悬吊式插入角钢操平找正方法

武俊义，宋岷山，贾崟，郎博宇

(1.北京送变电公司，北京市，102401；2.冀北电力公司，北京市，100053)

0 引言

不等高插入式基础以其受力合理、对环境影响较小、施工开方量少等优点，在山区输电线路铁塔基础中的应用越来越多。与等高基础插入角钢相比，不等高基础的插入角钢定位操作相对比较困难，稍有不慎就可能造成基础几何尺寸超差，甚至返工。转角塔基础在施工时，需将转角内侧受压主角钢插腿提高一定的高度，以保证架线后整基塔不向内角侧倾斜，为此需研究合理有效的施工方法，以保证既能提高受压插腿又不至于使整基铁塔扭转超差。

1 插入角钢施工方法

比较常用的插入角钢操平找正的方法主要有3种［1-4］：(1)塔腿组合施工法。插入主角钢与铁塔最下段结构组装，整体进行操平找正后，再加以临时固定。(2)整体找正架施工法。利用整体找正架把铁塔基础4个腿的插入主角钢连接成一个整体，并用“井”字形拉线将角钢找正、固定。(3)单腿找正架施工法。将插入式主角钢底端支撑或上端悬吊，在其上部和底部加装调节装置，使之能在空间三维方向细微变动，以达到设计要求参数。前2种方法适用于平原或丘陵地区的等高基础施工，且要求塔材供应及时，施工场地较大。优点是角钢操平找正简单，不足之处是对现场施工场地要求较高，需配置大型找正架和大量支撑辅助材料及劳动力；第3种方法适用于等高或不等高基础，操作灵活，所需施工辅助材料较少，尤其适用于山区材料运输困难、施工场地有限的情况。

目前，针对山区地形条件差，材料运输困难等特点，不等高基础插入角钢的定位大多采用底端支撑或上端悬吊等方式。底端支撑可以采用自制混凝土垫块或安装假腿等方式，此方式适用于基坑较浅、插入角钢可以直接通过垫块或假腿坐落于坑底的情况。对于基坑较深，而插腿设计较短的基础，则宜采用上端悬吊法，即利用三角架悬吊角钢，调整角钢上下端的调节装置进行操平找正。

2 插入角钢控制尺寸计算

插入角钢操平找正主要是对基础半根开、角钢正侧面坡比、角钢外露长度、上顶点间相对高差和半根开进行调整，使之符合设计和施工规范要求。常用的方法是：依据设计提供的基础半根开、插入角钢坡比、基础顶面与中心桩基面高差、角钢外露长度、角钢准线距离、预留高系数(对于转角塔)等，求出上顶点半根开、上顶点与中心桩基面高差、基础半根开(对于有预留高的情况)、下支点半根开等数据。本文基于有无预留高的条件，对插入角钢基础进行关键控制点尺寸计算。

2.1 无预留高时角钢控制尺寸

以基础中心铅垂线为z轴、以顺线路方向为y轴、以横线路方向为x轴建立坐标系，如图1所示。为保证图示各量数学模型与物理意义相符，规定x轴、y轴只表达量的绝对数值，不区分正负号。

图1 无预留高插入主角钢D腿正侧面示意Fig.1 Schem atic diagram of D leg's front and side of inserted angle-steel without reserved height

以图1中D腿处于基础中心桩上方为例，其各控制点尺寸计算公式为

式(1)～(3)中：xds、yds分别为D腿上顶点正、侧面半根开，mm；xdj、ydj分别为D腿基础正、侧面半根开，mm；e为角钢的准线距离，mm；l1为角钢外露长度，mm；zds为D腿上顶点与中心桩间水平距离，mm；hds、hdj分别为上顶点、基础顶面与中心桩基面间的垂直距离，mm；α、β分别为角钢正侧面倾斜角，(°)；a、b分别为角钢正侧面(单面)的坡比。

