大高差塔位优化处理方案的应用研究——以±800kV直流输电工程设计经验为例

张李黎 赵鑫 李世鸣

（中国能源建设集团安徽省电力设计院安徽合肥230022）

大高差塔位优化处理方案的应用研究
——以±800kV直流输电工程设计经验为例

张李黎 赵鑫 李世鸣

（中国能源建设集团安徽省电力设计院安徽合肥230022）

本文以±800kV直流输电工程设计经验为例为例，现分别取典型直线、转角塔的坡度、根开等数据，分析在不同地势坡度时的级差和露头尺寸，给出了带斜柱桩基础、单柱斜塔架、带拉杆支撑的单柱塔架等陡峭山区塔位处理方案。

大高差塔位；坡度；带斜柱桩基础；单柱斜塔架；带拉杆支撑的单柱塔架；处理方案

1 不同地形条件下坡度与塔腿的高差关系

要形成大高差塔位的处理方案，就得先明确塔位坡度与塔腿的高差关系。线路走向往往可能与山坡走势形成任意夹角，但总可以由两种极端情况来进行划分：①线路与山坡横向平行，反映到塔腿上为左右两两不等高（铁塔顺坡向布置）；②线路与山坡横向成45°夹角，反映到塔腿上为对角线与山坡纵向平行，对角线塔腿形成最大高差（铁塔45°坡向布置）。

根据以往±800kV直流输电工程设计经验，现分别取典型直线、转角塔的坡度、根开等数据，分析在不同地势坡度时的级差和露头尺寸。

表1 不同坡度对应塔腿高度差（杆塔顺坡向布置）

1.1 当坡度≤30°时

从上述图表可以看出，当坡度≤30°时，铁塔在顺坡向布置时，要求直线塔塔腿最大高差一般在10m以内，转角塔在12m左右。通常，我们正是遵循这样的关系来设计铁塔长短腿的，将直线塔塔腿的最大级差一般控制在10m以内，转角塔控制在12m以内。但当坡度＞30°时，由于塔腿最大高差大幅增加，50°时达到24m左右，对于这样的高差若仍然采用高低腿处理已经不能满足要求，只能对塔位的布置进行处理。

1.2 当铁塔沿山坡45°方向布置时

图1 直线塔顺坡向布置时高度差

图2 转角塔顺坡向布置时高度差

同样可得当铁塔沿山坡45°方向布置时，不同坡度对应的塔腿高差，见表1、图1～2所示。

从以上图表可以看出，当坡度≤30°时，铁塔在45°坡向布置时，要求直线塔塔腿高度差一般在13m以内，转角塔则在14m左右。显然，按照顺坡30°所设计的铁塔此时仍然可以通过配合使用高低主柱基础来满足地形的需要。但当坡度＞30°时，塔腿高差也将大幅增加，50°时将达到34m左右，这样的高度同样早已不适合采用高低腿布置，而是和顺坡向布置一样，需要对塔位进行处理。

2 带斜柱桩基础方案

在陡峭山区多采用挖孔桩基础，这种基础型式可以充分利用原状土承载力高、变形小的优点，施工过程中避免了大开挖，减少了对环境的破坏，避免了对原状土的过分扰动，从而大幅度提高基础抗拔力。

当地势陡峭出现较大露出时，在塔腿处水平力作用下，在基础底部产生较大弯矩，会对基础抗拔造成很大影响。现将基础主柱上部做成斜柱型式，如图3所示。

图3 带斜柱桩基础型式

该处理方案的最大优点是采用基础柱顶斜柱，有效的减小了水平作用力对基础承载力的影响，从而减小了基础尺寸和材料耗量。缺点是基础主柱顶部斜柱的支模和混凝土浇筑甚为困难。

3 单柱斜塔架

所谓单桩斜塔是指塔架顶部形心和底部形心的连线不与地面垂直，塔架轴心通常沿着塔腿主材方向倾斜。该方案吸取了带斜柱桩基础方案的优点，同时，为了避免斜柱的支模和混凝土浇筑困难而将斜柱部分改为钢结构塔架，有效的结合了单柱塔架和混凝土斜柱的优点，如图4所示。

图4 单桩斜塔架

4 带拉杆支撑的单柱塔架

对于直线塔，由于垂直力、水平力均不是很大，采用单桩塔架可以满足强度和刚度要求。但对于转角度数较大的转角塔，在铁塔塔腿根部存在相对较大的水平力，当塔架承受如此大的水平力时，会产生较大的侧向位移，影响塔架的整体承载力，甚至会导致塔架的破坏。现在钢塔架上设置侧向支撑，水平力可以通过支撑直接传递到基础中。带支撑单桩塔架如图5所示。

对钢塔架进行压弯和拉弯计算，可知钢塔架自身位移对输电铁塔主材应力的影响较大。当不设置支撑时，最短腿边塔身主材应力大幅增大，会导致杆件承载力不够，出现破坏情况；同时，支撑在压弯模式时作用明显，从计算结果得知此时支撑承受的为拉力，而在拉弯模式中，钢支撑中应力较小，且此时有无支撑对主材应力影响很小。因此可以判定支撑在受荷过程中主要起拉杆作用，故在设计支撑时，可以只设置拉杆作为支撑型式。

图5 带支撑单桩塔架

本工程线路在地势较为陡峭，以岩石为主的山区。设计钢塔架支撑时，可以考虑设置岩石嵌固锚杆来作为支撑。具体需要采用何种规格锚杆，需要通过具体计算确定。锚杆与前文介绍过的钢桁架支撑相比，不仅制作方便、布置灵活，而且施工方便，造价便宜，具有很好的经济性。

5 小结

根据上述分析，给出了陡峭山区塔位处理方案（见表2）。

表2

[1]《±800kV直流架空输电线路设计规范》（GB 50790-2013）.

[2]《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T5219-2014）.

[3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.

[4]胡再强，王军星，刘兰兰，焦黎杰.褥垫层作用下复合地基抗震性能有限元分析[J].岩土力学，2008（S1）.

[5]高会强.水泥搅拌桩复合地基褥垫层作用的三维有限元分析[J].广东土木与建筑，2007（10）.

[6]鲍鹏，姜忻良，盛桂琳.劲性搅拌桩复合地基承载性能静动力分析[J].岩土力学，2007（01）.

[7]曹明.刚性桩复合地基工程性状的数值分析[J].工业建筑，2006（S1）.

[8]郑刚，刘双菊，伍止超.不同厚度褥垫层刚性桩复合地基工作特性研究[J].岩土力学，2006（08）.

[9]范福平，王卫英，刘延春，尹彦伟，潘永战.上部结构-基础-地基相互作用问题分析[J].青岛理工大学学报，2006（02）.

[10]林文强，夏旭阳，陈延猛.刚柔桩复合地基加固软基桩土应力对比试验研究[J].水运工程，2005（07）.

[11]周龙翔，童华炜，王梦恕，张顶立.复合地基褥垫层的作用及其最小厚度的确定[J].岩土工程学报，2005（07）.

TM753

A

1004-7344（2016）28-0067-02

2016-9-20

张李黎（1985-），女，安徽淮南人，土建工程师，硕士，研究方向为输变电工程结构设计等。

赵鑫（1983-），男，河北吴桥人，土建工程师，硕士，研究方向为送电线路结构设计等。

李世鸣（1982-），男，河南濮阳人，土建工程师，硕士，研究方向为送电线路结构设计等。