输电线路铁塔基础选型设计及其优化

输电线路铁塔基础选型设计及其优化

张小宁

宁夏回族自治区电力设计院有限公司宁夏回族自治区银川市750004

摘要：随着我国国民经济的不断增长与工业化进程的不断提升，社会各界对电力资源的需求质量以及需求数量日益提升。面对社会各界日益增长的电力需求，电力企业必须不断改进与提升自身的电力服务水平，才能够与社会需求相互匹配。在提升电力企业整体生产经营效率的过程中，优化输电线路设计工作是最为有效的方式之一。

关键词：输电线路铁塔；基础选型；优化设计

引言

同塔多回路高压电的输电方式实际上在经济发达的第一世界国家应用比较普遍，这是由于大多数国家的土地资源不丰富以及线路通道的工程建设物力财力投入较大，最终导致了其应用较广。而在我国，铁塔的结构安全设计还在研究，因其是多回路高压输电线路的主要承受力的基础，同时，高压电的输出率增加和暴风雪等恶劣天气的来临，对于电塔的承受力的要求也严格了起来，因此在电塔的结构设计必须满足能承受高压并且安全等特点，但我国这方面的经验还不足，因此如何进行合理的电塔结构设计以及科学应用是我们探讨的重点。

1输电线路铁塔基础设计的重要性分析

现阶段，我国电力行业正处于高速发展阶段，其发展效率与发展质量对我国国民经济的整体发展具有重要影响。同时，随着我国社会对电力资源的需求日益提升，对我国电力工程建设的投资规模日益提升、建设质量要求日益严格，导致电力工程整体建设难度不断提升。而输电线路设计工作作为电力工程建设中最为重要的环节之一，其设计质量直接影响到电力工程整体建设质量。铁塔基础作为输电线路的重要组成部分，基础设计的优劣将直接影响整个线路工程的造价、工期和劳动消耗量。为了减少铁塔基础混凝土、钢筋用量，缩短施工工期，降低铁塔基础建设费用，选用研究更合理、科学的基础型式，势在必行。基础型式的选择应根据铁塔型式、沿线地形、塔位处地质条件以及施工和运输等因素综合确定。

2输电线路铁塔基础施工的质量控制中存在的主要问题

2.1对输电线路铁塔基础施工的质量控制的重视程度不足

过去我国许多传统企业为了追逐单纯的经济效益，忽视了输电线路铁塔基础施工的质量控制策略的重要性，极其容易导致输电线路铁塔基础施工中诸多问题的出现，同时，这更是对社会不负责的一种表现，对输电线路铁塔基础施工的质量控制策略的重视不到位，会严重阻碍我国电力行业未来的科学发展。

2.2输电线路铁塔基础施工的质量控制制度不完善或不执行

在我国许多输电线路铁塔基础施工的质量控制制度的执行过程中，由于负责人往往对输电线路铁塔基础施工的质量控制制度不完善，或者部分的输电线路铁塔基础施工的质量控制制度仅流于形式化，却未能付诸实施，这种长期缺乏科学的输电线路铁塔基础施工的质量控制制度，会导致电力施工中许多不必要的资源浪费的情况频繁发生。

3输电线路铁塔基础设计

3.1安装

（1）悬垂型杆塔安装以及荷载量的情况主要考虑以下两个方面。一是导线、地线以及具有相关荷载量的物体的影响。包含各种电线的重量和使用工具等荷载量的提升，过程中要考虑动力系数1.1；二是各种电线锚线作业的影响。锚线对地夹角应小于20°，动力系数一样，实际应用中，锚线张线的垂直分量和地线重力及附加荷载等因素汇总即挂线点垂直荷载量，而导线、地线张力和锚线张力的纵向之差就是纵向不平衡张力具体值。（2）耐张型杆塔安装主要考虑导线、地线荷载、锚线、锚导线、紧地线和紧导线的架设。导线与地夹角应该小于45°，值得注意的是，导线的拉线与平衡张力标准值相同，为30kN计算，地线的拉线则按5kN标准计算。（3）线牵引绳与地夹角通常少于20°。导线和地线的初始长度和误差以及牵引力等影响都应该在紧线张力的计算内。而在进行同塔4回电力线路施工时，地线施工是第一步，然后再进行其他施工步骤。

