架空输电线路铁塔结构与基础设计概述

2021-12-26姚华

科学与信息化 2021年11期

姚华

国网盐城供电公司江苏盐城 224100

1 架空输电线路铁塔结构设计原理

输变电线路铁塔结构设计的基本原则，是根据国家相关法律法规，对 110～750 kV 架空输变电线路塔架进行优化设计，使其在尺寸、布置、长度、面积等方面达到最佳，在加强强度和稳定性方面进行设计，使之符合施工工程的地形地貌要求，达到安装灵活，结构安全可靠。对于杆塔荷载要求、结构材料形式与连接方式、钢种选择、预应力混凝土杆塔强度等问题，在设计阶段都需要认真考虑与实践[1]。

2 架空输电线路铁塔结构与基础设计

（1）选型要求。杆塔设施的施工是电力工程项目输变电线路施工过程中的基础所在。不同电力工程项目施工现场对于杆塔设施具有不同的要求，具体选择何种类型的杆塔设施还需要综合考虑施工现场的地形。对于不同地理地貌特征的输变电送电线路的杆塔施工，应充分考虑当地的地理条件，从而选择具有针对性的杆塔设施。这就要求施工人员在正式开展施工前，综合考虑当地的地理地貌条件，选择满足要求的杆塔设施，确保其运行稳定性。

（2）塔身坡度设计。结合现场实际设计经验来看，科学利用大坡度塔身设计手段，不仅可以降低物料损耗问题，同时还可以提高塔结构的运行效果。需要注意的是，大坡度塔身虽然可以达到预期的应用效果，但是受到斜材过于曲折的影响，很容易对铁塔整体安全运行效果造成不利影响。为了及时解决这一问题，设计人员应该对斜材的位置问题以及应用问题进行适当调整与优化。例如，设计人员可以利用增添支撑物料的方式提高大坡度塔身的适用性。或者利用双排螺栓固定的方法，提高大坡度塔身的适用性。必要时，也可以按照深化设计要求，对大坡度塔身设计问题进行全周期优化与改进处理，以达到预期的设计目标。

（3）塔身横断面设计。一般来说，电网工程中直线杆塔的截面主要是矩形和方形。大量试验研究表明，直线塔的水平荷载明显高于纵向荷载。综合以上研究成果，塔身截面一般按矩形设计是合理的，但不可否认的是，整体抗纵向荷载能力较低，方形塔能表现出较好的抗纵向荷载性能。因此，在设计实践中，如果能确定线路属于主网电源点线，其运行阶段对安全稳定性提出了更严格的要求，建议在塔身设计中采用方形截面。

（4）偏心问题设计。偏心问题是输电线路大跨越铁塔设计体系中的重要问题。结合以往的设计经验来看，影响铁塔偏心的因素较多，需要设计人员从多个方面对偏心设计问题进行准确贯彻与落实。一般来说，造成偏心问题的主要原因有施工因素、主材接头质量因素、横隔面材连接因素等。在具体处理过程中，设计人员应该立足于上述因素出现的具体成因，并且按照质量管理原则以及安全管理原则对现场施工设计内容进行准确贯彻与落实[2]。

（5）防腐设计。输电线路铁塔大部分建于野外，甚至是人烟罕至的地区，维护较为困难。因此输电铁塔所用的角钢都是经过热镀锌防腐处理，以满足国家电网有限公司的耐腐蚀标准要求。输电铁塔通常建在交通不方便的野外，这样带来了较大的钢结构防腐维护费用。同时，输电铁塔的特殊作业环境要求修复工艺尽量简便易行，不需要携带复杂设备，一次成形后期免维护等。目前，高锌含量镀层修复材料正在得到开发，它由纯度高于99.99%的锌粉、挥发性溶剂和特殊有机树脂3部分配制而成，涂层干膜中含锌量高达90%以上，以涂料的形式完成对钢铁表面的防腐防锈处理，和热镀锌具有相同的防腐防锈的作用，具有干燥时间快、施工简单、施工环境要求低等特点，特别是在梅雨季节，表面很快干燥，不用担心雨淋。单组分是它的又一特点，而且还具有易保管，保质期长等特性。在一般的腐蚀环境（C3类）中，涂层厚度在80 μm以上时，防腐年限可达10～20年。

（6）抗风设计。台风作用下高压架空线路会产生固有频率的自激振动、强风振动或舞动，并逐步发展成为断线倒塔等事故。电网风灾数据表明，线断倒塔等机械事故已逐渐替代绝缘等问题严重威胁输电线路安全可靠运行。因此，对台风情况下架空线路力学性能进行研究，指导输电线路铁塔的抗风能力设计改造，提升架空线路台风防御能力。

3 架空输电线路铁塔基础设计

（1）掏挖基础。这类铁塔基础一般指依赖于土的本来面目，不经其他处理，即是混凝土的天然成形。该方法可在一定程度上节省工程造价和施工设计时间，且由于开挖土方量少，施工方便。这类塔基主要适用于不含地下水环境的黏性土和软岩。因其开挖量较小，对经济、成本控制和环保有利，可作为铁塔基础使用。

（2）人工灌注基础。对这类铁塔基础而言，主要依靠土本身的作用，使混凝土自然成形。但考虑到安全性因素，护壁的设计是十分必要和重要的。但是这种方式在施工上显得比较复杂。以手工操作为前提，在某些地基受力较大或受地形、地质影响较大的地区，采用人工灌注地基就更为合理。不过，这样的铁塔基础通常需要较高的成本。

（3）斜柱插入基础。这类塔基与直柱板、台阶基础大致相同，都是依靠土体和塔身的自重来实现抗拉、抗倾。其特点主要是，斜塔与塔体的斜度近似，使配筋减小，经济性很高。对于具体的施工，只要是在不含地下水的环境中，各种岩体及图纸上均可采用斜柱插入基础。与此同时，其需要的混凝土和钢筋较少，如果从经济投资角度考虑，可选用斜柱插入基础。