浅谈输电线路基础选型及优化设计

高新杰

摘 要：根据输电线路地质和杆塔基础受力的特点，以降低造价、保护环境、方便施工、安全运行为目的，讨论了基础选型、优化对比分析和特殊地基处理。

关键词：杆塔基础；工程投资；输电线路；地基处理

中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0055-02

杆塔基础作为输电线路的重要组成部分，选择合理的基础型式、优化基础设计，不仅可以降低工程投资，而且对环境保护、线路的安全运行和维护也是至关重要的。

1 基础工程的现状和问题

杆塔基础作为输电线路的重要组成部分，它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重。随着电压等级的升高，杆塔基础在整个线路造价中的比例也逐渐升高。

2 工程地质

国内线路的沿线地貌类型主要为平地、丘陵、山地和高山，局部有河网、泥沼，在冲积平原地区还应考虑地下水的影响。

3 基础选型

3.1 基础选型的原则

常规输电线路的基础设计原则可将《110～750 kV架空输电线路设计规范》（GB 50545—2010）和《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T 5219—2005）的设计要求作为主要依据，并依照已建输电线路的设计经验，采用荷载的设计值计算基础稳定、基础承载力、基础配筋；采用荷载的标准值计算地基的沉降、基础的位移和裂缝。

3.2 重要性系数的选取

架空送电线路设计的首要任务是确保其运行的可靠性。基础设计原则必须和杆塔设计原则相结合，按现行规范取值后不再单独考虑重要性系数。

3.3 基础方案选择的意义

基础方案选择的意义有：①控制工程造价的要求；②线路安全运行的需要；③环境保护的要求。

3.4 基础型式简介和工程特性

根据基础选型的原则，并结合典型的地质情况，提出了以下基础选型的结论：①在黏性土山区，作用力较小的Ⅰ，Ⅱ型直线塔优先采用掏挖基础，大档距直线塔、转角塔优先采用人工挖孔桩基础，仅在少数地基土直立性较差、无法掏挖成型的塔位采用斜柱板式基础等开挖类基础。②对于石灰岩山区中微风化和中等风化的岩石地基，主要采用岩石锚杆基础。③河网、泥沼地区主要采用灌注桩基础、旋锚基础、复合式沉井基础，还应根据塔位的地质特点和基础的技术、经济比较结果来选择其他的基础型式。

4 基础型式的优化

4.1 原状土基础的优化

原状土基础主要包括掏挖基础和挖孔桩基础。它们以天然土构成的抗拔土体保持基础的上拔稳定，能充分发挥原状土的特性，具有良好的抗拔能力和较大的横向承载力。

4.1.1 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。

4.1.2 基础埋深和主柱直径的优化

在基础的计算过程中，如果在基础荷载和地质条件相同的情况下，基础埋深与主柱直径会相互影响，将导致预计材料用量与实际工程造价的差异较大。

当设计埋深小于最佳埋深时，基础主要受上拔工况控制；当设计埋深大于最佳埋深时，基础主要受桩侧土承载力或下压工况控制；当设计埋深等于最佳埋深时，基础在满足上拔和下压稳定的同时，在水平力的作用下，桩侧土的压应力也刚好等于地基的承载能力，此时为最佳受力状态。

因此，基础的埋深优化需结合地基承载力，使埋深与基础直径相匹配，以使基础达到最佳埋深时的受力状态，这样的基础最为经济、合理。

4.1.3 掏挖基础和挖孔桩基础的分析比较

在基础作用力较小的情况下，原状土基础按掏挖基础和挖孔桩基础理论分别进行设计，材料用量的差别并不大。其中，掏挖基础的施工费用较低，所以采用掏挖基础较为经济，但随着基础作用力的增大，因计算理论的模型和计算理论的差异，特别是水平力的增大，再加上掏挖基础侧向支撑作用有限，导致地基承载力难以满足设计的要求。而基础的上拔工况余度往往很大，使用的材料量增加较多。

4.2 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。

5 特殊地基的处理措施

对于规模较小的滑坡，建议在定位阶段采用塔位避让措施；对于经过经济技术比较后无法避让的滑坡，可以采取相应的处理措施；对于塔位附近的高陡边坡，建议在定位阶段采用塔位避让措施，否则就应对其进行加固和清理处理。