3.2斜掏挖基础

在地质条件容许的情况下，基础立柱倾斜一定的坡度，采用斜掏挖的方式，则基础所受的水平力和上拔或下压力产生的弯矩可相互抵消，大大改善了基础地基应力，基础抗拔和抗倾覆稳定性得到大幅度的提高，从而减小了基础尺寸、降低基础材料用量。试验研究表明，由直柱改为斜柱，基础设计时的计算水平力减少了40%～90%，而基础的轴向力仅增加1%～5%左右。当基础立柱采取斜掏挖时，由于铁塔塔身坡度不大，基础计算可近似参照直掏挖基础计算模型，但考虑垂直力产生反弯矩对基础受力的有利影响。斜掏挖真型基础试验表明：上拔～水平力、下压～水平力组合试验中基础斜立柱基本上呈现为拉、压工作特性，所受水平力大大减小，且水平分力主要是由侧向土体抗力所承受，基础立柱两侧土压力均较小，基础立柱产生刚性转动，基础立柱的工作特性类似于“刚性短桩”，基础主柱受力状况明显改善。通过多个塔型的计算比较，斜掏挖基础比直掏挖基础可减少混凝土量20％～30%，且荷载越大节省越多，钢筋量节省16％～25％。另外，斜掏挖基础在降低工程量的同时对地耐力的适应性更强，具有明显的技术经济优势。

3.3铁塔高低腿的优化

铁塔采用高低腿设计有利于保护环境。高低腿能适应各种复杂地形，不仅能减少基面开方工程量，防止水土流失，而且可降低施工难度，缩短施工周期。根据本工程沿线的地形特点，不同呼称高，长短腿最大级差规划为6m，基本级差为1.0m。这样，95%以上的塔位通过长短腿的组合都能适应地形的需要。对于个别地形坡度较陡的塔位，一方面采用高低基础来调节，另一方面也可根据铁塔的使用情况进行验算，提高长短腿级差的使用范围，从而达到经济和环保的目的。对于平原地区，铁塔采用平腿方案，配合高低基础，减少土石方开挖，以保护环境，防止水土流失。3.4人工挖孔桩基础

基础底板和埋深的大小决定了基础抗拔和抗压稳定能力的大小，基础埋置越深，越能充分发挥土体抵抗基础上拔力的效果，并且深度修正可提高地基的地耐力、增强基础的下压稳定性；另外，基础埋入原状土越深，对山区塔位来说，塔基发生浅表性垮塌而危及线路安全运行的机率就越小。长期以来，工程中所采用原状土基础深宽比（长细比）都较小，呈现出明显的刚性短桩的工程特性。随着荷载的增大，基础埋深及相应的深宽比也越来越大，此时基础越来越表现出弹性桩的特性。当H/D>4时，基础与土共同作用的极限破坏模式已由倒圆锥台的形式，逐渐变为竖直圆柱滑移面的形式，传统的刚性短桩承载力的设计方法已不符合实际情况。此时，借鉴其他工业与民用建筑的设计经验，可以采用按弹性桩理论计算的人工挖孔桩基础。

3.5带翼板的掏挖式基础

山丘区线路为采用不等高基础与铁塔长短腿的配合使用，经常需要将基础立柱加高。这时基础的侧向稳定性成为掏挖式基础的控制因素，为满足倾覆稳定性的要求，往往需增大基础埋深及立柱直径，导致混凝土量快速增加。针对该情况采用新型的带翼板掏挖式基础。通过设置侧向翼板，利用侧面原状土的土抗力，抵消水平力产生的倾覆弯矩，从而减小了基础柱身的弯矩和基础底部的偏心应力，提高了基础的侧向稳定性和承载能力。随着基础露头的加高，带翼板掏挖基础的混凝土量显著减少，具有较好的经济性，因此，该基础型式一般在立柱露头较高时采用。

结束语

随着我国国民经济的不断发展与科学技术水平的不断进步，我国电力行业正处于高速发展时期，越来越多的输电线路铁塔基础处理及时被开发与应用到实际设计过程中。输电线路铁塔基础设计人员应当及积极创新，积极优化，加大新技术、新工艺、新材料的应用，达到了较大幅度的降低基础材料耗用量和工程造价的目的，节约对有限资源的消耗，减少对植被和环境的破坏，深化绿色设计、绿色施工的理念，体现线路与自然的和谐，实现人与自然的可持续发展。

参考文献：

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[3]马涛.刍议输电线路铁塔基础选型设计及其优化[J].科技创新导报，2015（25）.