浅析输电线路铁塔基础设计与优化

林文玉

（福建永福工程顾问有限公司　福建　福州　350108）

浅析输电线路铁塔基础设计与优化

林文玉

（福建永福工程顾问有限公司福建福州350108）

随着我国电力事业的不断持续发展，输电线路铁塔基础的设计问题也受到了普遍的关注。由于铁塔的基础工程很容易受到具体的环境因素与其他不利的人为因素的影响，而导致整体的质量达不到国家规定的标准。本文主要探讨的是影响输电线路铁塔基础设计的因素，着重指出了优化输电线路铁塔基础设计的具体措施。

输电线路；铁塔基础；设计；优化

基础工程是输电线路工程体系的重要组成部分，其设计的优劣直接关系线路工程的安全运行、工程造价控制和工程对环境的影响程度。因此必须通过一系列的方法和手段，不断优化和加强铁塔基础设计的合理性与科学性，才能更好地避免由于发生事故而造成的电网瘫痪，给人们的日常生活带来安全威胁与不必要的财产损失。

1　影响输电线路铁塔基础设计的因素

铁塔主要是利用基础将实际所承受的各种荷载传递到地基之中的，因此对于铁塔基础的设计显得尤为重要，尤其是在一些超高压甚至特高压输电线路的设计上。输电线路铁塔基础在实际的设计选型过程中会受到方方面面因素的影响，要结合具体塔位的地形及水文条件特征，还要考虑到地基本身的复杂性灵活地选择。整体设计要从线路的安全性与可靠性出发，充分考虑上部铁塔传递的荷载特点，还要考虑铁塔和输电线路所处的位置，考虑基础与铁塔二者之间的作用与实际的受力情况。铁塔基础埋深并不是很深，因此在具体设计之前必须充分考虑到一些可能影响到它的因素。①输电线路的铁塔基础设计一定要综合分析铁塔的受力特点，总结出具体的规律。可以利用一些专业的软件对基础的受力情况进行全面系统的分析，得到最准确的基础底部承受的上部压力数据，然后再根据这些数据对地基的实际承载力进行精准的计算。②要考虑到塔位地质情况，了解地基强度以及具体的特点。由于基础是钢筋混凝土浇制而成，与实际地基土的刚度存在很大的不同，因而只有结合实际的地质环境，了解到基础受力与土层之间的关系，才会避免基础底板出现弯曲或者由于受压过大而出现基础变形。③要结合施工工艺特点，选择符合实际的设计理论和基础材料，按照实际的受力情况合理配置基础钢筋，避免由于配筋发生偏差而导致基础结构设计的不合理，导致铁塔的实际抗倾覆性差，避免给日后的工程施工埋下巨大的隐患。

2　输电线路铁塔基础型式选择和优化的基本原则

在基础方案选择时，应遵循下面的原则：

（1）应符合相关法律、法规及规范、规定要求。

（2）应注重环境保护和可持续发展战略。在安全、可靠的前提下，尽量做到经济、环保，减少施工对环境的破坏。应尽可能充分利用原状土地基承载力高、变形小的良好力学性能，因地制宜采用原状土基础。

（3）充分发挥每种基础型式的特点，结合地形、地质特点及运输条件，综合分析比较，选择适宜的基础型式，注重施工的可操作性和质量的可控制性。

（4）对不良地基，提出特殊的基础型式和处理措施。

基础的设计优化应遵循以下主要原则：

（1）优化计算采用的理论、计算公式应合理、科学，有权威的、经过论证并发布的理论依据及相关研究、试验结果作为支持，一般应具有现场试用的经验。

（2）对环境的影响较小，符合节能减排的要求，充分贯彻环境友好型的原则。

（3）经济性指标合理，应用效益显著。

（4）基础型式对现场地形、地质及交通运输条件的适用性强。

（5）充分考虑施工难度及现场的可操作性。

3　优化输电线路铁塔基础设计的具体措施

对于输电线路铁塔基础设计的过程，不仅要遵循结合当地的地质、地貌、水文条件等的设计原则，同时也要采取其他合理的措施，提高实际设计的优化程度。

3.1加强铁塔基础结构的设计安全

目前，架空输电线路常用的基础型式主要有原状土基础和开挖回填类基础两大类，由这两大类又可延伸出其它许多基础型式。每一种类型基础都有自身的特点及其适用条件，因此对于基础型式的选择一定要充分结合实际的地理环境，结合具体地质、地貌、水文特点、施工条件等多方面的综合因素进行考虑，一定的不能够按照自己的主观想法随便地选取，要选择最适合的类型的才行。设计师在实际的设计过程中还要充分考虑铁塔的整体稳固性、安全性、经济性，要精准地计算出铁塔的基础受力情况，才能有助于更加科学地选择适合的塔基类型。

3.2提高铁塔基础的选型分析

对于输电线路的铁塔基础设计可以进行不同的分类选型。开挖回填类基础主要有板式基础、台阶式基础和联合式基础。原状土基础主要有掏挖基础、岩石基础和桩基础三大类。

（1）板式基础。这种基础的特点是适应地质条件广，施工方法简便，是目前工程设计中较为常用的基础型式，在具备机械开挖条件时，施工效率可大大提高。缺点是此种基础对土体扰动较大，回填土虽经夯实后亦难恢复到原状土结构强度，且开挖量大、弃土易造成滑坡，影响基础稳定，植被破坏和水土流失严重，塔位环境易破坏，从而影响基础稳定，在山区斜坡地面处的塔基位置往往形成人工高边坡，容易崩塌滑坡造成基础滑移。根据基础立柱是否向塔位中心倾斜，板式基础可分为直柱基础和斜柱基础。在实际的设计过程中，设计师需要结合坡度的实际情况，对基础柱子的正面和底板的面积进行科学合理的设计，在一些地板上相对比较薄的地方，必须设计添加钢筋加固的结构，以更好地增强地基的牢固程度。

