巴基斯坦某直流输电线路典型沙漠地质条件下的基础选型研究

郑晏超 索亮 马东

【摘要】 针对巴基斯坦某直流输电线路盐渍土沙漠和非盐渍土沙漠地质条件下的杆塔基础选型方案进行研究，依据基础选型的原则和要求，结合基础型式和作用力特点，选出适用的基础方案，力求达到降低工程造价、减少劳动力消耗、缩短工期和环境保护的目的。

【关键词】 输电线路 基础选型 经济性 沙漠 盐渍土

引言

杆塔基础作为输电线路工程重要组成部分，其方案选择是否合理不仅直接关系到工程投资，而且对环境保护及线路的安全运行和维护也至关重要。本文针对巴基斯坦某±660kV直流输电线路典型沙漠地质条件下的基础选型方案进行研究，力求达到降低工程造价、减少劳动力消耗、缩短工期和环境保护的目的。

一、工程设计条件

本工程为拟建于巴基斯坦东部默蒂亚里和拉合尔之间的一条直流输电走廊，全长870km，全线以平地为主，中间约2/3的线路穿越印度河下游的塔尔沙漠（Thar Desert），地形起伏较小，高程在25～100m之间。沙漠段地基土主要为粉细砂，状态松散～中密，地基承载力100～150kPa。

与国内输电线路常见沙漠地质不同的是，该线路沙漠地段地基土有其特有的土层地质，表现为：固定、半固定沙丘并存，有、无地下水并存，以及地表含、不含盐渍土并存。本文以此作为开展基础选型研究的依据和出发点。

二、基础设计特点

1、本线路送电距离长、跨越区域广、沿途地形地质条件复杂、地基土物理力学性质差异性大。

2、本工程杆塔设计标准为的美国标准（ASCE74），受美标安全系数的影响，计算的基础作用力较国内通常要高约50%，本工程通过采用实际高度计算杆塔对应的风荷载，并对塔头间隙和节间布置进行优化，使基础作用力降低约17%～25%。具体值见表2。

3、除所受荷载特征外，本工程在开展基础选型和设计时还应充分考虑当地的交通状况、施工条件、环保和投资要求等。三、基础选型依据和原则

3.1设计规范的选用

在输电线路杆塔基础设计方面，中国和美国都编有相关的规范和设计导则[1-4]。文献[5、6]对此作了对比研究，两者都是基于可靠度的设计方法进行基础设计，在实用设计表达式上，均采用了多系数形式。

中国规范承载能力极限状态表达式：0SRγ≤；

美国规范强度设计表达式：Uφ≤×名义强度义强度。

根据笔者多年的设计经验和已运行的超高压工程来看，基础设计理论完全可以采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用可靠度指标度量基础与地基的可靠度，在规定的各种荷载组合作用下或各种变形的限值条件下，满足线路安全运行的要求，因此按中国或是美国规范进行设计均可满足基础安全的要求。

3.2基础方案选择的原则

在选择基础方案时主要遵循以下原则和要求：

（1）应结合工程的地形、地质特点及运输条件，综合分析比较，选择适宜的基础型式；

（2）在安全、可靠的前提下，应力求经济、环保，尽可能因地制宜采用原状土基础，减少施工对环境的破坏；

（3）应充分发挥每种基础型式的特点，针对不同的地形、地质，选择不同的基础型式。

（4）应注重施工的可操作性和质量的可控制性。

四、盐渍土沙漠地区的基础选型

经实地勘察，本线路盐渍土沙漠地区地下水埋深在1～4米，由于强烈的蒸发及毛细作用，盐分向地表聚集并最终形成了一层1～4米不等的盐渍土层。对于该地区的基础选型，除了要考虑沙土自身的特性外，还需考虑盐渍土地基特有的工程特性，如溶陷性、盐胀性和腐蚀性等[7]。经调查和取样分析，其工程特性如下：

（1）含盐量

以硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土为主，分布厚度0～4m内平均含盐量0.78%～12.62%，为中～超盐渍土。

（2）溶陷性

通过试验测得出该地区地基土的溶陷等级为Ⅰ级（弱）～Ⅱ级（中）溶陷性。

（3）盐胀性

沿线易溶盐分析结果表明，地基土中硫酸钠含量在0.25%～0.56%，试验测得盐胀系数在0.33%～1.57%，即不具盐胀性或仅具弱盐胀性。根据规范，环境温度不大时（如埋深大于2.0m的基础），可不考虑盐胀性影响。考虑到本工程杆塔基础的埋深普遍不低于3.8m，因此可不考虑盐胀性对基础的影响。

