斜坡地形输电线路桩基础设计

郭永久

（湖南湘江电力建设集团有限公司）

0 引言

随着土地资源的逐渐稀缺以及输电线路规模的快速发展，输电线路越过地形较为复杂的斜坡地形已经成为不可避免的趋势。但是这些区域地质条件较为复杂且环境恶劣，这些区域的输电线路承载着比较大的水平载荷，斜坡地形会造成地基抗拔以及水平承载能力较低，所以需要基于上坡以及抗倾覆稳定性等加强基础设计，保证整个线路的稳定性。

1 输电线路基础设计方案概述

（1）铁塔等长腿配等高基础设计方案

传统山区等斜坡区域输电线路往往采取的都是等长腿配合等高基础的施工方案，一般性斜坡地形在进行杆塔定位过程中往往都是遵照最小边坡保护、基础设计基面高程等来对降基面进行确定，之后按照铁塔整体下降尺寸来确定相应呼称高的铁塔。但是近些年对于环境保护等方面要求不断提升，此种基础设计方式存在土石方开挖量大、费用高等问题，同时随着斜坡降基的施工必然会造成地下水渗流路径产生变化，会对地基以及杆塔基础滑移造成影响。

（2）铁塔等长腿配深浅基础设计方案

前述等长腿配等高基础设计方案由于要保证基础降到同个作业面当中，从而造成降基面开挖过程中会消耗大量的资源（包括人力、物力、时间等等）。为了能够有效降低基面值，可以采取等长腿铁塔配合深浅基础的设计方案。此种基础方式就是对临近天然斜坡基础一定程度上增大埋深，接近山体人工边坡的基础可以按照常规方式进行设计，此种设计方式就会造成同个塔位不同基础底面标高有所差异，从而形成了深浅基础的方式。此种基础降基值能够大大下降，可以进一步提升输电塔高程，能够有效降低杆塔呼称高。

（3）铁塔长短腿配等高基础设计方案

若是输电线路铁塔处在斜坡区域时就会造成塔腿间存在相应高差，可以通过长短腿铁塔的方式建立平衡，能够保证杆塔长短腿在不同方向的有效连接。一般性斜坡由于塔腿位置开挖会形成略低于原有天然地面的基面，能够一定程度上减少土石方开挖量，但是也会造成水土流失以及塌方等问题；相对陡峭的斜坡可以通过长短腿铁塔配等高基础方式来降低平台。不同位置采取不同方式，其中上坡侧开挖之后会形成较高的陡坎，这些区域容易产生滑坡等问题，可以设置挡土墙对其防护；下坡侧基础上拔土体不足情况下要设置保坎；塔位中间该位置的长短腿具有较大的级差并且平台高差也相差较大，所以也要设置挡土墙，同时在塔位上方要设置永久性的排水沟。

2 斜坡地形输电线路桩基础设计关键分析

（1）边坡缩减和埋深增加的关联性分析

斜坡地形区域的输电线路在进行基础设计过程中想要进一步提升设计效果、加强基础的稳定性，在具体实施过程中最为关键的是要加强边坡缩减和埋深增加关联性分析。一般情况下边坡缩减和埋深增加关联性可以通过图1所示进行表示。

通过图1对于边坡缩减和埋深增加关联性分析可知，若是B和b的大小相同，在基础设计时就要进一步增加基础面高度，所增加的高度可以通过△H进行表示。此种情况下为了能够保证输电线路整个基础结构的稳定性，就要一定程度上增加埋深。从图中可知，为了进一步完善整个结构的载荷承载能力，要对埋深进一步增加，具体增加量为△S。

图1 边坡缩减和埋深增加关联性示意图

（2）最小保护距离分析

不同于平地区域基础，斜坡地形的基础需要给予更加严格的保护控制才可以确保其稳定性，在基础设计时要设定最小保护距离。所谓的最小保护距离主要就是指为了保证基础结构的稳定性所设定的边坡最小保护距离。输电线路为了进一步降低工程施工对于邻近环境所产生的影响，在实际施工过程中要最大程度减少土石方工程量。斜坡地形一定要保证基础边坡自身具有充分的安全距离，在实际施工时务必要控制好此距离，这不但较大程度上影响整个工程经济效益，同时也会对输电线路基础安全性具有较大影响。边坡最小保护距离如图2所示。

