1、高高壓壓輸輸電電線線路路鐵鐵塔塔結結構構設設計計瑣瑣談談 華華北北電電力力設設計計院院 傅傅春春蘅蘅系列講座系列講座4基礎分類基礎分類(按開挖類型)1) 原狀土基礎 掏挖基礎 半掏挖基礎 巖石基礎 嵌固式基礎 錨桿基礎 樁基礎 灌注樁基礎 挖孔樁基礎2) 大開挖基礎 素混凝土基礎 鋼筋混凝土基礎 基礎分類基礎分類1 按制作類型 現澆混凝土基礎 插入式基礎 裝配式基礎 金屬基礎 預制混凝土基礎 灌注樁基礎2 按地質條件要求 常規(guī)基礎 重力式基礎 聯合式基礎(垡基) 復合式沉井基礎3 按自然條件要求 不等高基礎選擇基礎型式的基本原則選擇基礎型式的基本原則1 不等高基礎與鐵塔長短腿配合不等高基礎與鐵

2、塔長短腿配合2 優(yōu)先選用原狀土基礎優(yōu)先選用原狀土基礎3 運輸困難地區(qū)可選用裝配式基礎運輸困難地區(qū)可選用裝配式基礎4 地質條件較差時可選用樁基礎地質條件較差時可選用樁基礎 幾個值得注意的問題幾個值得注意的問題 1 插入式基礎 自插入式基礎問世以來，由于其經濟上的優(yōu)勢已成為工程設計首選的基礎型式。但工程中由于受氣候、地形等諸方面的影響，還是要客觀的確定它的使用范圍。如在易發(fā)生覆冰災害的南方地區(qū)，就應慎重考慮選取這種基礎型式。 如廣東目前使用的插入式斜柱斜面塔腳板式基礎型式，就規(guī)避了出現災害性倒塔后插入角鋼也隨之破壞，給搶修帶來困難的難題。 2009年3月11日我參加了廣東省電力設計研究院超高壓送電

3、線路鐵塔基礎優(yōu)化設計關鍵技術的研究及應用科研成果的評審會。 該項目研究的斜柱基礎和斜柱挖孔樁基礎使用了傳統的地腳螺栓連接方式，基礎柱頂面垂直于鐵塔主材準線，地腳螺栓不用火曲，基礎施工也不再受插入角鋼供貨影響，采用傳統的地腳螺栓鏈接方式，更易于應對自然災害。目前廣東已全面推廣應用了這項新技術。 插入式基礎在近二十多年得到了廣范地推廣和應用，其中有得也有失。鑒于該基礎型的大量應用現狀，和廣東已全面推廣應用了基礎柱頂面垂直于鐵塔主材準線，以傳統的地腳螺栓連接方式的斜柱基礎替代插入式角鋼的斜柱基礎型式，這個問題已涉及設計、施工、運行、工程造價等多個方面，值得我們在工程設計中給予足夠的重視。 我們可從一

4、位網友的帖子中看一個很有代表性的觀點：我們可從一位網友的帖子中看一個很有代表性的觀點： 優(yōu)秀的基礎設計方案不僅要科學合理、材料節(jié)約、型式環(huán)保，而且還應考慮施工安全優(yōu)秀的基礎設計方案不僅要科學合理、材料節(jié)約、型式環(huán)保，而且還應考慮施工安全性、施工工藝性和施工成本等方面的問題。主角鋼插入式基礎，以其結構科學合理、節(jié)性、施工工藝性和施工成本等方面的問題。主角鋼插入式基礎，以其結構科學合理、節(jié)省材料的優(yōu)點而被廣范應用于各種電壓等級的輸電線路工程中，但因其插腿找正工藝復省材料的優(yōu)點而被廣范應用于各種電壓等級的輸電線路工程中，但因其插腿找正工藝復雜、幾何尺寸控制點多、工藝標準較高等特點，也給施工帶來了一定