2.2 有预留高时角钢控制尺寸

依据文献［6］的规定，转角塔在架线后不应向内角侧倾斜，因此在基础施工时需要对转角内侧的基础预留一定的高度。为满足规范要求，可以采用基础中心旋转法，使基础4条腿在以基础中心铅垂线为z轴、以线路水平转角二等分线为y轴、以内角二等分线为x轴的坐标系中，以z轴为旋转轴，整体向转角外侧旋转，使转角塔基础内角侧塔腿基础提高一定高度，同时使转角塔基础外角侧塔腿基础降低一定高度。

2.2.1 极坐标旋转法

假设图1中插入主角钢有预留高，A、B为受拉腿，C、D腿为受压腿，A、D腿基础顶面均不低于基础中心桩，则可采用极坐标方法［7-9］对D腿进行计算。

以通过基础中心桩的铅垂面及水平面，建立坐标系，在xz平面内，未对D腿进行预留高时，D腿角钢上顶点正面的极坐标为

预留高后的极坐标为

式(4)～(5)中：δ=arctanγ，为预偏角度，当计算的插腿为受压腿时，δ取“+”值，反之为受拉腿时，δ取“－”值；θ及θ'取值范围为0°～90°；γ为基础预留高系数，由设计给定。

根据预留高前后极坐标求出D腿上顶点正面在水平、垂直方向上的偏移量，分别为

由公式(6)～(7)可以计算得到D腿基础顶面角钢正面的偏移量Δxdj和其他插腿的水平、垂直偏移量(受拉腿水平偏移和受压腿的垂直偏移为“+”，受拉腿垂直偏移和受压腿的水平偏移为“－”)。

通过水平和垂直方向的偏移量可以确定预留高后的各腿基础及上顶点正面半根开和各腿上顶点与中心桩、基础顶面与中心桩的垂直距离。需要说明的是，上顶点和基础的侧面半根开在预留高前后无变化。

为使计算方便，对于不等高插入式基础在某些地形中，主角钢插腿位于基础中心桩以下的情况，在建立坐标系时可以将坐标系整体下移，使最低插腿的基础顶点位于z轴上方。

2.2.2 简化计算方法

上节介绍的是一种精确的插入式主角钢控制数据计算方法，在实际工程中还可以采用另一种既满足施工精度要求又可简化计算的方法，即在设计给定各腿基础半根开的基础上，增大内角侧(受压腿)角钢正面坡比，侧面坡比不变，减小外角侧(受拉腿)角钢的正面坡比，侧面坡比不变［10-11］，分别计算出插入式主角钢上顶点和下支点的半根开尺寸。

插入式角钢正面坡比的增大量(或减小量)，应根据铁塔水平转角度数大小由设计确定。一般情况下，将铁塔水平转角度数分为0°～30°、30°～60°和60°～90°3个段，其坡比调整量分别取0.3％、0.6％和0.9％。

对受拉插腿A和受压插腿D进行推导，则A、D腿的预留高计算公式为

式(8)～(10)中：xaj、xdj分别为A、D腿基础半根开，mm；Δha、Δhd分别为A、D腿的基础预留高，mm；Δhda为A、D腿基础预留高值差值，mm。

A、D腿插入式主角钢预偏后的正面倾斜角为

式中：αdN、αaN分别为 D腿、A腿的角钢正面倾斜角，(°)。

其他各量的计算公式与无预留高时基本相同，把式(1)中的α分别用αdN、αaN代换，即可分别求出A、D腿插入式主角钢预偏后上顶点的正面半根开控制尺寸xas和xds。

3 操作方法

3.1 插入角钢悬吊法

首先在基础坑口架设三角吊架，然后用手扳葫芦将插入式主角钢悬挂起来(图2)；再在主角钢上端以角钢内角侧方向安装2个互成90°的可调式支撑杆［图3(a)］，可调式支撑杆用钢钎固定在基础坑口外缘的地面上；在主角钢下端安装2个与上端可调式支撑杆相对应的花兰螺栓［安装在角钢下端外角侧，如3(b)所示］，其一头固定在主角钢下端，另一头固定在基础主筋上；通过收紧或放松手扳葫芦控制主角钢外露高度，同时旋出或收进主角钢上端可调式支撑杆和主角钢下端的花兰螺栓，使主角钢各部位尺寸与设计数据相符。主要控制部位有：主角钢上顶点半根开，主角钢正、侧面坡比，各腿主角钢上顶点间相对高差，主角钢扭转、整基基础扭转。