（2）台阶式基础。由于这种选型方式的对于的基础的稳固性特别高，因而相对而言应用的比较常见。它无需在基础内部放置钢筋，只要把握和控制好基础地板的台阶高度即可。这种类型不需要太多的钢筋材料，只需要合理控制混凝土的用量，因而如果在一旦发现设计与实际施工存在某些不一致的地方就可以根据实际情况灵活地调整。由于这种方式具有很强的灵活性，因而可以大大地提高施工效率，缩短工期。台阶式基础一般用于承载力好，压缩性较小的地基，可分为直柱式和斜柱式。目前，此类基础仅用在地下水位较高等特殊条件的塔位。

（3）联合基础。这类基础埋置于经夯实的回填土体内的，承受较大倾覆力矩，由于施工较复杂且耗用材料又多，故只有在荷载大、地基差的条件下，用其它类型基础在技术上有困难时方可采用。联合基础适用于地下水位较高基础需浅埋、基坑不易开挖成型且地基易产生不均匀沉降的塔基，基坑开挖一般在3m之内。

（4）掏挖基础。这种类型的设计对基础地板和实际荷载能量的要求比较高。这种类型的操作工序比较简单，只需将提前制作好的土胎安全地放到地板上就行了，不需要像其他类型一样反复地进行填土，因而大大节省了施工过程中的人力成本，而且也避免的填土过程中对环境和植物带来的破坏。但是这种方式受到土地的水文环境因素制约比较强，在具体的施工前一定要充分考虑到地下水位的特带你，要反复到实地进行勘察、研究、分析，明确基础不会受到水位的升降影响而影响到实际的工程质量。目前主要采用的掏挖基础型式有直掏挖基础和斜掏挖基础，直掏挖基础可分为全掏挖和半掏挖。斜掏挖基础兼具原状土基础与斜柱式基础的优点，但对地质条件及施工工艺要求均较高。另外，还可采用直掏斜插式掏挖基础与带斜柱直掏挖基础，在保护环境及减少基础材料用量方面均有显著效果。直掏斜插式掏挖基础可在柱顶设置偏心。

（5）岩石基础。如果输电线路的基础不得不设置在一些风化的岩石上的时候，采取其他的方式可能就会受到一定的限制，因而必须采用这种设计方式来具体应用。由于工程需要的露天的岩石上进行，因而在实际的过程中必须充分考虑到岩石的硬度以及具体的特点，合理安排和利用的施工材料。这种方式虽然实际的施工难度有些大，但是减少了对土地地表层的植被破坏，在一定程度山也可以减少水土流失，因而只要突破了岩石作业的施工技术，也可以被广泛应用。输电线路工程中常用的岩石基础型式有直锚式、承台锚杆式和嵌固式。直锚式岩石基础由于基础本身的承载力不高，仅适用于基础力较小的杆塔。

（6）桩基础。目前输电线路中采用的桩基础主要是钻（冲）孔灌注桩基础和人工挖孔桩基础，人工挖孔桩基础施工开挖量较小，对环境破坏小，适用于地下水较深的土、强风化岩石塔位。钻（冲）孔灌注桩基础一般用于土质较差、持力层较深的可塑、软流塑的水田河网地区及需抵抗水流冲刷及飘流物撞击的河道跨越位置等，采用钻机钻出桩孔或利用冲孔机的冲锤冲击成孔。基础施工需要大型机具，施工工艺要求较高、施工难度大，成桩后需进行基桩完整性检测或同时进行承载力检测，且对成孔机械进出场条件要求较高，施工费用较高。另外，施工过程中废弃泥浆、油污等对环境存在一定污染。

3.3重视铁塔基础的细节检查

要想保证整个的工程质量，除了采取科学合理的设计方法，选用适合设计类型外，还必须充分关注到每个基础设计存在的一些细节方面的问题，有效的查缺补漏，促进整个工程设计的完善。例如，在实际的铁塔基础设计过程中要仔细地查看在对地基的承载力计算时，实际的数值是否控制达到了的80%以内的；对地基的对上层的荷载能力是否进行了充分的测试，是否充分考虑到了地基的沉降问题；对基础结构的设计是否充分考虑到了的结构整体的稳固性而对地基进行了良好的加固处理，避免出现地基变形等严重问题；在基础设计过程中还必须提高实地勘察的质量，真正做到前期的工程设计与实际的工程施工有充分的一致性。

4　总结

综上所述，铁塔基础的设计研究，对保障输电线路的安全运行具有重要的意义。只有根据不同的地形条件并且结合地质的具体特点，才能进行科学合理的基础选型工作，在一定程度上降低工程造价。科学合理的输电线路铁塔基础设计，不但可以维护和保证输电铁塔的稳定与安全，更能够转变我国电力工作中环保、节约、优化的设计理念，从而更好地推动我国电力事业的发展，而且也最大限度地实现了整个输电线路的安全运行。

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TM726

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1673-0038（2015）23-0250-02

2015-5-25

林文玉（1982-），男，工程师，硕士研究生，主要从事高压输电线路结构设计工作。