新疆与西北主网联网线路工程基础设计与优化

张令权 王正运 李永平

(东北电力大学，吉林吉林 132012)

0 引言

随着社会经济的发展，远距离、大容量的电力输送和交换是输电线路工程发展的趋势，为了实现西部大开发的战略目标，西部地区输电线路建设规模持续扩大，杆塔基础的作用力也随着电压等级增大而不断增大，杆塔基础在输电线路设计中占有极其重要的地位，输电线路基础的设计和施工也具有明显的行业和地域特点［1-3］。输电线路基础设计是否合理和施工质量的优劣对输电线路能否安全运行起着决定性作用，而且输电线路基础的造价、工期和劳动力的消耗量在整个线路工程中占有很大的比重［4，5］，在特殊地质的情况下基础所占的比例可能会更大，所以根据不同地质情况进行基础设计和对基础进行优化是必要的，这也会对输电线路安全运行、降低工程投资、实现可持续发展的问题提供必要的帮助。

1 基础设计

1.1 常用基础型式及其工程特点

架空输电线路杆塔基础型式应根据杆塔型式、沿线地形地质及水文、施工、运输条件等进行综合考虑后确定［6］。总体可分为:掏挖类原状土基础、开挖回填类基础、岩石锚桩类基础、钻孔灌注桩类基础以及其他特殊类型基础几大类。

各类基础工程特点见表1。

表1 常用基础型式工程特点比较

1.2 近年来应用在输电线路中的新型基础

随着电力工业的发展，输电线路铁塔基础型式也不断优化创新，近年来输电线路工程中使用的新型基础主要有:戈壁碎石土掏挖基础、板式中型桩复合基础、变截面人工挖孔桩、掏挖—岩石锚桩复合型基础、预制微型桩基础、挤扩支盘灌注桩基础。

1.3 本工程基础方案选择

基础方案选型应遵循的主要原则是保证基础型式的技术合理性、施工技术可行性、经济性并符合环境保护和可持续发展的要求。

本工程线路地基情况相对复杂，基础选型主要依据不同地形、地基情况及运输情况，本工程地形地基概括为六大类:

1)戈壁碎石土地基;2)山区岩石地基;3)跨河及河漫滩地基;4)沙漠及沙丘地基;5)湿地(泥沼)地基;6)盐池地基。

根据本地区工程水文地质条件，通过对开挖回填类基础、掏挖类基础、岩石类基础和桩类基础以及新型基础的对比分析，对本工程的基础型式选择和基础设计优化得出以下结论:

1)对于戈壁碎石地基塔位优先推荐采用原状土基础，对直线塔和基础作用力较小的转角塔，结合塔位地形情况推荐采用戈壁碎石土掏挖基础;对基础作用力较大的转角塔，推荐采用板式中型桩复合基础;在原状土基础使用困难的地段，推荐采用板式斜柱开挖基础。

2)在山区塔位，对微风化岩石地基，推荐采用岩石锚杆基础;对于中等风化岩石地基，推荐采用岩石嵌固基础;对于上覆土层厚，下为强风化岩石地基，推荐采用掏挖—岩石锚桩复合基础;在原状土基础使用困难的地段，推荐采用板式斜柱开挖基础。

3)本工程线路跨越部分河流，多为季节性河流，一般河漫滩地较长，河床随自然冲刷或人工采砂影响而经常改道，沿线跨越的较大河流主要有:疏勒河、党河、羊水河、鱼卡河等，在河漫滩地基础一般采用灌注桩基础;对较小的季节性河流，可采用常规的板式开挖基础并加深基础即可。

4)对湿地、泥沼、流砂地层的塔位，主要采用灌注桩基础，并对基础进行防腐蚀处理;对地下水位较低的地段，可考虑采用板式开挖基础，并用玻璃钢外包防腐;对地层为粉细砂的地段，可考虑采用预制微型桩基础或挤扩支盘灌注桩。