3.2 操作步骤

(1)将经纬仪置于基础中心桩，前视线路方向桩，并置0°水平角。以主角钢上顶点正、侧面半根开，计算出主角钢上顶点控制角度，并以此确定出主角钢上顶点方向，锁定经纬仪水平度盘。

(2)在基坑上架设三角架并采取稳固防滑措施。用手扳葫芦悬吊插入式主角钢，并利用手扳葫芦粗调主角钢外露高度。

(3)将可调式支撑杆安装在插腿上端，并移动主角钢上顶点沿经纬仪视线方向移动，同时测控主角钢上顶点距中心桩的水平距离和外露高度，当接近设计标准时，用钢钎固定可调式支撑杆下端。

(4)主角钢下端的外角侧用花兰螺栓与基础立柱主筋连接。调节花兰螺栓，使插入主角钢坡比符合设计值，用8号铁线固定主角钢下端内角侧。

(5)在角钢上端和身部缠绕老弦，老弦斜边取中画印。调整角钢方向，使角钢上顶点、老弦斜边中点与经纬仪视线重合，以保证主角钢扭转达标。

(6)综合调整手扳葫芦和主角钢上端可调式支撑杆及主角钢下端花兰螺栓，使角钢上顶点根开，正侧面坡比和主角钢外露长度、相对高差和主角钢扭转与设计相符。插入式基础尺寸允许偏差见表1。若需优良标准，则取表中值的80％［12］。

表1 铁塔基础尺寸允许偏差Tab.1 A llowable deviation of tower foundation

3.3 操作注意事项

(1)基础支模找正前，首先要检查基坑尺寸、基面标高、主角钢规格、绑筋制笼质量等项目。

(2)基础有预留高时，受压腿正面坡比变大，受拉腿正面坡比变小，受拉和受压腿的侧面坡比不变。

(3)采用单腿支模找正时，每基基础的第1条插腿不考虑相对高差，只要施工基面标高与设计数据相符即可，其他插腿支模时要考虑与第1条插腿的相对高差，还应考虑预留高。

(4)在基础浇注混凝土过程中应采取防主角钢冲撞措施。整个浇注过程应经常复核主角钢关键控制点尺寸，必要时及时调整。

4 计算实例

以锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电线路工程川1标段中2基不等高插入角钢基础的实际数据为例，支模找正计算结果见表2。

表2 不等高插入式基础支模找正数据Tab.2 Alignment data of unequal height inserted foundation

采用极坐标法对JC30102A型转角塔(右转38°30')基础找正数据进行计算，预留高系数为0.006。其A、B腿水平偏移为2、11 mm，垂直偏移为－39、－40 mm；C、D腿水平偏移为－19、－19 mm，垂直偏移为36、36 mm。通过大量计算可得，当采用极坐标法进行有预留高计算时，各腿同一高度处的偏移值的绝对量是相同的。从表2中可以看出采用极坐标法和简化方法计算出的数据有细微的差别，施工实践表明，2种方法都能满足验收规范预偏要求。

5 结语

悬吊式插入角钢操平找正方法，已成功应用于向家坝—上海和锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电线路工程川1标段中。该方法改变了传统施工方法中安装整体找正架或同期安装塔腿整体找正或通过垫块或假腿来支撑角钢进行整体或单腿找正方式，通过用三角架悬吊主角钢方式省去了加工假腿或垫块的环节，从而有效地提高了施工效率，节约了施工材料，减少人员投入，降低了工程成本。悬吊式插入角钢操平找正方法重点解决了基坑较深、插腿较短的基础型式的插入角钢支模找正技术难题，开辟了插入式基础找正方法的新途径，值得在输电线路铁塔基础施工中推广应用。

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