（4）腐蚀性

根据对土样化学分析的结果，按我国《盐渍土地区建筑技术规范》进行评价，本工程地下水较浅的沙漠地区盐渍土对钢筋混凝土具有弱～强腐蚀性。

（5）地基承载力

盐渍土地区地基承载力需考虑易溶盐溶解产生沉陷的影响，本工程由于大部分基础埋深大于盐渍土土层厚度，地基承载力受盐渍土影响较弱；对于埋深较浅的基础，经测验，在考虑一定安全储备的前提下盐渍土地区地基承载力取100～110kPa可满足要求。

基于上述研究，本区段适合的基础选型方案为：在固定沙丘盐渍土沙漠地区的塔位采用斜柱大板基础型式；在半固定、沙丘地质的塔位[8]，考虑砂土的坍塌和移动性，采用刚性台阶式基础型式更加安全、可靠。当基础位于盐渍土地基上时，不论采用上述哪种基础方案，均应采取措施对其进行地基处理。

常用的处理方法有浸水预溶法、强夯法、浸水预溶+强夯法、换土垫层法以及碎石桩法等，结合本工程实际特点和施工的经济可行性，换土垫层法是较适合的处理办法，选取一定的角砾、碎石等和外运骨料按7：3混合进行级配改良，然后分层回填压实。

除此之外，本工程基础还应考虑混凝土掺加防腐剂、表面涂刷防腐涂料等防腐措施。

五、非盐渍土沙漠地区的基础选型

本工程地下水较深、地表不含盐渍土的沙漠地区，除上文提到的斜柱大板基础以及刚性台阶式基础型式外，由于不需再考虑盐渍土腐蚀性的影响，预制装配式基础也是一种较适合的基础型式。

本线路沙漠覆盖范围较广，部分塔位沿线混凝土骨料及水资源稀缺，且运输距离较长，当地现有条件对现浇混凝土质量影响较大。未避免浪费大量的人力、物力，建议该地段作用力不大的直线塔采用装配式基础型式。该类基础型式[9]较普通开挖类基础造价更省，且在缩减工期和提高施工质量上具有明显的优势。

本工程选取常用的支架偏心、底面板条方向与线路方向沿顺时针旋转45度摆放的四脚支架预制装配式基础和经济性较优的普通斜柱板式基础作为典型基础，采用ZP1型塔基础作用力，分别对其进行计算和技术经济比较，结果见表5。

表5 预制装配式基础与斜柱板式基础技术经济比较表

2、装配式基础材料费含预制加工费。

由上表可知，在沿线骨料和水资源稀缺的无腐蚀性盐渍土沙漠地段，虽然采用装配式基础材料费要高于现浇斜柱板式基础，但因其在施工安装费和运输费上较斜柱板式基础降低较多，因此总费用仍比斜柱板式基础降低约20%。

考虑到转角塔其在输电线路中数量相对较少但却更加的重要，受长期荷载作用时，对装配式基础及其支架的变形影响较大，因此从保证线路安全的角度，不建议该地段转角塔使用装配式基础。

六、结语

通过本文针对巴基斯坦盐渍土沙漠和非盐渍土沙漠地区基础选型的研究，得出在盐渍土沙漠地区固定沙丘地质的塔位宜采用斜柱大板基础，半固定沙丘地质的塔位宜采用刚性台阶式基础，两种方案均需对地基土采取换土垫层法进行处理；对于地下水位较深且无盐渍土的沙漠地区，从经济性和施工便利性两方面考虑，预制装配式基础是一种较适合的基础型式。

通过合理的基础选型，可以有效降低工程造价，减少劳动力消耗，缩短工期，减少当地环境破坏。

参 考 文 献

[1] DL/T 5219-2014，架空输电线路基础设计技术规程[S].

[2] GB 50010-2010，混凝土结构设计规范 [S].

[3] ACI 318：《Building Code Requirements for Structural Concrete [S].

[4] IEEE Std 691：IEEE Guide for Transmission Structure Foundation Design and Testing [S].

[5]李茂华，李正，任吉华，等.500kV输电线路杆塔结构的可靠性分析[J].电网技术，2008，32（23）：91-94.

[6]李峰，张友富，侯建国，等.国内外输电线路铁塔设计安全度的比较[J].电力建设，2010，31（6）：19-23.

[7]王克东，古广林，高森.盐渍土的工程特性研究[J].电力勘测设计，2015.3（增刊1）.

[8] 安培卿，文永庆，雷光杰.750kV输电线路半固定沙漠地区基础选型研究[J].山西建筑，2015.

[9]乾增珍，鲁先龙，丁士君.塔克拉玛干沙漠输电线路装配式基础实验研究[J].岩土力学，2011.