10 kV配网架空线路铁塔基础简化计算研究

摘要：研究架空配网线路的铁塔基础设计，结合10 kV配网工程项目数多、投产周期短、方案复杂多变、施工阶段变更情况多等特点，在满足设计条件的前提下简化线路铁塔基础的计算方式，对提高设计效率、及时迅速地应对施工过程中出现的基础计算问题具有重要的意义。

关键词：配网;铁塔基础;计算

0    引言

国内常用的铁塔基础计算方式比较复杂，而且对地质勘测数据的准确性、完整性要求十分高，而10 kV配网线路的线行设计灵活多变，杆塔的基础在项目的施工图设计阶段和施工阶段出现变更修改的情况较多，直接套用传统的计算方式会导致设计周期加长、效率降低。

因此，研究一种针对10 kV配网架空线路铁塔基础的简化计算方式，对缩短设计周期、提高工作效率、及时应对各种设计变更状况具有十分重要的意义。

1    常用铁塔基础计算方式存在的问题

1.1    计算公式复杂

铁塔基础有多种形式，对应的计算方式也不一样。对于10 kV配网架空线路，铁塔主要采用混凝土浇制的窄基台阶基础，基础稳定性一般采用倾覆稳定性公式验证，因此本文只研究讨论如何简化倾覆稳定性的计算。

传统的窄基混凝土基础（有一个阶梯的基础）倾覆稳定性计算公式如下：

式中：Mu为基础极限抗倾覆力矩（kNm）;m为土压力系数（kN/m3）;h为基础埋深（m）;h1为基柱埋深（m）;h0为倾覆力FH的作用点到地面的高度（m）;FH为作用于铁塔上的倾覆力（kN）;K3为基础倾覆稳定的设计安全系数;e为地基垂直反力Y的偏心距（m）;a1、a分别为基础底板正面和侧面的宽度（m）;b1为基础立柱受力正面的宽度（m）;b、bp分别为基础立柱和基础底板受力侧面的计算宽度（m）;f为地基土与基础面的摩擦系数;[p1]为修正后地基土的容许承载力（kN/m2）;Gf为铁塔和基础的全部重力（kN）;G0为阶梯正上方土的重力（kN）。

由上述公式可以看出，要得出基础极限抗倾覆力矩Mu需要另外计算或查表的数据多达13项，计算过程繁琐复杂，难理解、难记忆。10 kV配网工程复杂多变，特别是工程施工阶段，设计人员往往在现场就需要制定变更方案，这样复杂的计算公式不能迅速、及时地解决现场出现的问题。

1.2    计算参数复杂

上述Mu的验证公式涉及的参数多达16个，分项公式3个，其中b、bp、[p1]还需要单独计算，十分麻烦。其实国内常用的该倾覆稳定性验证公式根据《电力工程高压送电线路设计手册》和《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T 5219—2005）的描述是适用于35～500 kV架空线路的基础设计。这些主网线路的线行往往避开城镇、人口密集区域架设，出现线行变更的情况比较少，而且项目投资比较大，所以铁塔基础一般都会做详细的地质勘测。这些地质勘测资料作为上述计算参数的数据支撑，得出来的计算书是十分准确的，使用传统的验证公式是十分合理的。

但10 kV配网架空线路项目，投资相对较小，施工阶段出现变更的概率十分大，杆塔基础很少每基都会做地质勘测，因此传统的验证公式中，很多需要地质数据支撑的参数应用在10 kV配网基础计算时，数据的选择会存在很大的主观性，导致设计人员对计算结果的准确性没有把握。

2    铁塔基础计算公式的简化

2.1    简化计算公式的拟定

为了研究铁塔基础倾覆稳定性的简化计算公式，我们可以先设定一个物理模型，如图1所示。

图中所标示的参数及其含义和上文所列的相同，图中虚线为基础中心线。把铁塔及其基础看做一个整体，受到倾覆力FH的作用，红线与倾覆力的力臂（h+h0）重合，0点为轴点，此时倾覆力矩为FH（h+h0）。为了不发生倾覆，基础会产生一个抵抗矩用以抵消倾覆力矩，抵抗矩的力由铁塔及其基础的重力、基础正上方土的重力之和（Gf+G0）组成，抵抗矩的力臂则为a1/2。

结合倾覆稳定安全系数K3，基础极限抗倾覆力矩的验证公式可以简化为：

上述公式符合物理定律和力矩平衡原理，可以作为简化公式应用到10 kV配网架空线路铁塔基础倾覆稳定性的验证中。此公式不需要反复计算，容易理解、方便记忆，十分适合10 kV配网工程这种设计周期短、项目批量大、复杂多变的项目，能迅速计算出需要的力学数据，快速绘制符合条件的铁塔基础图。

2.2    计算参数简单

上述Mu的简化验证公式涉及的参数只有7个，比传统公式减少了9个，而且这些简化后的参数不需要另外单独计算得出，十分简单。

上文提到10 kV配网架空线路项目投资相对较小，施工阶段出现变更的概率十分大，杆塔基础很少会做地质勘测。而此简化计算公式不依赖地质勘测资料，結合10 kV配网架空线路选择线行的规则特点，只要翻查当地过去的地质报告，在利用简化公式验证了基础满足倾覆稳定性要求后，根据地质报告再验证一下基础的地基承载力即可，数据选择的主观性大大降低，结果的准确性大大提高。

3    结语

传统的铁塔基础倾覆稳定性验证公式参数多、计算过程繁琐复杂、难理解、难记忆，而简化的基础倾覆稳定性验证公式符合物理定律和力矩平衡原理，计算过程简单，十分容易理解和记忆。结合10 kV配网工程项目设计周期短、项目批量大、线行复杂多变、施工阶段变更情况多的特点，能迅速地计算出需要的力学数据，快速绘制符合条件的铁塔基础图，极大地提高了工作效率，能及时迅速地应对施工过程中出现的基础计算问题。

[参考文献]

[1] 国电公司，东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册[M].2版.北京：中国电力出版社，2003.

[2] 架空送电线路基础设计技术规定：DL/T 5219—2005[S].

收稿日期：2020-08-11

作者简介：麦嘉伟（1987—），男，广东鹤山人，电气工程师，主要从事10 kV及以下电力工程设计工作。