5、困難。特別是高懸雜、幾何尺寸控制點多、工藝標準較高等特點，也給施工帶來了一定困難。特別是高懸式主角鋼插入式基礎，插腿的固定找正尤為困難。式主角鋼插入式基礎，插腿的固定找正尤為困難。 地腳螺栓式基礎是傳統的基礎設計型式，具有型式簡單、支模找正方便、幾何受控點地腳螺栓式基礎是傳統的基礎設計型式，具有型式簡單、支模找正方便、幾何受控點少、驗收標準較低等優(yōu)點。另外，通過少、驗收標準較低等優(yōu)點。另外，通過2008年初我國南方電網的冰凍災害可知，地腳螺年初我國南方電網的冰凍災害可知，地腳螺栓式基礎較插腿式基礎受損率較低且便于修復，說明了地腳螺栓式基礎比主角鋼插入式栓式基礎較插腿式基礎受損率較低且便于修復，

6、說明了地腳螺栓式基礎比主角鋼插入式基礎的抗災能力強。基礎的抗災能力強。 斜插式地腳螺栓基礎綜合了主角鋼插入式基礎和地腳螺栓式基礎的優(yōu)點，是一種可以斜插式地腳螺栓基礎綜合了主角鋼插入式基礎和地腳螺栓式基礎的優(yōu)點，是一種可以推廣應用的基礎型式。至于基坑型式，本人認為斜掏式基坑對地質條件要求較高，開挖推廣應用的基礎型式。至于基坑型式，本人認為斜掏式基坑對地質條件要求較高，開挖過程存在著很大的安全隱患，且基坑斜度又難以控制，幾何尺寸不易達到設計及驗收規(guī)過程存在著很大的安全隱患，且基坑斜度又難以控制，幾何尺寸不易達到設計及驗收規(guī)范標準，因此還是以直柱挖掏型式為宜。范標準，因此還是以直柱挖掏型式為宜。附：

7、附：照片照片1：斜插式地腳螺栓基礎（來源：在建云廣：斜插式地腳螺栓基礎（來源：在建云廣800kV直流線路工程）直流線路工程）照片照片2：普通地腳螺栓基礎（來源：在建寶德：普通地腳螺栓基礎（來源：在建寶德500kV直流線路工程）直流線路工程）照片照片3：災后修復主角鋼插入式基礎（來源：雙甌：災后修復主角鋼插入式基礎（來源：雙甌500kV線路災后重建工程）線路災后重建工程）照片照片1：斜插式地腳螺栓基礎（來源：在建云廣：斜插式地腳螺栓基礎（來源：在建云廣800kV直流線路工程）直流線路工程）照片照片2：普通地腳螺栓基礎（來源：在建寶德：普通地腳螺栓基礎（來源：在建寶德500kV直流線路工程）直流線

8、路工程）照片照片3：災后修復主角鋼插入式基礎（來源：雙甌：災后修復主角鋼插入式基礎（來源：雙甌500kV線路災后重建工程）線路災后重建工程）2 濕陷性黃土地基處理方法濕陷性黃土地基處理方法 鐵塔基礎的地基處理不同于其它建筑物地基的處理，鐵塔地基處理主要是全部或部分消鐵塔基礎的地基處理不同于其它建筑物地基的處理，鐵塔地基處理主要是全部或部分消除其濕陷性。除其濕陷性。 對自重濕陷性黃土地基，由于地基的濕陷量和濕陷變形與自重濕陷性土層的厚度、浸水對自重濕陷性黃土地基，由于地基的濕陷量和濕陷變形與自重濕陷性土層的厚度、浸水面積有關，而與壓層厚度無關，所以必須處理基礎地面以下的全部自重濕陷性黃土層。面積

