输电线路经过采动影响区基面开方量的优化

2014-11-10郭磊

山西建筑 2014年23期

郭磊

(山西省电力勘测设计院，山西太原 030001)

0 引言

近年来随着电网建设不断发展，越来越多的输电线路途经煤矿采动影响区，当输电线路经过煤矿采动影响区时，基面开方量大，工程造价高，且塔位基面植被破坏严重，弃土、弃石堆放点不仅影响生态环境，有时还易引起土体滑坡，危及塔位和附近设施的安全，现阶段环境保护呼声日益高涨，正确、合理的设计好山区线路杆塔基面，减少基面开方量，对保证线路安全运行、适应环境保护、降低和控制工程造价就显得异常重要。

1 采动影响区基础设计分析

我国煤炭资源丰富，煤矿众多，高压输电线路不可避免的会从已有煤矿区域通过。由于各矿山开采时间过程与沉陷状况不同，地质条件复杂多变，大小矿井开采方法多样，多种开采状况相互影响，且矿产的大面积开采，必然引起采空区上方地表的移动和变形，造成地表的不均匀沉降，对基础及其上部结构产生附加作用力，造成建筑物的损害甚至破坏。在这些区域立塔，轻则可造成基础倾斜、开裂、杆塔变形，重则造成基础沉陷、杆塔倾倒，严重威胁输电线路的安全运行。

位于采动影响区的输电线路杆塔基础选型应在满足正常设计条件的同时，还应考虑抵抗一定程度的地基变形。由于地基变形有垂直沉降、水平偏移和倾斜三种情况，以此要求所选基础形式应能满足抵抗这三种变形(一定程度的)的能力。

1.1 钢筋混凝土板式直柱基础

该基础形式是国内传统的基础形式之一。其特点是底板宽度与高度不受刚性角的限制，宽高比可增至2.5倍。且混凝土耗量较台阶式基础小，自重轻，可减小对地基的下压力。更重要的是，由于它底板配有钢筋，柔性较大，抗变形能力强，不易断裂，总体抗地基变形能力强。

1.2 复合防护大板基础

该基础形式是在基础底面设置一钢筋混凝土大板，此大板上、下层均配置钢筋，以抵抗由于不均匀沉降所产生的弯矩，为方便基础顶推时减小摩阻力，在大板与基础之间增设砂卵石垫层(示意图见图1)。这种基础形式可以保证当地基发生一定程度不均匀沉降时，不会由于四个基础的不均匀沉降造成杆塔破坏，但不能保证基础根开不发生变化。此种基础在工程中已广泛应用，具有较成熟的经验。

图1 复合防护大板基础示意图（单位：mm）

采取钢筋混凝土板式直柱基础同时配有复合防护大板，是预防采动影响区对输电线路杆塔倾斜与不均匀沉降的有效措施。使用了复合防护大板后，基础基面开方由单个基础开方变为了四个基础整体开方，开方量大大增加。

1.3 复合防护大板基础开方量大的原因

1)复合防护大板基础铁塔不做高低腿及高低主柱，开基面只能以高程最低腿为基准，山区坡度大时，则导致开方量大;2)大板基础为一整体现浇混凝土板，根开越大、基础底板越宽时，开方量越大。

针对以上原因，我院结合以往的工程情况，在设计过程中采用半填半挖的护坡方式、采用窄基铁塔以及中空混凝土复合大板基础的方式，降低了基面土石方的开方量，减少了对山区地形、植被的破坏，起到了保护环境的作用。

2 减少基面开方量的措施

2.1 半挖半填的护坡方式

通过对高程较低的塔腿基础进行护坡处理，相当于在一定程度上缩小各腿之间高差，通过本措施处理后，基础内边坡一般可控制在5 m以下，对于内边坡可视地质条件进行护坡或放坡处理。此种情况需根据最低塔腿高程设置护坡，但需保证复合防护大板位于原状土上，因此护坡无法设置太高，护坡高度只能设置为大板上基础高度。

采用此种方式时，为了使大板基础位于原状土体上，护坡的高度具有一定的局限性，护坡高度只能设置不大于基础高度。

通过此种方式极大程度的减少了基面的开方量，保护了环境。处理如图2所示。

图2 半填半挖减少开方措施示意图

输电线路工程中部分铁塔位于台阶地与坡地中，实现完全降基面，会造成大的开方和较高的内边坡，采用半填半挖方式，不仅可以减少基面开方，而且还可以实现开方与填方的平衡问题，减少工程中余土外运的问题。

2.2 采用窄基铁塔的方式

复合防护大板尺寸过大是导致基面开方量过大的主要原因。解决这一问题的主要办法就是将常规型铁塔基础根开缩小，尽量减小复合防护大板的尺寸。研究表明，将大板尺寸缩小1 m，基面开方量将减少10%～15%。

2.2.1 窄基角钢塔根开变化

以在煤矿采动影响区内使用较多的5A2-ZB2-48为基准研究对象进行分析。原设计角钢塔型的坡度为0.09(单面坡度)，根开为9 700 mm，我们分别对同等荷载条件下的窄基塔以坡度(单面坡度)0.08，0.07进行比较，其比较如表1所示。

表1 窄基塔不同坡度时的根开变化比较表

2.2.2 窄基角钢塔塔重变化

当坡度按线性减小时，铁塔主材的计算应力近似呈线性比例增大，且铁塔腿部的主材应力变化明显，从而导致铁塔主材规格增加。由于铁塔材料的变化，从而也导致了采用窄基塔时较常规坡度铁塔的重量有所增加，其重量的变化如表2所示。

表2 窄基塔不同坡度时的塔重变化比较表

由表2可见，铁塔由于坡度减小，根开变小，导致重量有所增加，但增加幅度有限。

2.2.3 窄基角钢塔基础尺寸变化

当铁塔坡度减小、根开减少时，铁塔作用力同步增大，基础底板计算宽度相应的会有所增加。我们以G25号塔位的地质条件为基础进行基础计算，如表3所示。

表3 典型地质条件表(摘自地质报告)

计算结果比较见表4。

表4 不同坡度时窄基塔的基础尺寸比较表

从上述基础尺寸可以看出，当采用窄基塔时，根开虽然变小，但是由于根开减小引起作用力的增加，导致基础底板尺寸增加也较大，基础混凝土量增加也较多。

2.2.4 窄基角钢塔复合防护大板尺寸变化

结合根开的变化和基础尺寸的变化，复合防护大板尺寸变化如表5所示。

表5 不同坡度时窄基塔的复合防护大板尺寸

从上述复合防护大板尺寸可以看出，当采用窄基塔时，以坡度0.07为例，根开减少1.4 m时，大板宽度只减少1.1 m，复合防护大板混凝土量和复合防护大板上部基础混凝土量的整体有所减少。

2.3 中空混凝土复合板基础

中空复合板由钢筋混凝土制成，中间开孔，是复合防护大板的一种改进形式，因地制宜的采用中空大板基础，可在一定程度上减少基面及基坑开方量。采用中空大板基础，大板中间空洞的土方则不需要开挖，相应既减少大板混凝土量，又减少土方开挖量。采用此种方式，在地形坡度较陡地段或台阶地地段开挖，容易形成凹型槽，从而引起积水或排水不畅，因此只能在适当地段采用。