输电线路海岸立塔设计

付建明，李靖宇，刘巍

（山东电力工程咨询院有限公司，济南250013）

输电线路海岸立塔设计

付建明，李靖宇，刘巍

（山东电力工程咨询院有限公司，济南250013）

依托华电莱州电厂500 kV线路送出工程，梳理了该工程海中立塔的设计过程。铁塔采用钢管结构，基础采用高桩承台结构，桩型采用后注浆灌注桩等。该工程两年多的安全运行表明，工程的设计方案是合理的，结构型式安全、经济、可靠，为以后的类似工程提供设计参考。

海岸立塔；钢管结构；高桩承台；后注浆灌注桩

1 工程概况

华电莱州电厂500 kV送出工程为全线双回路架设，导线采用4×JL／LB20A-630／45型铝包钢芯铝绞线，地线均为OPGW。根据山东电网发展规划，华电莱州电厂送出工程位于山东电网北部500 kV送电通道（500 kV滨州—油城—寿光—光州—栖霞—昆嵛通道）上，该电厂的电力送出对于山东电网安全稳定运行具有十分重要的意义。电厂的北侧和西侧是莱州湾，根据电厂规划，500 kV向西出线，然后折向南进入陆地，需在海岸立塔。

2 设计资料

2.1 水文气象资料

该工程所在海域为莱州湾，位于山东半岛西北，渤海南部，现代黄河三角洲的东南侧，冬季受寒潮影响较大，气候比较寒冷，夏季比较炎热，具有显著的大陆性气候特征，设计基准风速为31 m／s。

莱州湾的潮汐类型属于不正规混合半日潮，涨潮流方向为224°～245°，落潮方向为49°～78°，平均流速为0.29～0.37 m／s，最大可达0.8 m／s。

该工程塔位处天然冲刷深度0.5 m，局部及总冲刷深度详见表1。

表1 塔位基础冲刷深度m

该区域波浪主要受季风影响，全海区的波浪以风浪为主，频率在80%以上。常浪向为NNE，年出现频率11%，最大波高H1%为3.9 m；次强浪向为NW，最大波高H1%为3.8 m；最大波高H1%大于3.0 m的方位还有N、NNW、NW、WNW。

海水对混凝土结构有弱腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋有中等腐蚀性，对钢结构有中等腐蚀性。

2.2 地质资料

莱州湾海岸主要是基岩海岸，地基土层主要由中粗砂、花岗岩及其风化层组成。

1）0.0～5.3 m层主要含棕黄色、浅黄色中砂，松散，饱和，局部混少量卵石块及粗砂，夹淤泥质粉土薄层或粉砂。

2）5.3～15.0 m层主要含黄褐色、浅黄褐花岗岩，强风化，主要矿物成分为斜长石、钾长石、石英、黑云母等中细粒花岗结构，块状构造，岩石粗砂状、碎块状。

3）15.0 m以下层主要含黄褐色、浅黄褐花岗岩，中等风化，主要矿物成分为斜长石、钾长石、石英、黑云母等中粒花岗结构，块状构造，裂隙较发育。

根据中国地震动参数区划图［1］，塔位处地震动峰值加速度为0.15 g（对应地震基本烈度为7度），地震动反应谱特征周期为0.40 s（对应中硬场地）。

按DL／T 5122—2000《500 kV架空送电线路勘测技术规程》［2］第11.6条的要求，“当抗震设防烈度≥7度，且场地内分布有饱和砂土或饱和粉土时，应判别场地土地震液化的可能性，并确定场地液化等级”。该工程有液化点存在，液化指数为20.6，液化等级为严重液化，最大液化点深度为5.3 m。

3 铁塔设计

3.1 杆件的体型系数

圆管截面用于暴露在液流（如风场或水流）中的结构时，有显著的优点。如图1所示，圆管截面的阻力系数要远小于具有锐角的开口截面的阻力系数。根据GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》［3］，角钢构件的体型系数为1.3，钢管构件的体型系数一般取值为0.85。

图1 角钢截面和钢管截面风流

钢管结构相较于角钢结构减小了风载体型系数，降低了塔身风荷载，在受风荷载方面明显优于角钢结构型式。

3.2 铁塔防腐

1993年由山东电力工程咨询院有限公司（以下简称山东院）设计的220 kV龙招线，采用的是角钢塔设计。由于地处海滨，盐雾对铁塔侵蚀非常严重，每隔8～10年均要对腐蚀严重材料进行更换，对工程的安全运行造成严重的隐患。工程实例照片见图2。

图2 工程实例照片

圆管截面从一个截面到另一个截面之间光滑过渡，没有锐角，相对于具有锐角的角钢截面而言具有较好的保护作用，可以延长涂层的防腐蚀周期。根据研究表明：在密封的管截面内不可能发生内部腐蚀。即使在没有被完全密封的管截面内，内部腐蚀也非常有限。如果考虑未完全密封管截面内水汽凝固，可以制作一个排水孔使水依靠重力排干。

由于华电莱州电厂送出工程的特殊性，在铁塔材料截面形式的选择上，宜选择外形美观、体型系数较小、抗腐蚀性能较强的钢管结构。根据工程运行经验，海水盐雾腐蚀高度一般不超过10 m，该工程要求在铁塔组立完毕后，自基础顶面至10 m高度范围内在镀锌层外需刷铁塔重锈防腐胶粘剂。