摘 要：根据输电线路地质和杆塔基础受力的特点，以降低造价、保护环境、方便施工、安全运行为目的，讨论了基础选型、优化对比分析和特殊地基处理。

关键词：杆塔基础；工程投资；输电线路；地基处理

中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0055-02

杆塔基础作为输电线路的重要组成部分，选择合理的基础型式、优化基础设计，不仅可以降低工程投资，而且对环境保护、线路的安全运行和维护也是至关重要的。

1 基础工程的现状和问题

杆塔基础作为输电线路的重要组成部分，它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重。随着电压等级的升高，杆塔基础在整个线路造价中的比例也逐渐升高。

2 工程地质

国内线路的沿线地貌类型主要为平地、丘陵、山地和高山，局部有河网、泥沼，在冲积平原地区还应考虑地下水的影响。

3 基础选型

3.1 基础选型的原则

常规输电线路的基础设计原则可将《110～750 kV架空输电线路设计规范》（GB 50545—2010）和《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T 5219—2005）的设计要求作为主要依据，并依照已建输电线路的设计经验，采用荷载的设计值计算基础稳定、基础承载力、基础配筋；采用荷载的标准值计算地基的沉降、基础的位移和裂缝。

3.2 重要性系数的选取

架空送电线路设计的首要任务是确保其运行的可靠性。基础设计原则必须和杆塔设计原则相结合，按现行规范取值后不再单独考虑重要性系数。

3.3 基础方案选择的意义

基础方案选择的意义有：①控制工程造价的要求；②线路安全运行的需要；③环境保护的要求。

3.4 基础型式简介和工程特性

根据基础选型的原则，并结合典型的地质情况，提出了以下基础选型的结论：①在黏性土山区，作用力较小的Ⅰ，Ⅱ型直线塔优先采用掏挖基础，大档距直线塔、转角塔优先采用人工挖孔桩基础，仅在少数地基土直立性较差、无法掏挖成型的塔位采用斜柱板式基础等开挖类基础。②对于石灰岩山区中微风化和中等风化的岩石地基，主要采用岩石锚杆基础。③河网、泥沼地区主要采用灌注桩基础、旋锚基础、复合式沉井基础，还应根据塔位的地质特点和基础的技术、经济比较结果来选择其他的基础型式。

4 基础型式的优化

4.1 原状土基础的优化

原状土基础主要包括掏挖基础和挖孔桩基础。它们以天然土构成的抗拔土体保持基础的上拔稳定，能充分发挥原状土的特性，具有良好的抗拔能力和较大的横向承载力。

4.1.1 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。

4.1.2 基础埋深和主柱直径的优化

在基础的计算过程中，如果在基础荷载和地质条件相同的情况下，基础埋深与主柱直径会相互影响，将导致预计材料用量与实际工程造价的差异较大。

当设计埋深小于最佳埋深时，基础主要受上拔工况控制；当设计埋深大于最佳埋深时，基础主要受桩侧土承载力或下压工况控制；当设计埋深等于最佳埋深时，基础在满足上拔和下压稳定的同时，在水平力的作用下，桩侧土的压应力也刚好等于地基的承载能力，此时为最佳受力状态。

因此，基础的埋深优化需结合地基承载力，使埋深与基础直径相匹配，以使基础达到最佳埋深时的受力状态，这样的基础最为经济、合理。

4.1.3 掏挖基础和挖孔桩基础的分析比较

在基础作用力较小的情况下，原状土基础按掏挖基础和挖孔桩基础理论分别进行设计，材料用量的差别并不大。其中，掏挖基础的施工费用较低，所以采用掏挖基础较为经济，但随着基础作用力的增大，因计算理论的模型和计算理论的差异，特别是水平力的增大，再加上掏挖基础侧向支撑作用有限，导致地基承载力难以满足设计的要求。而基础的上拔工况余度往往很大，使用的材料量增加较多。

4.2 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。

5 特殊地基的处理措施

对于规模较小的滑坡，建议在定位阶段采用塔位避让措施；对于经过经济技术比较后无法避让的滑坡，可以采取相应的处理措施；对于塔位附近的高陡边坡，建议在定位阶段采用塔位避让措施，否则就应对其进行加固和清理处理。

