刍议输电线路铁塔基础选型设计及其优化

马涛

摘 要：高压铁塔作为电力传输过程中的重要支撑设施，承受着整个输电网络的荷载，其基础构造直接关系着输电线路能够正常稳定的运行，因此输电线路铁塔基础的选型设计对于电力传输而言起着至关重要的作用。该文采用文献法和实例法来阐述我国不同区域铁塔地基的设计现状，并以岩石地基和软弱地基两个典型的地质条件为例，详细地阐述了输电线路铁塔基础的选型设计，最后提出了一系列的优化措施及建议，旨在提高我国铁塔基础的质量水平。

关键词：输电线路 铁塔基础 选型设计 优化

中图分类号：S61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0049-02

高压铁塔作为电力传输过程中的重要支撑设施，承受着整个输电网络的重力荷载，特别是近些年电力网络线路的不断升级，线路重力荷载急剧攀升，这将会对铁塔基础是一个严峻的考验。与此同时，铁塔基础经常受到区域地质环境、气候条件以及施工方案等因素的影响，容易发生铁塔基础沉降、偏移甚至坍塌，从而造成重大的电力网络崩溃事故。因此输电线路铁塔基础无论在选型、设计还是施工上都应当根据区域内的地质环境进行选择合适的方案，确保基础能够承载输电线路的重荷，从而保障电力传输网络的安全运行[1]。

1 软土地基环境下铁塔基础的选型设计

1.1 高压灌注基础

高压灌注基础是利用高压泵将水泥料浆灌入软土路基中，使之与淤泥土壤融为一体，从而起到巩固基础的作用。首先要根据软土路基的实际情况来规划设计注浆深度，当泵机钻头下达至制定深度时，然后开启高压泵将料浆喷射至路基之中。由于料浆被加压喷射，拥有较大冲量，在喷射过程中切割软土并且促进料浆和泥土的融合，待料浆固化之后，便形成了整体稳定的路基。随着近些年高压泵车技术的不断更新，高压灌注基础也较为普遍地运用于软土路基处理之中，并且往外延伸了许多种类，例如高压水泥灌注基础，高压化学灌注基础等，值得注意的是，要根据软土路基的地质结构和软土特性来为铁塔选择合适的高压灌注基础，从而确保铁塔不会因自身及线路重力而出现基础沉降，图1为高压灌注基础的示意图。

1.2 砂石置换基础

砂石置换基础顾名思义是将软土路基用砂石料进行替换，从而达到提高基础强度的一种方法，特别是对于池塘、湖泊等纵深明显的软土路基，该项技术效果明显且成本低廉，可以在空间上提高基础稳定性能，因而被广泛应用于软土路基环境下铁塔基础的施工之中。砂石换填技术首先将软土地基进行开挖清淤，将疏松多孔的软土层挖除移走，然后再将硬度大、强度高的砂石料进行分层回填，而后夯实路基完成整个换填工作。在换填过程中应当将物理性质稳定的回填料放在下层，强硬度不高的物料放在上层，在回填的过程中要分层铺设，控制每层厚度在250 mm左右即可，砂石铺设完毕之后在其上方回填基土，使其与路面相平，回填完毕之后用500 kg的蛙式夯夯实基础从而保证基础的承载力和夯实度。

1.3 粉喷桩基础

粉喷桩是目前软土路基处理过程中最为常见的施工技术之一[2]，其原理是利用空压机将粉体状的固化剂喷入到路基之后进行深度搅拌处理，使之与软土路基中的水分发生化学作用结合在一起，从而使得软土路基形成固化土桩，提高路基的硬度和强度。在粉喷桩施工技术处理软土路基的过程中，首先以水泥、石灰以及细砂作为主要的固化剂，并根据软土路基的土壤构成适量添加一些其他的固化剂进行辅助，将原本松散柔软的淤泥固化起来，形成整体性强、硬度大和承载度高的路基。