4 基础设计

4.1 基础型式

高桩承台基础是由桩和连接承台共同组成的基础型式，承台高出水面，通过桩身将作用在基础上的荷载传至地基，常用于港口、码头、海洋工程等。根据海域的地质条件，该工程基础适合采用此基础型式。

4.2 桩型的选择

PHC管桩基础。PHC管桩基础具有单桩承载力高、施工速度快的特点，但是该工程5.3 m以下为强风化花岗岩，且呈块状，故桩的入土深度较浅，不能满足抗拔承载力的要求，故不采用该桩型。

冲（钻）孔灌注桩。冲（钻）孔灌注桩是最常用的一种桩型，其优点很多：适用范围广，可用于多种复杂地质条件；桩径、桩长不受限制，不存在接桩的问题；施工工艺比较成熟，无需大型设备。同样该桩型也存在缺点：为提高桩的抗拔能力只能通过增加桩数、增加桩径或桩长，不能有效地改善桩土效应。

后注浆灌注桩（cast in place pile post grouting，PPG）。PPG不仅具备普通冲（钻）孔灌注桩的所有优点，而且能够在桩体混凝土初凝后，用注浆泵将水泥浆或水泥与其他材料的混合浆液，通过预置于桩身中的管路压入桩周或桩端土层中，桩侧注浆会使桩土间界面的几何和力学条件得以改善，桩端注浆可使桩底沉渣、施工桩孔时桩端受到扰动的持力层得到有效的加固或压密，并加固桩底和桩周一定范围的土体，以大幅度提高桩的承载力，增强桩承载状态的稳定，减小桩基沉降。PPG后注浆灌注桩加固示意见图3。综上所述，本工程采用PPG基础型式。

图3 PPG加固示意图

4.3 基础计算

根据该工程的地质条件，持力层为中等风化花岗岩，故基础计算的控制条件为基础的抗拔计算。

基础承受荷载。基础设计时需考虑计算荷载包括铁塔作用力、水动力、波浪力以及地震作用。

抗拔计算方法。根据山东院设计的220 kV聊城王庄送电工程PPG基础试验结论，抗拔侧阻力增强系数与受压侧阻力增强系数之比为0.88～0.94，建议在工程设计中取0.9［4］，详见表2。

PPG的极限承载力标准值Tuk为［4］

式中：ki为后注浆侧阻力增强系数的抗拔折减系数，取0.9；βsi为后注浆侧阻力增强系数；λi为后注浆第i层土抗拔系数；qsik为后注浆第i层初始极限侧阻力标准值；ui为桩身周长；li为第i层土厚度。

表2 各土层后注浆抗拔侧阻力增强系数与受压侧阻力增强系数对比

4.4 工程经济性对比

该工程根据实际地质条件分别对普通灌注桩和后注浆灌注桩进行测算见表3。

由表3可以看出该工程采用后注浆灌注桩节省造价25.4%，经济效益显著。

表3 指标分析

5 结语

华电莱州电厂送出工程建成投产两年多来，被中国电力建设企业协会中评为“高质量等级优良工程”，荣获“国家电网公司输变电工程优秀设计奖”、“电力行业优秀工程设计奖”、“国家电网公司优质工程奖”、“中国电力优质工程奖”、“国家优质工程奖”。

通过梳理华电莱州电厂送出工程海中立塔的设计过程，得出如下结论：铁塔材料选用钢管结构，有利于减小铁塔塔身风荷载，有利于抵抗盐雾的腐蚀；铁塔基础采用后注浆灌注桩基础，该桩型基础比普通灌注桩基础节约造价25.4%，工程造价经济合理。

［1］GB 18306—2001中国地震动参数区划图［S］.北京：中国标准出版社，2001.

［2］DL／T 5122—2000500 kV架空送电线路勘测技术规程［S］.北京：中国电力出版社，2000.

［3］GB 50009—2012建筑结构荷载规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［4］姜宏玺，林青海，陈培，等.输电工程中后注浆灌注桩的试验研究及应用［J］.中国电力，2012，45（4）：29-34.

［5］JGJ 94—2008建筑桩基技术规定［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［6］刘金波.建筑桩基技术规范解释与应用［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［7］DL／T 5219—2005架空送电线路基础设计技术规定［S］.北京：中国电力出版社，2005.

［8］GB 50545—2010110 kV～750 kV架空输电线路设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2010.

［9］GB 50017—2003钢结构设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2003.

［10］DL／T 5154—2012架空输电线路杆塔结构设计技术规定［S］.北京：中国计划出版社，2012.

［11］方孝伍.500 kV线路海中铁塔基础设计［J］.电力勘测设计，2010（6）：65-71.

［12］姜宏玺，孙宗德.后注浆灌注桩在输电线路工程中的应用探讨［J］.山东电力技术，2010，37（3）：66-69.

Tower Design of Transmission Lines on the Coast

FU Jianming，LI Jingyu，LIU Wei
（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute corp.，LTD，Jinan 250013，China）

On the basis of the 500 kV transmission line project of Laizhou power plant，we look back upon the design of the tower on the coast.The tower is of steel-tube construction；the foundation uses high-rise pile cap；as for the pile type，postgrouted pile is adopted.Over two years’safe operation of the project testifies that the tower construction is safe，economical and reliable，which can be used as reference for future projects.

tower on the coast；steel-tube construction；high-rise pile cap；pile post grouting

TM75

B

1007-9904（2015）06-0059-03

2015-02-22

付建明（1982），男，工程师，主要从事输电线路设计方面的工作。