图2 边坡最小保护距离示意图

斜坡基础为了保证基础稳定性需要在设计时满足原状土基础边坡最小保护距离的相应要求，在设计过程中要满足如下标准要求：

式中，B1为抗拔稳定的掏挖类原状土基础边坡最小保护距离；ht为处于平地上的埋深；L为斜坡点到桩基础中心距离；φ为黄金分割比例，可以设定为0.618；a为斜坡和水平面之间的夹角。另外，将斜坡和水平面交点向上进行延伸，可以和杆塔高度在水平方向的延长线相交，此相交点和斜坡水平方向点距离设定为0.5m，为了保证基础的稳定性一定要确保抗压稳定边坡的最小距离a2在2.5m之上，同时也要确保此最小距离符合如下条件：

式中，β为斜坡和水平边之间的夹角。

在斜坡地形输电线路基础设计过程中一定要确保符合杆塔荷载基本要求，同时也要保证斜坡地形边坡最小保护距离满足a＝max｛a1，a2，2.5｝。

3 具体案例分析

（1）案例基本参数

某斜坡地形输电线路基础设计时的相关参数情况如表1所示。

表1 斜坡地线输电线路基础设计参数

（2）具体设计内容

第一，利用上文所述公式对于此斜坡输电线路基础进行计算能够得出a＝max｛a1，a2，2.5｝＝4m。利用以上分析能够得知基面提升高度△H和埋深增加量S之间的关联性如表2所示。表2的数值主要是在斜坡角度为25°情况下计算所得，从表中的相应数据能够得知，在斜坡地形输电线路基础设计时若是基面下降1.49m，基础就要进一步加深0.39m。在基础设计过程中需要注意的是，相同的地质环境随着斜坡角度的变化，基面上升值和基础埋深增加量之间的关联性也会产生相应的改变，所以在进行输电线路基础设计时一定要按照角度的不同针对性地进行计算，此种方式能够有效保证基础结构的稳定性。

表2 △H和S之间的关联性

第二，在输电线路基础设计过程中，在满足抗拔承载力以及结构合理性的基础上要尽可能提升基面高度，同时在设计过程中要尽可能增加基础埋深尺寸。通过这些方式就能够有效降低整体斜坡地形的总土石方开挖量。在基础具体设计过程中，在保证各方面条件不变的情况下，随着坡角角度的增加基础埋深量会有效降低。

第三，斜坡地形输电线路的临坡基础边坡降低量△H以及埋深增加量△S是最为关键的影响因素，若是基础原始坡顶距B和破裂起始点到基础中心距离L相同，边坡降低量△H和降基面提升至之间具有正比例关系，两者之间的关系可以表示为：

在进行输电线路基础设计过程中，要确保边坡降低量、基面提升量以及基础埋深增加量要满足表3所示的相应关系。

表3 边坡降低量和埋深增加量所具有的关系

从表3中能够得知，若是基面下降1.49m情况下，为了保证整体结构具有较高的可靠性需要将基础的深度增加1.21m。

第四，通过上述两表的数据分析能够得知，在保证同样基面提升值的情况下，因为表2中的原始坡顶距离相对较大，但是在实际施工过程中基础所受到削减土地量相对较少，所以此种情况下基础抗拔承载力能够保持较好，可以相对减少埋深的增加量。

4 结束语

近些年我国电力系统有了快速发展，这也推动了输电线路建设规模的增加。杆塔建设是输电线路建设中最为重要的部分，随着输电线路规模上升，杆塔建设常常会在斜坡区域进行，为了确保这些区域输电线路基础的稳定性，需要加强这些输电线路基础的设计力度。本文主要从边坡缩减和埋深增加的关联性、最小保护距离等方面分析了输电线路基础设计方面的相应内容，同时利用具体案例分析了基础设计情况。通过本文的介绍能够对进一步提升斜坡地形基础稳定性提供相应参考和帮助，对于加快推动电力系统发展具有现实意义。