基础型式选择及优化

郭哲

国网漯河供电公司 河南 漯河 462000

正文：

1 基础选型意义

1.1 控制工程造价

基础工程是输电线路工程体系的重要组成部分，费用约占整个工程本体造价的15%～25%。选择合适的基础方案并进行优化设计，将有效降低整个工程造价。

1.2 线路安全运行

送电线路基础设计的优劣关系整条线路的安全运行，一旦某基础出现塌陷、拔出等安全事故，整条线路运行将面临瘫痪。因此，针对不同的基础负荷、地质及地形条件因地制宜选择基础型式能为线路的安全运行提供必要的保障。

1.3 环境保护

不同的基础型式具有不同的特点，承载能力、材料耗量、土石方量以及对环境的影响等各不相同，需要因地制宜选择基础型式，减小工程对环境的影响。

2 基础设计的基本要求和内容

2.1 杆塔基础设计基本要求

杆塔基础设计要求在规程规定的各种工况下必须保证稳定，即使在某些异常情况下也应具有一定的可靠性水平，并且在外荷载作用下，杆塔基础不能产生可能造成杆塔承载力严重下降的变形。

2.2 基础设计的内容

杆塔基础作用力包括竖向力、水平力以及由此产生的倾覆力矩等，杆塔基础设计内容包括上拔稳定、下压稳定、倾覆稳定和基础强度设计。

（1）上拔稳定性。基础上拔稳定性就是计算杆塔基础抵抗上拔荷载的能力，工程上多采用剪切法和土重法。（2）下压稳定性。基础下压稳定性就是计算基础承受下压荷载的能力，要求基础底板下的地基应力不超过地基土的允许承载力。（3）倾覆稳定性。基础倾覆稳定性是计算基础抵抗倾覆荷载作用的能力，要求基础能够在被动土抗力产生的平衡力矩作用下保持稳定。（4）基础强度设计。基础强度设计即基础结构构件设计，它要求基础与杆塔的连接、基础本体的各个截面和部位都安全可靠，保证杆塔的作用力通过基础传递至地基。

3 基础设计时需要考虑的因素

（1）荷载：基础设计时主要的荷载变量不仅是各荷载的方向、大小，还要考虑荷载的分布和偏心程度等。（2）水文、地质条件：基础的水文、地质条件包括塔位处的地形地貌、地基土物理力学性质、地下水位情况等。（3）地基的承载特性：根据基础传递荷载的工作机理，考虑基础和地基土是否有可能出现潜在的破坏面，实际的荷载分布情况，地基土的特性及基础材料。（4）变形：地基－基础－杆塔是相互联系成一个整体来共同承担荷载的，当地基或基础发生不均匀变形时，杆塔将对变形产生制约作用，引起杆塔结构内力重分布，产生附加应力，导致杆塔承载能力降低。

4 基础方案选择

4.1 基础方案选择

根据以往线路工程经验，一般采用的基础型式为柔性直柱基础和钻孔灌注桩基础。

a）柔性直柱基础。柔性直柱基础包括直柱台阶基础和直柱板式基础。优点：设计中基础主柱中心与地脚螺栓中心根据基础作用力的情况设置了一定的偏心，使基础受力更趋合理，并可有效地降低基础的工程量。缺点：土石方量较大，对自然环境有一定的破坏。b）钻孔灌注桩基础。优点：适应性强，承载力高，适用于地下水位高的粘性土和砂土等地基，广泛用于有冲刷的跨河塔位；在结构布置形式上可分为单桩和桩基，在埋置方式上可分为低桩和高桩基础。缺点：施工工艺要求较高、施工难度较大；施工时的泥浆对环境有一定影响。

5 优化设计

在选定基础型式的基础上，通过对整个结构经济性、环保性、耐久性的分析，对基础尺寸进行优化，得出最优基础形式。

5.1 直柱板式柔性基础优化

5.1.1 基础主柱优化

基础主柱的大小一方面取决于基础主柱外负荷，另一方面需满足构造要求。从受力上来说，主柱弯矩随基础埋深逐步加大，主柱配筋主要由上拔力及主柱弯矩确定。因此，在满足构造和受力要求下，尽量采用较小断面尺寸以节约混凝土。

5.1.2 基础埋的优化

在临界深度范围内，基础埋置越深，越能充分发挥土体抵抗基础上拔力的效力。但基础埋深越大，基础承受的弯矩就越大，基础主柱宽度及配筋也相应增大。

总体而言，基础埋置越深，混凝土方量越少，基础钢筋量和土石方量开始的时候变化的比较快，后来基本保持不变。

5.2 桩基础优化

5.2.1 结构布置优化

根据结构布置的不同，常用的钻孔灌注桩基础型式有单桩、连梁框架和高（低）桩承台。要合理选择受力特性良好且经济指标最优的桩基型式，必须结合铁塔基础外力的大小和地质情况，经过反复多次的试算才能得出。

对于基础外力比较小和地质情况相对较好的塔位选择单桩会比较经济；连梁框架往往用于软土层厚度较大、桩身直径由水平力控制的塔位，与单桩相比，连梁框架的桩径一般可减小一级；而对于基础外力较大、采用单桩和单桩联梁基础型式桩径都较大（一般桩身直径＞1.2m时）的情况改用双桩承台或多桩承台型式一般会更加经济。

5.3 预制装配式基础

5.3.1 预制装配式基础优势

预制装配式基础一般在工厂完成预制构件的制作，在施工现场只需将预制构件进行现场拼装。由于装配式基础采用工厂预制的方式，其构件质量明显高于普通现浇混凝土基础，相应的结构安全性能够得到更大的保证。由于不需要现场浇筑，采用装配式基础节省了模板拼装的时间和费用，具有良好的经济和社会效益。

预制装配式基础将以往装配式基础的各个组成模块标准化，通过不同数量标准块的组合搭配，可以适应不同基础尺寸的要求，满足不同铁塔作用力和地质条件的需要。

与传统预制装配式基础相比，新型模块化装配式基础具有优势如下：

1）构件采用模块化、标准化设计，相同规模下构件预制成本低。2）采用拼装“积木”的型式进行拼装，施工技术难度低。3）可根据工程实际情况组合成不同尺寸，适应不同荷载及地质条件。4）采用卯榫及螺栓连接的“混凝土+金属”构造，可靠性高。5）构件拼装后可对钢筋施加预紧力，并可根据实际需要，通过紧固螺母随意调节各个钢筋的预紧力，降低受拉侧基础产生裂缝的可能，同时提高基础的抗变形能力。

总结：

本文根据从基础的设计原则、选型、优化、等方面进行了深入的分析和论证，对一般基础形式进行了分析与论证，同时结合具体基础参数进行定量分析。主要研究结论如下：

1）根据架空输电线路设计中重要一环为基础建设，对基础进行分析论证，根据现有国家标准进行分析计算。2）对直柱板式柔性基础以及桩基础根据基础计算中主要的参数，诸如：埋深、底板宽度、主柱宽度，进行定量分析。3）针对以往装配式基础的不足，创新性地提出新型模块化装配式基础。