9、有關，而與壓層厚度無關，所以必須處理基礎地面以下的全部自重濕陷性黃土層。 在非自重濕陷性黃土地基上在非自重濕陷性黃土地基上:對對級濕陷性黃土一般不需要地基處理。級濕陷性黃土一般不需要地基處理。對于對于級處理厚度為級處理厚度為1015 m，如處理厚度小于，如處理厚度小于10 m 時，濕陷性仍要危及鐵塔的安全。時，濕陷性仍要危及鐵塔的安全。對于對于級濕陷性黃土，處理厚度為級濕陷性黃土，處理厚度為1020 m，級應為級應為2.03.0 m。 濕陷性黃土層的鐵塔基礎地基處理方法很多，常用的方法有灰土墊層法。濕陷性黃土層的鐵塔基礎地基處理方法很多，常用的方法有灰土墊層法。 各種處理方法都有它的適用范圍，

10、局限性和優(yōu)缺點。在確定鐵塔地基處理方案時，往往各種處理方法都有它的適用范圍，局限性和優(yōu)缺點。在確定鐵塔地基處理方案時，往往可根據工程的具體情況對幾種處理方法進行技術、經濟以及施工進度等方面的比較。灰土墊可根據工程的具體情況對幾種處理方法進行技術、經濟以及施工進度等方面的比較。灰土墊層具有強度有保障、水穩(wěn)定性和抗?jié)B性好，施工工藝簡單，取材容易，費用較低的特點被廣層具有強度有保障、水穩(wěn)定性和抗?jié)B性好，施工工藝簡單，取材容易，費用較低的特點被廣泛的使用。泛的使用。3 凍漲土基礎凍漲土基礎 土壤的凍結會對架空輸電線路桿塔基礎產生不同程度的影響。我國東北土壤的凍結會對架空輸電線路桿塔基礎產生不同程度的影

11、響。我國東北地區(qū)地區(qū)高寒及沼澤地區(qū)桿塔基礎凍脹問題調查報告高寒及沼澤地區(qū)桿塔基礎凍脹問題調查報告統計資料表明，東北地統計資料表明，東北地區(qū)區(qū)110-220kV就有因地基土凍脹，桿塔基礎失穩(wěn)而倒桿或倒塔的災害事故發(fā)就有因地基土凍脹，桿塔基礎失穩(wěn)而倒桿或倒塔的災害事故發(fā)生。不由得人們不對這一問題引起重視。因此生。不由得人們不對這一問題引起重視。因此, 架空輸電線路桿塔基礎的防架空輸電線路桿塔基礎的防凍在設計中應給予充分的考慮就勢所必然了。凍在設計中應給予充分的考慮就勢所必然了。 架空輸電線路桿塔基礎的防凍取決于對基礎周圍土層情況、土壤凍結深架空輸電線路桿塔基礎的防凍取決于對基礎周圍土層情況、土壤凍

12、結深度、凍脹性類別的判別或處于積水中的基礎的水深、結冰的情況以及基礎形度、凍脹性類別的判別或處于積水中的基礎的水深、結冰的情況以及基礎形式的選擇等多種因素的影響。這首先應從作用于基礎上的凍脹力的作用機理式的選擇等多種因素的影響。這首先應從作用于基礎上的凍脹力的作用機理進行分析，針對本工程具體情況繼而采取對策措施。進行分析，針對本工程具體情況繼而采取對策措施。1）凍脹力的作用機理）凍脹力的作用機理 土體凍結時，土體內的自由水相將變成冰，使土體澎脹而產生向周土體凍結時，土體內的自由水相將變成冰，使土體澎脹而產生向周圍擴張的張力。當這個張力受到基礎的制約，就要對基礎產生力的作用，圍擴張的張力。當這個

13、張力受到基礎的制約，就要對基礎產生力的作用，我們稱這種力為土的凍脹力。我們稱這種力為土的凍脹力。 為了在工程設計中，易于對這種凍脹力的作用機理進行分析，依其為了在工程設計中，易于對這種凍脹力的作用機理進行分析，依其與基礎的相互作用關系將其分為三類：與基礎的相互作用關系將其分為三類：水平凍脹力：垂直于基礎側面的凍脹力水平凍脹力：垂直于基礎側面的凍脹力切向凍脹力：沿著基礎側面向上作用的凍脹力切向凍脹力：沿著基礎側面向上作用的凍脹力法向凍脹力：垂直于基礎底面凍脹力法向凍脹力：垂直于基礎底面凍脹力 水平凍脹力是土體凍結時，土體橫向澎脹擴張傳遞到基礎側面上的水平凍脹力是土體凍結時，土體橫向澎脹擴張傳遞到

