不良地质地段输电线路铁塔基础的合理选型设计探讨

谢沛林

摘 要：输电线路铁塔是电力传输的重要基础设施，随着输电线路铁塔的应用越来越广泛，其在各种不良地质地段中的应用越来越多。由于在不良地质地段中，输电线路铁塔基础设计难度比较高，因此需要对其基础进行合理选型与设计。文章通过分析输电线路铁塔基础的受力规律，并结合实例对其基础选型设计进行探讨。

关键词：输电线路；铁塔基础；不良地质

中图分类号：TU470 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）14-0098-02

作为输电线路工程设计的重点内容，输电线路铁塔基础设计是保证铁塔安全、稳定使用的前提。在输电线路铁塔基础设计过程中，应重点考虑地质条件问题，其基础设计必须要根据地质的条件进行，也只有根据地质特点，合理设计出输电线路铁塔基础，才能有效保证铁塔的安全、稳定运行。但在实际的基础设计中，常常会遇到不良地质问题的限制，这时需要对铁塔基础的受力特性进行分析，以对输电线路铁塔基础进行合理选型，以保证其在不良地质下的安全、稳定使用。

1 工程实例分析

以我国某市的一个输电线路铁塔基础为例。该铁塔基础所处的土层有9层，其物理指标如下：第一层为砂质淤泥质粉土，含水率为40.10%，密度为2.73 t/m3，饱和度为97.36%，液限为24.17%，塑限为14.74%，液性指数为0.81，标准锤击数为3.2击；第二层为粉砂，含水率为26.54%，密度为2.70 t/m3，饱和度为93.5%，液限为0.75%，塑限为6.2%，塑性指数为34.2，液性指数为93.5，标准锤击数为9.1击；第三层为砂质淤泥质粉土，含水率为30.35%，密度为2.71 t/m3，饱和度为97.56%，液限为27.65%，塑限为17%，塑性指数为10.5，液性指数为1.32，标准锤击数为3.4击；第四层为粉砂，含水率为30.11%，密度为2.70 t/m3，饱和度为97.45%，液限为25%，塑限为25%，塑性指数为9.5，液性指数为1.27，标准锤击数为10.2击；第五层为砂质淤泥质粉土，含水率为29.3%，密度为2.72 t/m3，饱和度为84%，液限为27.7%，塑限为19.3%，塑性指数为9.3，液性指数为0.94，标准锤击数为7.4击；第六层为淤泥质粉土，含水率为30.5%，密度为2.71 t/m3，饱和度为96%，液限为30.3%，塑限为19.8%，塑性指数为10.5，液性指数为1.1，标准锤击数为9.1击；第七层为粉砂，含水率为23.50%，密度为2.70 t/m3，饱和度为94.3%，液限为26.9%，塑限为19.0%，塑性指数为8.0，液性指数为1.1，标准锤击数为17.2击；第八层为砂质淤泥质粉土，含水率为30.46%，密度为2.70 t/m3，液限为26.1%，塑限为21.5%，塑性指数为4.6，液性指数为1.92，标准锤击数为17.1击；第九层为粉砂与黏质粉土，含水率为24.46%，密度为2.70 t/m3，饱和度为96.5%，液限为26.5%，塑限为17.6%，塑性指数为8.9，液性指数为1.92，标准锤击数为15.8击。

2 铁塔基础受力规律

为了将铁塔基础的受力规律分析出来，可采用有限元法对其受力规律进行模拟，其材料参数定义为：混凝土的密度为2 700ρ/（kg/m3），弹性模量为2.5×107 E/kPa，泊松比为0.16 ？滋；而土体的密度为2 000ρ/（kg/m3），弹性模量为1.0×104 E/kPa，泊松比为0.45 ？滋；黏聚力为10 C/kPa，内摩擦角为30 Φ/°。

采用有限元计算程序进行计算，从计算模拟图中能分析出联合式铁塔基础在竖向荷载的影响下，其最大的垂直压应力会出现在基础的最底部，而最大拉应力应出现在基础和地基土之间的接触点上。由于基础底部、台阶与土层基础都存在应力集中现象，因此需要加大这些部位的配筋率，以避免出现混凝土开裂现象。而土体的最大位移同样处于基础底部，但随着与底部中心土层的距离越远，且沉降位移量就越小，应力在土中并不会由于土层的深入而消失。当铁塔线路必须要经过软弱土层时，必须要准确计算出其土层的承载力，并确定合理的基础底面尺寸。若遇到较硬土质，铁塔基础的受力就会发生改变，容易产生下部受压破坏情况，因此必须做好铁塔基础所处地质的勘察，以避免铁塔出现受压破坏的情况。

3 输电线路铁塔基础的合理选型设计

当选好铁塔形式后，就可以确定出基础荷载，而铁塔基础所处的地质条件是基础的形式及尺寸。可见，基础受力土层的参数特性就是进行基础形式与尺寸选定的主要因素。其中，目标函数确定为：

fa=fak+？耷b？酌（b-3）+？耷d？酌m（d-0.5）（1）

Pk≤fa （2）

其中，fa表示已经修正的地基承载力特征值；fak代表地基承载力标准值；ηb表示宽度修正系数；？耷d代表深度修正系数；γ表示下土重度；b代表基础宽度；？酌m表示土的加权平均重度；d代表基础埋深；Pk表示基础的自重力。

分析目标函数不难发现，必须要加大对铁塔基础所处地质的勘察，以合理确定基础持力层，采用选择合理的铁塔基础形式。根据铁塔基础的受力特点与目标函数，对输电线路铁塔基础的选型为联合式基础。同时根据铁塔基础的土层特性，将第二层作为基础持力层。该输电线路铁塔基础选型为联合式，以满足淤泥地段的要求，相当于其他的铁塔基础形式，联合式基础的受力性能更突出，且便于复杂地质条件下的施工。在进行联合式铁塔基础设计过程中，应合理控制地基承载力在设计值的80%以内。在淤泥地段的联合式铁塔基础最好的浅埋，不仅有利于排水，还能对地基的原状土硬壳层进行充分利用。由于铁塔基础在长期的使用中，在荷载作用下，往往会出现沉降量积累的情况，因此必须要防止残余变形的叠加，以防由于沉降不均匀而导致局部开裂。铁塔基础在第一次使用时，必须要先计算好地基变形量，合理控制最大压力侧的变形幅度在20 mm以内。

4 对输电线路铁塔基础选型设计的建议

①由于铁塔基础形式的选择与前期设计会影响其基础设计，因此不仅要合理进行铁塔基础设计的选型，还要进行铁塔基础的合理选址。②虽然该铁塔处于复杂的地质条件下，但还要尽可能选择地质条件比较好的地段，尽量避开断层地质。这就要求在进行基础选择时，应对场地进行全面、详细的勘察，以选择一处比较好的地质进行施工。③由于输电线路铁塔基础的地质含水率比较高，工作环境恶劣，容易对铁塔基础造成侵蚀。因此设计应采用C30混凝土，并对一些外露的钢构件、铁件表面采用无溶剂环氧涂料进行喷涂，以起到防腐的作用。

5 结 语

该输电线路铁塔投入使用3年，无出现铁塔动摇、倒塌等情况，运行效果良好。由此可见，在不良地质条件下，通过对地质进行全面、充分的勘探，并根据铁塔基础的受力特点与目标函数，合理选出联合式基础，以保证输电线路铁塔的安全、稳定运行。

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