输电线路板式基础设计优化研究

2019-10-21李启振

科学导报·科学工程与电力 2019年34期

【摘要】通过对板式基础进行地脚螺栓预偏、主柱偏心及设置斜柱等优化设计，可显著改善基础底面受力性能，有效降低基础尺寸与本体造价。

【关键词】板式基础;受力性能;优化设计

基础工程是输电线路工程体系的重要组成部分，其工程造价、施工工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重。根据统计，输电线路基础工程施工工期约占整个工期的50%，运输工程量约占整个工程的80%，费用约占工程本体造价的15%～20%。选择合适的基础方案并进行优化设计，可有效降低整个工程造价。

混凝土板式基础是输电线路工程设计中最常用的基础型式之一，系指通过支模方式埋置于预先挖好的基坑内并将回填土夯实的基础，此类基础是以扰动的回填土构成抗拔土体，保持基础的上拔稳定，此类基础具有施工简便的特点。

随着电力工程大规模建设的发展，输电线路走廊越来越长，杆塔基础的费用越来越高;同时随着电压等级的提高，杆塔基础承受的荷载将越来越大，杆塔基础尺寸也越来越大，因此需要对基础进行设计优化分析。利用架空输电线路杆塔基础设计与优化软件，结合实际工程，开展混凝土板式基础设计优化分析，给出设计优化建议。

1 板式基础的優化分析

1.1基础的优化设计原则

（1）以结构受力体系最合理为优化目标的整体优化，主要考虑充分利用基础受力体系的特点，改善基础结构形式，节约材料消耗。

（2）在一定的结构受力体系下，以造价最低为优化目标的局部优化。

1.2 直柱地脚螺栓偏心基础

地脚螺栓通过偏心设置，可以达到减少基础主柱弯矩和减少基础底面弯矩的目的，偏心所产生的反向弯矩可抵消部分由基础水平力对基础所产生的弯矩，使基础受力更趋合理，进而有效降低基础的材料量。偏心值越大，所产生的反向弯矩越大。通过计算分析，对于同一塔型，偏心值和折减水平力成线性关系，且当偏心值达到0.3m左右时，可相当于抵消其水平力约30%的作用。通过分析还可得出，直柱式基础的偏心值与塔腿倾斜坡度和基础高度有关，所以偏心值的取值应根据塔腿的坡度与基础的埋深综合考虑确定。虽然由于主柱宽度的限制，地脚螺栓偏心的方式无法达到斜柱基础的效果，一般可折减水平力15%-25%，但地脚螺栓偏心的方法除板式基础和直柱掏挖基础外，其他基础型式也可采用;通过地脚螺栓偏心仍然可以起到减少弯矩，降低工程量的目的。

1.3 主柱偏心直柱板式基础优化

主柱偏心直柱板式基础，同样可以达到减少基础主柱弯矩和减少基础底面弯矩的目的，偏心所产生的反向弯矩可抵消部分由基础水平力对基础所产生的弯矩，使基础受力更趋合理，进而有效降低基础的材料量。

本文地质条件取粉质粘土、1m水，以直线塔为例，上拔力取900-1600kN，对多工况地质条件下的基础进行计算，将主柱偏心直柱基础与普通直柱基础进行计算对比及造价分析，详见下图所示：

从上图看，采用主柱偏心直柱基础较直柱基础钢筋量约降低40%，混凝土约降低20%，材料量降低明显，故采用主柱偏心直柱基础具有明显的经济效益。

1.4 斜柱基础的优化

由于斜柱基础将较大的水平力转成沿塔身主材的轴力，减少了水平力所产生的弯矩，有效地减少了基础尺寸和钢筋配筋，从而使该类基础较直柱板式基础的混凝土量和钢筋量有所降低。

本文地质条件取粉质粘土、1m水，以直线塔为例，上拔力取1200-1900kN，在上述多工况、地质条件下，分别按斜柱板式基础和直柱板式基础进行计算，将所用的的材料量进行对比分析，如下图所示：

从上图看，采用斜柱基础较直柱基础钢筋量约降低30%，混凝土约降低15%，材料量降低明显，故采用斜柱基础具有明显的经济效益。

2 板式基础优化结论

（1）直线塔采用斜柱板式基础较直柱板式基础，可使混凝土量降低10%～20%，钢材量降低25%～30%，经济效益显著。

（2）建议对于不易掏挖成型的直线塔，优先采用斜柱板式基础，无法采用斜柱时，可考虑采用直柱地脚螺栓偏心的方式处理。

（3）对于大作用力耐张塔基础，若采用板式基础时，可优先考虑等截面斜柱基础;当选择直柱板式基础时，建议采用主柱偏心直柱基础，以降低材料量，节约造价。