摘 要：根据输电线路地质和杆塔基础受力的特点，以降低造价、保护环境、方便施工、安全运行为目的，讨论了基础选型、优化对比分析和特殊地基处理。

关键词：杆塔基础；工程投资；输电线路；地基处理

中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0055-02

杆塔基础作为输电线路的重要组成部分，选择合理的基础型式、优化基础设计，不仅可以降低工程投资，而且对环境保护、线路的安全运行和维护也是至关重要的。

1 基础工程的现状和问题

杆塔基础作为输电线路的重要组成部分，它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重。随着电压等级的升高，杆塔基础在整个线路造价中的比例也逐渐升高。

2 工程地质

国内线路的沿线地貌类型主要为平地、丘陵、山地和高山，局部有河网、泥沼，在冲积平原地区还应考虑地下水的影响。

3 基础选型

3.1 基础选型的原则

常规输电线路的基础设计原则可将《110～750 kV架空输电线路设计规范》（GB 50545—2010）和《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T 5219—2005）的设计要求作为主要依据，并依照已建输电线路的设计经验，采用荷载的设计值计算基础稳定、基础承载力、基础配筋；采用荷载的标准值计算地基的沉降、基础的位移和裂缝。

3.2 重要性系数的选取

架空送电线路设计的首要任务是确保其运行的可靠性。基础设计原则必须和杆塔设计原则相结合，按现行规范取值后不再单独考虑重要性系数。

3.3 基础方案选择的意义

基础方案选择的意义有：①控制工程造价的要求；②线路安全运行的需要；③环境保护的要求。

3.4 基础型式简介和工程特性

根据基础选型的原则，并结合典型的地质情况，提出了以下基础选型的结论：①在黏性土山区，作用力较小的Ⅰ，Ⅱ型直线塔优先采用掏挖基础，大档距直线塔、转角塔优先采用人工挖孔桩基础，仅在少数地基土直立性较差、无法掏挖成型的塔位采用斜柱板式基础等开挖类基础。②对于石灰岩山区中微风化和中等风化的岩石地基，主要采用岩石锚杆基础。③河网、泥沼地区主要采用灌注桩基础、旋锚基础、复合式沉井基础，还应根据塔位的地质特点和基础的技术、经济比较结果来选择其他的基础型式。

4 基础型式的优化

4.1 原状土基础的优化

原状土基础主要包括掏挖基础和挖孔桩基础。它们以天然土构成的抗拔土体保持基础的上拔稳定，能充分发挥原状土的特性，具有良好的抗拔能力和较大的横向承载力。

4.1.1 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。

4.1.2 基础埋深和主柱直径的优化

在基础的计算过程中，如果在基础荷载和地质条件相同的情况下，基础埋深与主柱直径会相互影响，将导致预计材料用量与实际工程造价的差异较大。

当设计埋深小于最佳埋深时，基础主要受上拔工况控制；当设计埋深大于最佳埋深时，基础主要受桩侧土承载力或下压工况控制；当设计埋深等于最佳埋深时，基础在满足上拔和下压稳定的同时，在水平力的作用下，桩侧土的压应力也刚好等于地基的承载能力，此时为最佳受力状态。

因此，基础的埋深优化需结合地基承载力，使埋深与基础直径相匹配，以使基础达到最佳埋深时的受力状态，这样的基础最为经济、合理。

4.1.3 掏挖基础和挖孔桩基础的分析比较

在基础作用力较小的情况下，原状土基础按掏挖基础和挖孔桩基础理论分别进行设计，材料用量的差别并不大。其中，掏挖基础的施工费用较低，所以采用掏挖基础较为经济，但随着基础作用力的增大，因计算理论的模型和计算理论的差异，特别是水平力的增大，再加上掏挖基础侧向支撑作用有限，导致地基承载力难以满足设计的要求。而基础的上拔工况余度往往很大，使用的材料量增加较多。

4.2 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。

5 特殊地基的处理措施

对于规模较小的滑坡，建议在定位阶段采用塔位避让措施；对于经过经济技术比较后无法避让的滑坡，可以采取相应的处理措施；对于塔位附近的高陡边坡，建议在定位阶段采用塔位避让措施，否则就应对其进行加固和清理处理。