2 岩石地基环境下铁塔基础的选型设计

2.1 岩石锚桩基础

岩石锚桩基础主要用在表层裸露、风化程度小以及质地坚硬的岩石之上，首先利用冲击钻对岩石进行成孔，边钻边提，保证岩粉排除孔外，然后将地脚螺栓置入岩孔之中，螺栓用240×240的钢筋骨架进行支撑，将混凝土砂浆灌入其中，确保地脚螺栓与岩石紧密连接，最后在顶部浇筑铁塔平台，用以搭设铁塔。通常情况下，根据岩石锚桩基础承受荷载的不同可以将其分为群锚式和直锚式两种，群锚基础是将许多根地脚螺栓埋入到岩石之中，以获得更高强度的支撑力，通常用于基础负荷较大的铁塔上，例如转角塔、终端塔等[3]；而直锚基础则只是在基础中心线上埋入两种或者四根地脚螺栓，常用在负载较小的铁塔上，图2和图3为群锚式和直锚式基础的设计示意图。

2.2 岩石嵌固基础

岩石嵌固基础主要用于风化程度较大、易于开挖的软质岩石上，充分利用岩石自身的剪切力，从而提高铁塔基础的抗拔承载能力。其设计方案大致分为二个步骤，第一，挖凿基坑：基坑通常采用少量炸药定向爆破后再人工挖凿的方法，为提高基础的稳定性能，一般基坑呈倒“Y”形状；第二，搭设钢筋立柱，浇筑混凝土，并用振捣器对混凝土进行振捣直至混凝土不再明显下降为止。“Y”型岩石嵌固基础具有土石方和混凝土用量少、工程造价低以及基础抗拔能力高等优点[4]，已经被广泛地应用于岩石地质区域内铁塔基础的建设之中。

3 鄂赣联网500 kV线路中铁塔基础的选型设计

3.1 区域内地质环境

鄂赣联网500 kV线路工程沿线地质地貌多为崇山峻岭，大部分山区基岩裸露，风化程度较为严重，岩石多为砂页岩、花岗岩、石炭系砂岩以及凝灰岩等多种类型，并选取了Y40和Y40+2.5两种不同的岩石基础作为真型试验的测量点，其中Y40区域为砂页岩结构，岩体风化十分厉害，表层覆盖着50 mm左右厚度的基土；Y40+2.5区域为石炭系砂岩，浅灰色，表层混有风化砂砾，间隙块状结构。

3.2 基础承重荷载与尺寸大小的设计

由于鄂赣联网500 kV线路沿经的区域多为岩石地质，且多为软质岩石，风化程度较大，故铁塔的选型采用“Y”型嵌固式。通常情况下，岩石嵌固基础的下压承受力相对来说比较容易满足，而基础温度与否的关键是上拔力，岩石表面等代极限剪切强度τ的垂直分量则是抵消上拔力最为重要的因素，因此合理的估算出τ的数值范围，是整个铁塔基础承重和尺寸大小设计的重点。

式（1）（2）（3）中字母表示的意义为：K1为基础上拔的安全系数，T为基础设计上拔力（kN），h为基础预埋深度（m），D为底部“Y”型基础的直径（m），τ为岩石等代极限剪切应力（kN/m2）。该工程中采用的塔型号为ZGU2（45），上拔力为1981 kN，鉴于此，我们根据预估不同的τ取值，从而在Y40和Y40+2.5两个测试点设计出相应的开挖尺寸，具体数据如表1所示。

当设计尺寸确立以后，铁塔基础开始施工建设，基础竣工之后，我们采用静载仪和应变测量仪以及500 t的油压千斤顶对基础进行了测量，实际数据如表2所示。从表2可以发现在4200 kN上拔力的作用下，两个测试点的铁塔基础都只发生了较小的位移，因此我们能够得出结论：铁塔基础的设计尺寸满足实际需求。

4 结语

输电线路的铁塔基础对整个工程质量的影响十分巨大，一旦发生基础沉降、断面甚至坍塌的事故，其后果难以估量，因此，在铁塔基础的建设过程中施工人员一定根据区域的地质条件选择合适的铁塔基础类型，这样不仅可以极大地降低工程消耗，缩短工期，而且还能够提高铁塔基础自身的稳定性，从而为电力输送保驾护航。

参考文献

[1] 程永峰，邵晓岩，朱全军.我国架空输电线路地基基础工程现状及存在的问题[C]//第三节北京输配电技术国际会议.2001.

[2] 廖永昌.浅谈500kV输电线路铁塔基础选型与设计[J].广东科技，2013，22（24）：118-120.

[3] 吴力.试论输电线路铁塔基础选型设计及其优化[J].机电信息，2014（3）：133.