 本文推荐的“平头型”掏挖基础

4 工程算例

以东资两回紧凑型线路工程中采用的CZA31直线塔为例，将新旧思路进行设计的掏挖基础(位于硬塑粘土的土壤状态)进行了比较，见表1。

表1 两种思路设计的掏挖基础主要参数比较

由表1可知，掏挖基础按“不露头”设计，除了实现施工“零模板”外，单个基础钢筋用量可节省约8%～10%，混凝土用量可节省约10%～15%。东资两回紧凑型线路工程共采用铁塔343基，其中CZA31直线塔171基。按每基CZA31塔2个腿用“平头型”基础计，按此计算可节约钢筋耗量(292.5-264.1)×2×171=9712.8kg， 混凝土方量(4.26-3.83＋0.08)×2×171＝120m3。如果全线的掏挖基础均按本文推荐方法设计，经济效益是可观的。

5 结论及建议

(1)输电线路工程基础设计传统上要求立柱露出地面一定高度是基于为防止塔材接触土壤，产生锈蚀等原因而提出的，与基础受力特性无关；而新的《技术规定》中塔位基面设计原则是允许铁塔塔腿适当埋入基坑。

(2)本文推荐在原状土掏挖基础设计时按“基础立柱不露出地面”的设计思路，即设计为“平头型”掏挖基础。

(3) “平头型”掏挖基础主要有以下优点：

①最大限度地减少塔腿基面土石方开挖，减少施工余土。

②实现施工“零模板”，减少施工成本。

③能明显节约单个基础的混凝土方量和钢筋耗量。

④基础顶面浇注“高保护帽”，彻底解决插入角钢基础顶面积水问题。

[1]DL/T 5219-2005，架空送电线路基础设计技术规定[S]．

[2] JGJ 94－2008，建筑桩基技术规范[S]．

[3]张殿生．电力工程高压送电线路设计手册[K]．北京：中国电力出版社，2003．

[4]李庆林．架空送电线路施工手册[K]．北京：中国电力出版社，2002．

Application of the “Plane Head” Undisturbed Soil Foundation to Transmission Line Engineering

YU Qiong, WANG Gang
(Sichuan Electric Power Design & Consulting Co.,Ltd., Chengdu 610016, China)

The essay considers some of the common problems in the application of the Undisturbed Soil Foundation in transmission line.Through the analysis of related codes and regulations, and considering the new design guidelines for electric transmission engineering new idea that opposites the traditional ideas is given.The new idea suggests that it is better to make the hight of the top of the undisturbed soil foundation than it is use to be.

transmission line; foundation design; cubic metre of earth and stone; “plane head” undisturbed soil foundation.

TU4

B

1671-9913(2011)03-0064-04

2011-04-08

余琼(1965- )，女，重庆涪陵人，工程师。