不良地质地段输电线路铁塔基础的合理选型设计分析

陈延超 陆秋云 韦俊韬

（广西电网规划研究中心，广西南宁 530000）

0.引言

不良地质地段与良好地段存在差异，在进行输电线路铁塔基础选型设计时，应根据地段的设计情况，合理开展设计工作。下面结合工程实例进行不良地质地段输电线路铁塔基础选型设计研究，增强理论与实践的有效结合，为这一工作优质高效开展提供支持。

1.不良地质地段输电线路铁塔基础选型设计原则

（1）安全性。不良地质地段对输电线路铁塔稳定性影响较大，在开展相关设计工作时，必须保证其安全性，能够适应这一不良环境，从而为输电线路安全稳定运行提供有力支持[1]；（2）经济性。输电线路铁塔建设过程中，将会涉及到一定的成本投入，尤其是一些不良地质环境下，为了保证输电线路铁塔工程达到预期质量目标，成本投入相对较大。在开展相关设计工作时，应在满足质量和安全的前提下，尽量降低其成本[2]；（3）优质性。输电线路在建成之后，需要保持良好的运行状态，这样才能满足实际需求，但由于输电线路运行受到自然环境、人为因素、地质结构等多种因素影响，容易出现故障，影响其正常运行[3]。

2.不良地质地段输电线路铁塔基础选型设计原理

2.1 影响因素确定

在确定输电线路之后，铁塔所处的地理位置基本确定，基于此进行土力学性质分析，明确影响输电线路铁塔基础设计的因素，合理进行控制，保证输电线路铁塔基础选型设计科学合理。经过总结，在有关方面工作开展过程中，影响不良地质地段输电线路铁塔基础选型设计的因素主要包括地下水含量、土质结构、上部荷载大小、基础受力后形变大小等。应对所有相关影响因素详细勘察，得出准确结果，作为设计依据。

2.2 铁塔基础受力规律

为了详细分析铁塔基础及土层受力规律，保证设计合理性，可以使用有限元法对铁塔基础受力进行模拟，基于此分析其在相关荷载作用下的形变情况。首先，进行材料参数设置，其中，混泥土密度为2750kg/m3，弹性模量为2.50×107E/kPa，泊松比为0.160。土体的密度为2010kg/m3，弹性模量为1.00×104E/kPa，泊松比为0.450，粘聚力为10.0C/kPa，内摩擦角为30.0°。

本文在进行铁塔基础受理规律分析时，使用ANSYS大型有限元计算程序，进行计算图形模拟，通过计算模拟分析可以得出，当竖向荷载作用在联合式铁塔基础之上时，基础底部位置产生最大垂直压应力，基础与地基土体接触位置则形成最大的拉应力。分析这一现象产生原因，主要因为混凝土与基础土的刚度差距较大造成的。与此同时，基础底部及基础台阶在与土层基础相交位置存在应力集合区域，为了适应应力带来的影响，防止混凝土开裂，必须在基础底部和变台阶位置增加配筋量。对于同样重量的土体，其位移最大的位置出现在基础底部，且与基础底部中心土层距离越远，沉降位移越小，相应的应力虽然受到土层深度影响，但不会因土层加深而逐渐消散。基于上述分析可知，如果铁塔基础位于软土层，必须准确界定软土层承载能力、基础底面大小，作为基础选型设计依据。如果铁塔基础所在土层土质较硬，将会影响铁塔基础受力情况，增加铁塔基础下部受压破坏问题发生几率，要求铁塔基础设计时，合理进行配筋量确定，防止混凝土受压破坏。

2.3 目标函数建立

根据上述研究中影响铁塔基础设计的因素分析结果可知，基础受外力作用大小和地质情况属于主要影响因素。当明确铁塔形式之后，基础荷载则可基于此确定，并在地质条件的影响下明确基础大小和外形。所以，基础受力土层中土层参数情况可以作为基础选型依据，目标函数如下：

在上述公式之中，fa代表经过修正之后的地基承载能力特征值大小；fak代表地基承载状态下的承载能力标准数值；ηb代表基础宽度修正之后的系数；ηd代表基础深度修正之后的系数；γ代表基础地面下方位置图的重度；b代表基础宽度值；γm代表基础地面上方位置土体加权后的重度平均数值；d代表基础埋深大小；Pk代表基础自重力大小。由此可见，必须加强基础勘查工作，做到全面而精准，这样才能保证基础选型设计合理性。

3.不良地质地段输电线路铁塔基础选型设计实例

（1）工程实例勘查。本文以XA工程作为实例，展开实践设计研究工作。首先，对于XA工程进行地质勘查，获取相应的地质信息，作为铁塔基础设计的依据，详细情况如表1所示。其中，一层、三层、五层、八层皆为砂质淤泥质粉土。二层、四层、七层、九层为粉砂。六层为淤泥质粉土。（2）基础选型设计。根据上述的地勘结果，进行目标函数和铁塔基础受力特点界定，选择的输电线路铁塔基础为联合式。基于铁塔基础的土层特性选择基础持力层，具体为第二层，且通过计算，软弱下卧层满足允许位移。（3）研究结论。基于上述研究，得出结论如：1）相对比而言，联合式铁塔基础受力能力较强，便于施工，属于一种应用较广的铁塔基础；2）在使用联合式铁塔基础时，地基承载力设计值宜保持在设计值的80%以下；3）位于淤泥之上的联合式铁塔基础，适用于浅埋的方式，便于排水；4）淤泥基上的联合式铁塔基础在长期荷载作用下，存在沉降问题累积的情况，应对累积情况进行检测，及时处理，防治局部开裂问题的出现。（4）研究建议。根据上述研究，提出建议：1）加强地质环境勘查投入，做到准确、精细、全面，从而为基础选型设计工作开展提供有效依据。具体工作开展时，应由专业人士按照基础选型设计需求开展地勘工作；2）基础选型设计人员必须具有较强的专业素质，对于选型设计方案应对比分析，通过计算验证其是否合理。与此同时，还要考虑方案的可操作性、经济性等问题，统筹规划；3）加强后续维管投入，详细计算并分析基础处于正常运行状态下的受力情况，采取针对性的管理措施，避免基础受到破坏。

表1 地勘结果

4.结语

不良地质地段输电线路铁塔基础选型设计工作较为繁杂，必须结合实际环境进行针对性设计，保证其科学合理，安全可靠。在具体操作时，应注重环境勘查，保证数据信息真实而全面，并加强方案设计投入，保证基础方案科学合理，便于操作，满足线路运行所需。