电力线路工程基础设计方案分析

吴庆华 万志方 杨 艺 曾二贤

(中南电力设计院,湖北 武汉 430071)

1 工程概况

云南小湾送出线路工程包含多条 500kV线路,这些线路中有紧凑型线路,有常规型线路,有单回有双回,有不同导线,铁塔根开大、基础作用力范围大,设计复杂。线路路径所处的滇西地区地质条件变化多样,给工程基础选择带来困难。

线路所经区域构造线多以短轴背、向斜为主。南部长期处于隆起状态,断裂活动频繁而强烈,该大断裂走向近南北向略呈波状弯曲,为二级构造单元界线。

区域覆土层主要为第四系坡残的可塑 -坚硬状态的粉质粘土、粘土及含碎石粉质粘土,山间洼地中局部有软塑 -可塑的冲洪积粉质粘土及粘土[2]。沿线地形以高原型低山、丘陵地貌为主,间夹少量山间盆地。在灰岩分布区,不良地质现象表现为溶蚀现象。

地表水的渗入引起表层土体滑动,是导致土体失稳的重要原因。塔基基础施工会较大程度地改变附近地表水和地下水的排泄条件及植被生长环境,进而破坏山体原有稳定平衡状态,对塔基稳定造成不利影响。设计上应采取针对性措施。

2 基础选型

在计算分析比较各类基础型式特性后,不同地质条件对应的优化基础型式见表 1:

表1 优化基础形式

根据以上分析,本工程按下列原则选用基础:

1)山地岩石地基选用岩石嵌固基础。

2)山区粘土地基,包括含碎石土粘土地基和含粘土碎石层地基的实际承载力条件适合选用插入基础和掏挖基础。

3)位于山间盆地的塔位,地基条件为有地下水的软塑粘土地基选用大板基础;盆地个别塔位的流塑粘土覆盖层厚度达 6.0～10.0米以上时,可选用灌注桩基础。

在明确地基基础基本型式后,具体塔位基础的技术方案要根据铁塔所处的位置、铁塔型式、地基承载力特性并技术经济比较后按最优原则确定。同时,根据地质报告和具体塔基条件,采用必要的护坡、保坎和排水沟等方案,保护塔基稳定和自然环境。

3 基础选型比较

本工程线路路径以山区地貌为主,山地岩石地基条件和山区粘土地基条件约占 98%。粘土地基中工程上较为成熟的是斜柱插入式大板基础和全掏挖基础。这两种基础型式各有特点,本工程大部分地区的地质条件都可采用。山地基础的合理选型对工程基础材料指标和工程造价影响较大,因此,有必要对插入式大板基础和全掏挖基础进行技术经济比较。

3.1 技术方案比较

插入基础抗拔计算采用的是土重法。依靠基础底板以上的土体重量和基础自重抵抗上拔力(见图 1、图 2)。

其特点是基础主柱与塔腿主材坡度一致,铁塔主材内力可沿主柱轴线直接传递至基础底板,大大减小了对基础主柱和底板的偏心弯矩,与大板基础相应也减少了主柱和底板的配筋。在线路基础中已广泛使用。

掏挖基础基础抗拔计算采用的是类似岩石基础的 “剪切法”,依靠土体重量、基础自重和土体凝聚力,原状土的力学性能得以充分发挥作用,具有较强的抗拔承载能力 (见图 3、图 4)。

原状土基础开挖基坑时不扰动原状土,避免大开挖后再填土,无需混凝土模板,对自然环境影响小。采用掏挖基础的优点如下:

1)可充分发挥地基土的原始力学特性,与插入基础相比,其基础砼和钢材用量基本相当。

2)插入基础由于采用大开挖施工方式,基坑土方开挖量是掏挖基础开挖量的 2～3倍。插入基础相采用大开挖方法施工,作业面大、坑土堆放量大,对原始坡体破坏面大,基础完成后有时需要采用挡土墙、护坡等辅助保护措施来保证基础的稳定。

3)掏挖基础可采用加高 (深埋)型式结合铁塔全方位高低腿的使用,能够充分适应原始地形,减小基础的保护范围。相应地减少降基值和基面开挖量。由于掏挖基础充分利用了深层完整土体的力学性能,对原始坡体破坏小。掏挖基础施工对原始地表的破坏小,基面开挖、施工弃土量低,有利于保护原始地表的水土和植被。掏挖基础节约辅助保护工程的材料量,可降低基础工程的整体造价。

4)从施工便利性分析,插入基础和掏挖基础都有十分成熟的施工工艺,各有特点。

插入基础主要工序:基坑开挖、支模 (插入角钢定位)、砼浇制、拆模、回填等施工工序。

掏挖基础主要工序:基坑掏挖、地螺定位、砼浇制。

两者相比,插入基础主要增加了模板和回填工序,插入角钢定位 (特别是高低腿的插入角钢)对施工技术要求稍高。掏挖基础基坑掏挖对最大深度有一定要求。

本工程的掏挖基础的掏挖深度为直线塔 4.6米～5.5米,转角塔 5.0～6.5米,施工企业完全能够按照设计要求施工。目前掏挖基础,如云广特高压直流工程,最大深度掏挖深度也已达 10～12米。

5)掏挖基础的地脚螺栓连接方式利于减小地震的影响和震后的快速恢复。

3.2 经济分析

插入基础和掏挖基础在技术上均满足要求,施工方法、施工工程量和材料量略有不同。在计及施工费用和材料价格后两者工程投资相当,掏挖基础略低。

4 结语语

综上所述,本工程山区粘土的地基承载力在240～280区间,是选用掏挖基础的最佳地质条件。结合沿线地形条件、施工条件和出于保护滇西良好自然环境,本工程优先采用掏挖基础,既体现了经济效益又最大化地取得了环境效益。

[1]云南省地质图说明书 1:500000.[R].

[2]云南小湾 500kV送出线路工程 《岩土工程勘测报告》.[R].

[3]DL/T5219-2005,架空送电线路基础设计技术规定.[S].

[4]云南小湾送出线路工程施工设计说明书.[R].