特高压输电线路基础选型与优化

陈 功 王永豪

国网山西省电力公司检修分公司

特高压输电线路基础选型与优化

陈 功 王永豪

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铁塔基础的工程材料、机械、人力的投入以及建设工期，在整个输电线路工程施工中占有很大比重。基础选型必须严格按照充分利用原状土地基的力学特性和基础型式受力合理的原则进行，应充分考虑输电线路工程的特点，基础设计应遵循对环境影响最小和便于施工的原则。在实际的选型中，应按照所在地的实际情况选择合适的方案，保证基础可以承载输电线路的载荷，从而确保电力传输的安全性和稳定性。文章就此进行分析。

特高压；输电线路；基础选型

1.基础选型

1.1 斜柱板式基础

斜柱板式基础主要利用回填土的自重抵抗基础的上拔力，基础底板大而薄，双向配筋以承担基础力引起的弯矩和剪力，受力合理，能节省材料，是目前送电线路最常用的基础型式。但其立柱倾斜率，使其质量控制点多，基础的施工质量难于有效控制，此类基础设计时，基础主柱悬臂长度与底板厚度的比值得小于3。

1.2 直柱全掏基础

直柱全掏基础型式广泛用于高压输电线路中，山区丘陵地区地质条件比较好的铁塔基础使用，弃土弃渣少，水土流失量较少，对环境影响破坏小；掏挖基础的计算有三项：上拔、下压、侧向弯矩；基础底面边缘最大压力设计值不大于调整后的地基承载力特征值的1.2倍。

1.3 钻孔灌注桩基础

钻孔灌注桩基础的优点：施工噪声小，设计桩直径较大的、且在各种地基上均可使用；缺点：较依赖于施工质量，其质量的好坏对桩的承载力影响很大，混凝土质量较难控制，费工费时，成孔速度慢，泥渣污染环境；钻孔灌注桩由于其施工工艺成熟、承载力高、适用范围广，可根据具体的地质条件加以选择。

2.岩石地基环境下铁塔基础的选型设计

2.1 岩石锚桩基础

此种基础形式主要应用在表层裸露、具有比较小的风化情况并且质地比较硬的岩石之上。实际操作过程中，首先要采用冲击钻进行岩石表面的钻孔，在钻孔的同时要向上提取，防止钻出的粉尘落入钻好的孔内。之后再钻好的孔内打入地脚螺栓。螺栓采用240×240的钢筋骨架进行支撑，并且将混凝土砂浆注入其中，保证将地脚螺栓牢固的固定在岩石孔内，最后要在顶部位置浇筑铁塔平台，用于进行铁塔的搭设。

一般情况下，可以按照岩石锚桩基础能够承受的载荷情况将基础分为两种形式，分别为：群锚式、直锚式。在群锚式基础当中，需要将多根地脚螺栓埋入到岩石当中，从而得到比较高强度的支撑力。此种基础主要用在具有较大基础负荷的铁塔之上，例如终端塔、转角塔等方面；直锚式基础的形式是在基础的中心线位置埋入两种或者4根地脚螺栓，此种方式基础主要用在负载比较小的铁塔上。

2.2 岩石嵌固基础

此种形式的基础主要用在风化程度比较大、比较容易开挖的软质岩石之上，能够最大程度上利用岩石所具有的剪切力，有效提升铁塔基础的抗拔承载能力。此种基础的设计方案可以按照如下顺序进行：①进行基坑的挖凿。基坑主要是通过少量的炸药定向爆破之后再通过人工的方式进行挖凿。为了提升基础所具有的稳定性，一般情况下将基坑设计成倒“Y”的形状；②进行钢筋立柱的搭设，并且浇筑混凝土，同时要采用振捣器对混凝土进行振捣直到混凝土不出现较为明显的下降。由于“Y”型岩石嵌固基础的土石方用量和混凝土用量都比较少，所以所消耗的工程造价相对较低，同时其具有较高的基础抗拔能力，此种基础主要被应用到岩石地质区域内铁塔基础的建设当中。

3.实例分析

3.1 铁塔基础施工区域内的地质情况

某500kV输电线路工程沿线的地貌大多数是崇山峻岭，很多地区的基岩呈裸露状态，受到了非常严重的风化影响。岩石大多数属于花岗岩、砂页岩、石炭系砂岩、凝灰岩等等。采用Y40以及Y40+2.5两种类型的岩石基础用于真型试验的测量点，Y40范围内大多是砂页岩结构，岩体受到了严重风化影响，同时表面具有50mm左右厚度的基土；Y40+2.5范围内主要是石炭系砂岩，表面具有受到风化的砂砾，呈现出浅灰色，属于间隙块状结构。

3.2 本工程基础方案比选

针对线路所经地形特点，充分考虑下卧高压缩性粉质粘土、粘土层的不利影响并考虑到铁塔跨度大、设计条件(荷载、变形、稳定性等)要求高，以及洪水淹没深度大、持续时间长等因素，针对不同塔型对本工程所考虑的基础方案钻孔灌注桩基础、板式直柱基础以及微型桩基础进行技术经济比较。

无论是直线塔还是耐张塔，在软土地区，使用钻孔灌注桩基础工程量较小且施工方便。采用大开挖板式基础工程量较大，在地下水水位较高的地质情况下降排水施工困难，施工费用较高，根据以往的施工经验，在基坑开挖时还容易出现垮壁现象，施工质量较难保证且容易出现基础不均匀沉降，本次工程中直线塔跟耐张塔均不考虑采用板式直柱基础。

另外，直线塔如采用微型桩基础虽然混凝土量比钻孔灌注桩基础采用有所下降，但钢筋量增加较多，因此在直线塔中不推荐应用微型桩基础。

对耐张塔来说，由于上部荷载中上拔力和水平力均较大，而且因转角度数较大，拉压腿受力差别较大，我们所选取对比的分别为为上拔控制以及下压控制的基础，可以看出无论是上拔控制还是下压控制的基础采用微型桩基础在本体造价上与普通钻孔灌注桩相比优势相当明显，这也体现出其较强的抗拔抗水平力的性能，相较于普通钻孔灌注桩减少混凝土35%，减少钢筋46%，本体造价减少约20%。对于下压控制的基础如采用微型桩基础虽然本体造价会下降，但微型桩基础桩数较多(36根)，对施工不利，施工费用较高。另外，试验据研究表明，微型桩基础其抗压性能较差，在下压力较大时基础竖向位移较大。综合施工等因素不推荐在压腿中采用微型桩基础。

总之，铁塔是输电线路工程中最为重要的组成部分之一，其基础情况直接决定着铁塔的施工质量。在基础选型和优化设计时，要结合具体地质及地形等条件，基础型式选用合理优化、降低造价，满足工期、环保等要求，提升设计水平以满足结构设计的要求。

[1]谢广采.±1100kV直流输电线路基础选型设计[J].山西建筑，2016，35：85-86.

[2]赵奎运，王寒梅，肖宇.输电线路常用基础选型经济比较分析研究[J].中国电力企业管理，2016，01：94-96.