陡峭山区输电线路新型子母基础设计

徐 彬，曾二贤，白 强，胡 超

(中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071)

陡峭山区输电线路新型子母基础设计

徐 彬，曾二贤，白 强，胡 超

(中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071)

针对陡峭山区传统掏挖基础顶面水平位移难以满足要求的问题，结合工程实际，本文提出了新型子母基础型式。作为一种全新的基础型式，本文对其结构特点、结构设计方法进行了探索，并对其适用条件、经济性和施工注意事项进行了分析。结果表明，新型子母基础受力良好，经济性优，建议推广应用。

陡峭山区；子母基础；输电线路。

随着我国电力建设的快速发展，输电线路走廊越来越紧缺，山区输电电路大多位于海拔较高、地势陡峭的地区，塔位条件越来越恶劣。现有常规设计往往采用铁塔全方位长短腿与不等高基础的配合，可以一定程度上避免施工大量开方而出现的高边坡问题。但是基础主柱悬臂露高过大，基础顶端位移变形很大，难以满足设计安全和施工的要求。

针对上述传统方法存在的问题，结合工程实际，本文提出了一种新型子母基础型式，对其结构特点、结构设计方法进行了探索，并对其适用条件、经济性和施工注意事项进行了分析，以期能够有效控制基础顶端位移的同时，克服经济性差和施工难度大的缺点。

1 子母基础方案的提出

当地形陡峭时，由于铁塔减腿不够，为了减少开方，与铁塔相连的基础主柱必须增加露高才能满足要求。然而，当主柱露高太大时，将因偏心弯矩的增大导致母基础主柱截面和钢筋量都很大。

为适应陡峭地形，近年来国内提出了许多解决方案但存在一些缺点，未能广泛应用。

子母基础是一种带连梁的框架结构基础体系，与铁塔塔腿相连的常规掏挖基础称之为“母基础”，在母基础和中心桩连线上一定位置设置的辅助的构造掏挖基础称之为“子基础”，子基础和母基础通过连梁连接形成框架结构基础体系，整个系统称之为“子母基础”。子母基础的示意图见图1。

图1 子母基础示意图

2 子母基础结构设计

2.1 计算假定

子母基础整理按照结构力学中框架结构进行荷载分配，见图2。子母基础框架结构体系中，遵循如下假定：

(1)母基础通过地脚螺栓或插入式角钢与上部输电塔钢桁架相连接，直接承受输电塔传递过来的上部荷载。

(2)母基础主要承担竖向基础作用力。

(3)构造子基础和主平面支撑连梁主要承担水平基础作用力。

(4)子基础提供约束刚度，假定为支座。

图2 子母基础协同受力示意图

2.2 结构设计

子母基础主要组成部分为母基础、子基础和连梁，应分别进行结构设计。

2.2.1 母基础设计

由于母基础主要承担竖向基础作用力，因此母基础设计时主要计算基础的上拔和下压承载力，其计算方法与普通掏挖基础一致。

2.2.2 子基础设计

子基础主要承受由连梁传递而来的水平力，在整个体系中主要扮演着支座的角色，以约束母基础的顶端位移。因此子基础设计时主要考虑如下几个方面：

(1) 子基础的抗倾覆稳定计算。

(2)子基础的水平承载力及位移计算，按照刚性桩进行计算。

(3)子基础计算注意事项和构造要求。

2.2.3 连梁设计

连梁主要依据我国《混凝土结构设计规范》，《建筑抗震设计规范》等进行截面验算和钢筋计算，同时构造要求应满足上述规范要求。

为了保证连梁和基础的可靠连接，可在连梁与母基础和子基础相连接处采用加腋加强处理等其他构造措施。

3子母基础的适用条件

为得到子母基础的适用性，需进一步对常规基础露高与基础地面处水平位移的关系进行分析。根据我国《架空输电线路基础设计技术规程》和工程实践经验要求，常规掏挖基础地面处水平位移限值为10 mm。以某500 kV输电线路工程为例，利用有限元软件ABAQUS对常规基础进行了三维建模分析，见图3。

图3 常规掏挖基础数值分析示意图

分析的参数为：基础水平合力：H＝310 kN，基础直径为1.8 m，基础埋深7 m。基础混凝土采用线弹性本构，参数按C25取值。土体屈服准则采用Mohr－Coulomb准则。材料参数见表1。

表1 材料参数

通过数值建模计算，图4为基础不同露高值情况下的基础地面水平位移值。

从图4可知，当基础露高不超过3 m时，常规掏挖基础的位移可以满足要求。当基础露高大于3 m并小于5 m时，常规掏挖基础无法满足位移要求，工程中常见的是设计特殊基础，即加大基础截面并增加埋深，特殊基础的经济性并不好。当基础露高大于5 m时，基础地面处的水平位移达到限值的2～3倍，特殊基础的截面和埋深将大幅增加，经济性较差，此时可以考虑采用子母基础设计方案。