5)对于风积砂地区推荐采用大开挖基础，并加大基础埋深;但计算理论应使用近年来沙漠地区基础设计的经验和科研成果。

6)对盐池地段线路基础，参照公路、铁路多年的建设经验和青海输电线路的建设实际，在盐池段线路基础进行“高垫浅埋”，基础型式采用板式开挖基础，防腐蚀采用玻璃钢外包防腐。

2 基础设计优化

基础尺寸的优化直接影响基础的工程量。主要包括:基础埋深、基础底板宽及底板厚和基础主柱宽等。

2.1 基础埋深

影响基础埋深的主要因素有:1)基础作用力的大小;2)地下水位;3)冻土深度;4)基础稳定要求;5)地基持力层;6)施工工艺的要求。

最佳基础埋深是优化基础设计的一项主要内容。由于线路工程的特殊性，基础大部分由上拔控制，当地质条件较好时，适当加深基础埋深(不超过临界埋深为宜)，充分利用土重抗拔，可减小基础底板的尺寸，从而大幅度减少混凝土用量，虽然深埋基础会导致主柱钢筋、基坑开挖量有所增加，但基础底板尺寸的减小可以使总的钢筋量和混凝土量得到减少。

对不同类型铁塔基础最佳埋深须视地质条件、受力大小及基坑开挖情况，来进行计算，并分析优化。

2.2 基础底板宽及底板厚

底板宽度在埋深确定的情况下，由基础的上拔和下压计算确定，一般基础埋深与底板宽之比为1.5左右。底板厚度由两个方面来控制:1)基础冲切计算;2)宽厚比小于2.5。在满足这两点且底板宽已经确定时，若减小底板的厚度，可减少混凝土用量，但钢材会有所增加。对于本工程混凝土经济性较钢材为敏感的山区地区，应适当减小底板的厚度，以减少混凝土用量，但对于其他运输方便的平丘地区，就不需要这样来处理。总之，基础的尺寸也应和最优经济指标联系才对。

2.3 基础主柱宽

基础主柱宽度通常由下面两个因素控制:

1)构造要求。

对于地脚螺栓连接，主柱宽度可参考表2的数值。

表2 按地脚螺栓所确定的主柱宽度

表2中主柱最小宽度是由以下两个条件来控制:

a.地脚螺栓的中心至基础边缘的距离不应小于4d(d为地脚螺栓直径)，且不应小于150 mm。

b.塔脚板底板边缘至基础边缘的距离不应小于100 mm。

2)受力分析。

以往基础主柱采用直柱设计，主柱所受水平力大，基础主柱较宽。现在我们根据铁塔塔腿的受力特点，主要采用斜柱基础，使其主柱承受的水平力大为减少，改善了主柱的受力情况，特别是抬高基础尤为明显。

2.4 基础深宽比

根据特定的基础作用力和地质参数，利用直接搜索法可很容易得到基础深宽比的最优解。

按照对本工程典型基础作用力计算分析结果(见图1)，可以看出，基础深宽比的最优解在1.1～1.4之间。

图1 不同深宽比基础造价比较曲线

3 结语

通过对新疆与西北主网联网750 kV二通道工程沿线不同地质的铁塔基础的选型和优化可以看出，确定铁塔基础的型式应该考虑工程沿线地形地质、水文、运输等综合因素，在确定了基础型式后，在满足技术的合理性、施工的可行性情况下，基础优化不仅可以减少工程量，降低工程投资，并为线路的安全运行提供可靠的保证。

［1］ 鲁先龙，程永锋.我国输电线路基础工程现状与展望［J］.电力建设，2005，26(11):25-27.

［2］ 程永锋，邵晓岩，朱全军.我国输电线路基础工程现状及存在的问题［J］.电力建设，2002，23(3):32-34.

［3］ DL/T 5219-2005，架空送电线路基础设计技术规定［S］.

［4］ 许 涛，王 浩，王振江.输电线路铁塔基础的概念设计［J］.工业建筑，2008，38(1):741-743.

［5］ 郭铁强，杨朝东.输电线路施工中存在的问题及改进措施［J］.电气工程与自动化，2013(3):45-46.

［6］ DL/T 5219-2005，架空送电线路基础设计技术规定［S］.