空间受限地区高压架空输电线路钢管杆基础优化设计

安培卿 王德朝

【摘 要】为了实现对于部分城市地区由于空间受到一定限制高压架空输电线路钢管杆建设难题，本文通过探讨钢管杆受力的特点并结合工程现场实际情况，从而提出一定优化政策。结果显示对其进行基础优化设计能够取得较为明显的作用，希望本文能为今后高压架空输电线路钢管杆的相关建设起到一定帮助。

【关键词】空间受限地区;高压架空输电线;钢管杆;基础优化

常见的高压架空输电线类型包括钢管杆、角钢塔等多种形式，由于城市地区的用地相对较为紧张，空间受到一定限制，不能采用角钢塔形式进行建设，城市地区的高压架空输电线路一般都是以道路为路线，在此过程，钢管杆由于其独有的占地面积小的优势被城市地区所青睐[1]。但由于城市的线路和设施相对较为复杂，对于钢管杆的基础空间建设有一定难度。目前，对于输电线路的基础优化设计大多数的研究重点都在于对于地质和结构的相关优化工作，关于空间受限地区的基础优化进行设计的研究很少，基于此，本文对空间受限地区高压架空输电线路钢管杆基础优化的设计进行研究探讨。

1.钢管杆基础受力特点

本研究所选取的钢管杆均为单杆型，平均直径为2米，杆底法兰盘平均外径为2.75米，钢管杆正常工作时，风荷载和导地线荷载对其产生主要影响，构成横担的相关方向弯矩。风荷载与前后导地线之间张力的差构成垂直横担弯矩。钢管杆底部的竖直力主要是导地线的重量和杆自身的重量，钢管杆底部的水平向心力主要是风荷载与导地线的水平力所产生的作用，钢管杆的受力主要形式是底部横担方向的弯矩相对较大，而垂直横担方向的水平力较小，产生的弯矩也较小。

以钢管杆受力特点为依据，钢管杆基础分为多桩承台式、单桩、板式基础等各种形式。架空输电线路的相关基础设计一般以承载力等为控制指标。当钢管杆底部产生较小弯曲的时候，通常采用板式基础，当弯矩相对较大的时候，板式基础难以满足水平位移和上拔要求，因此钢管杆几乎很少使用板式基础[2]。钢管杆若使用单桩基础，这种情况下的杆，底端需要承受较大弯矩，因此单桩基础的主要特点为对桩位移进行一定控制。当采用多桩承台式基础时，因为沿横担方向杆底的弯矩最大，因此，在横担方向布置多桩的时候，桩距之间的距离增大了惯性矩，从而来对杆底弯矩进行抵抗。当对垂直横担多桩进行设计时，基础受力的形式与单桩模式较为相似。同时为了保障基础能够均匀受力，通常情况下按杆塔前后侧的角度对多桩承台基础进行均匀分布。

2.工程选择

工程选择为南阳市宛城区，对市区一条220千伏送电线路进行改造改造，其中导线截面620平方毫米，距离地面10米处的风速为27米每秒，双回路架设，10mm覆冰。其中现有公路边架线包括NF4～9。NF9转角杆向右偏转44度。NF9地质如图 1所示。

3.基础选择与方案设计

NF9转角杆转角度数较大，经过初步计算，如果设计为单桩，其直径超过3米，桩长超过了25米，现场空间根本不具备，而且不具有经济性。因此选择多桩承台方式进行塔基设计。沿道路的方向对承台进行布置，承台须需进行约22度左右的旋转，在旋转后，承台基础转角度数不同。以空间尺寸计算为依据，经过计算最大基础桩径不超过1.5米，根据相关规定，承台到桩边的最小距离为0.45米，经计算承台宽度尺寸的数值最小不能低于2.5米，但经过现场实际测量证明，承台宽若为2.5米，无法在原有的中心柱进行放置，造成右边的构筑物与承台发生碰撞，因此该数值需要被进一步优化。

若向道路一侧移动中心桩12厘米，能够使得基础在地面露出的承台部分能够与道路边缘紧贴，这时，承台与右边构筑物之间的距离：12厘米;左边的雨水管与桩之间的距离：21厘米;右边的混凝土构筑物和桩边之间的距离：63厘米，均符合规定的空间尺寸。向左移动中心桩12厘米后，在NF9后侧的直线杆向左偏转大约6分，NF9转角杆大约向右偏转44度28分，经过反复计算和验证，满足杆塔受力，因此，本文决定向左移动中心桩12厘米。由于此基钢管杆为耐张转角型，对于位移的改变相对较为敏感，根据相关规范，对于位移敏感的钢管杆来说，建筑物水平位移不能超过6毫米，以此为依据，采用荷载标准按6毫米水平位移对本工程进行计算。若选用桩径1.5米，桩间距为4.5米的方案，根据方法进行计算位移约为5.6毫米，此时为2桩;若选用3桩桩径1.5米，桩间距为4.5米的方案，经计算位移大约为4.3毫米。经过上述操作，可以得知如果采用2桩，水平位移利用率已经高达93.33%，如果援用3桩方案，利用率大约为71.67%。由于对本方案周围有建筑物的条件进行充分考虑，本方案对于位移较为敏感，因此对于位移的利用率应选择较低的3桩方案，由此，本文采用3桩承台方案。基础建设的数据：3桩桩长8.5米，桩径1.5 米，承台宽2.5米、长12.5米，承台柱的高1.5米、直径为2.5米。与此同时，由于本方案的承台沿道路方向布置为长边，本工程经验就需要对抗扭进行加固。因此，本工程利用箍筋对承台进行加固，钢筋箍筋的选择为直径20毫米，同时采用焊接的方式进行封闭箍筋从而对承台的承受能力进行大幅度加强。为了尽可能避免两侧建筑物对于基础造成影响，本文建议上部进行人工开挖机，同时钻孔机器运用对下部进行钻孔成孔的方式。由于钢管杆偏转方向为右，本文建议对于空白空间进行填土不压实操作从而最大程度上降低基础对于右边建筑物所产生的影响。

4.结论

通过本文设计可以一定程度上解决工程基础空间受限的问题，在工程的实际应用中取得一定成效。由于城市地区空间上较为紧张，导致工程在进行基础布置钢管杆时，受到一定限制[4-5]。基于此，通过基础选型的设计和其方案的相关研究优化希望对工程提供一定帮助，经分析，本文认为设计基础时可以通过下列方式对基础方案进行不断优化：

1）使导地线放松，使杆塔的基础受力减弱，并以杆塔基础的实际作用力为基础进行工程设计。

2）由于多桩共同受力能够使基礎水平位移一定程度上减小，因此通过多桩承台方式的使用对基础进行设计布置。

3）当有一定转角时，如果按前后侧钢管杆转角平分线上布置承台，空间很可能受限。此时可以适当挪动桩的位置，并根据实际空间对承台进行旋转，然后再对杆塔的受力进行验算证明。

参考文献：

[1]赵淳，谷山强，周洪，魏凤，邓阿妹，赵倩.专利视角下的全球智能输电运维关键技术创新发展研究[J].高压电器，2019，55（09）：86-96.

[2]何丰怡.高压输电线路T接方案优化探讨[J].低碳世界，2019，9（06）：83-84.

[3]秦威南，方玉群，潜力群，梁加凯，蒋卫东.超/特高压架空输电线路短路接地线烧伤分析研究[J/OL].中国电力：1-11[2019-11-07].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.3265.tm.20190619.1135.004.html.

（作者单位：中国电建集团河南省勘测设计院有限公司）