图4 不同露高下的基础地面水平位移值

4 经济性分析

4.1 计算条件

为了考察子母基础体系的经济性，以某500 kV输电线路工程某基塔为例，扣除基础地面以下的变形，假定地面基岩处为上部悬挑部分的刚性约束点，力学计算模型见图4。

基本输入参数如下：竖向压力：N＝1698 kN；水平合力：H＝374 kN；混凝土材料：C25；钢筋材料HRB400。为便于分析，同时对常规掏挖基础进行了分析计算。

4.2计算结果

经过计算分析，子母基础尺寸：母基础直径D＝1.8 m，L1＝6.7 m；子基础直径D1＝1.2 m，L3＝1.8 m；连梁宽×高＝0.6 m×1.3 m，连梁长度5 m，其计算结果与常规基础的计算结果的比较见图5。由图5可以看出，子母基础相对于常规掏挖基础而言，混凝土量节省约17.1%，钢筋节省约24%，土方节省约23%，经济性较好。

图5 子母基础与常规基础经济性比较

5 施工方案

子母基础施工流程为基础分坑、土石方施工、基坑操平找正、钢筋绑扎、试块制作、塌落度检查、模板工程、地螺找正、混凝土搅拌、混凝土浇筑、混凝土养护、拆模、基坑回填等步骤。

子母基础施工注意事项如下：

(1)杆塔基础在浇制前应全面复测，核对杆塔中心位置与相对距离、高差是否对设计相符，对基础型式、根开尺寸、地脚螺栓间距、方向、规格等各部核对无误方可开浇。

(2)母基础和子基础以及连梁的相对位置关系应正确，在定位确定前严谨开挖。

(3)浇制基础前施工人员应会同现场监理人员一起对浇制基础的钢筋规格、数量进行全面的检查验收。该项目为浇制基础的质量见证点。

(4)先进行母基础的开挖，后进行子基础的开挖，基础开挖时尽量不要开方，以免扰动子基础周围土体。

6 主要结论

通过提出陡峭山区新型子母基础型式，并对其进行设计和应用研究，主要得出如下结论：

(1)新型子母基础结构由母基础、子基础和连梁三部分组成。

(2)新型子母基础能够最大程度减少了母基础顶部位移，有效降低母基础的偏心弯矩，减少混凝土用量。

(3)新型子母基础的结构设计采用一般的结构力学和混凝土结构设计理论。

(4)当基础露高大于5 m时，基础地面处的水平位移达到限值的2～3倍，特殊基础的截面和埋深将大幅增加，经济性较差，此时可以考虑采用子母基础设计方案。

(5)与传统掏挖基础相比，子母基础经济性较好，建议推广应用。

(6)子母基础在施工时具有独特的特点，应采取相应措施保证施工质量。

[1] 杜国良，郑卫锋，刘伟．带翼板挖孔桩基础在陡峭山区的应用研究[C]//第四届全国架空输电线路技术交流研讨会论文集，2013．

[2] 鲁先龙，程永锋，乾增珍．输电线路斜坡地形原状土基础抗拔计算理论研究[J]．电力建设，2009，30(2)．

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[4] 曾二贤，等．山区输电线路的环保设计和措施研究综述[J]．电力勘测设计，2014，(1)．

[5] GB 50010－2010，混凝土结构设计规范[S]．

[6] GB 50011－2010，建筑抗震设计规范[S]．

[7] DL/T 5219－2014，架空输电线路基础设计技术规程[S]．

Design of New Child-mother Foundation of Transmission Line in Precipitous Mountain Area

XYU Bin, ZENG Er-xian, BAI Qiang, HU Chao
(Central Southern China Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group, Wuhan 430071, China)

For top horizontal displacement of conventional shaft foundation in precipitous mountains difficult to satisfy the requirements, combined with the engineering practice, this paper presented a New Child-Mother Foundation. As a new foundation type, this paper explored the structural characteristics plus the structural design method, and carried on the applicable condition and economic analysis plus matters needing attention in construction. The results showed that the forced performance and the economy of the New Child-Mother Foundation were good, and thus this paper suggested the popularization and application. of this foundation.

precipitous mountain area; child-mother foundation; transmission line.

TU75

：B

：1671-9913(2017)01-0055-04

2015-11-12

徐彬(1978- )，男，湖北洪湖人，硕士，工程师，从事输电线路结构设计和研究工作。