14、基礎側面上的脹力。這時對基礎的穩(wěn)定狀態(tài)而言，作用在基礎周圍的水平凍脹力均呈脹力。這時對基礎的穩(wěn)定狀態(tài)而言，作用在基礎周圍的水平凍脹力均呈對稱性，對稱等值荷載的作用效果等于零，所以對稱性的水平凍脹力對對稱性，對稱等值荷載的作用效果等于零，所以對稱性的水平凍脹力對基礎的穩(wěn)定性不產生任何影響。但它將增大凍土與基礎間的凍結強度，基礎的穩(wěn)定性不產生任何影響。但它將增大凍土與基礎間的凍結強度，間接地使作用于基礎上的切向凍脹力增大。間接地使作用于基礎上的切向凍脹力增大。 切向凍脹力是土與基礎側表面凍結在一起，并具有一定凍結強度時，切向凍脹力是土與基礎側表面凍結在一起，并具有一定凍結強度時，土體向上澎脹運動的

15、作用力以剪力形式傳遞給基礎的一種剪力。這也是土體向上澎脹運動的作用力以剪力形式傳遞給基礎的一種剪力。這也是凍土地區(qū)基礎設計中的一個重要內容。世界各國的業(yè)內人員對此都十分凍土地區(qū)基礎設計中的一個重要內容。世界各國的業(yè)內人員對此都十分關注，并盡力研究減少切向凍脹力的有效措施。關注，并盡力研究減少切向凍脹力的有效措施。 我國的電力專家對這一克服切向凍脹力問題進行了深入的研究和探我國的電力專家對這一克服切向凍脹力問題進行了深入的研究和探討，深入的分析了非飽和粘性土最大切向凍脹力一般出現在討，深入的分析了非飽和粘性土最大切向凍脹力一般出現在70%最大凍最大凍深時，和飽和粘性土及沙類土出現在深時，和飽和粘

16、性土及沙類土出現在80%最大凍深時而后隨凍深逐漸降最大凍深時而后隨凍深逐漸降低的凍脹特性，對比低的凍脹特性，對比JGJ118-89凍土地區(qū)建筑地基基礎設計規(guī)范凍土地區(qū)建筑地基基礎設計規(guī)范和和鋼筋混凝土橋樁切向凍脹力研究鋼筋混凝土橋樁切向凍脹力研究成果，提出了適用于承受上拔荷載成果，提出了適用于承受上拔荷載的受拉基礎或拉、壓可變的輸電線路桿塔基礎的各種土壤、各凍脹類別的受拉基礎或拉、壓可變的輸電線路桿塔基礎的各種土壤、各凍脹類別計算標準凍結深度切向凍脹力極限設計值，及其計算模式，為輸電線路計算標準凍結深度切向凍脹力極限設計值，及其計算模式，為輸電線路桿塔基礎設計考慮凍脹的影響找到了一個科學、適用

17、的方法。桿塔基礎設計考慮凍脹的影響找到了一個科學、適用的方法。 法向凍脹力是土體凍結時，土體澎脹在垂直方向擴張的垂直脹力。法向凍脹力是土體凍結時，土體澎脹在垂直方向擴張的垂直脹力。在日、美、丹麥、加拿大等國地基設計規(guī)范中，規(guī)定了基礎的埋深一律在日、美、丹麥、加拿大等國地基設計規(guī)范中，規(guī)定了基礎的埋深一律不小于凍深，這一規(guī)定和我國目前的輸電線路桿塔基礎的設計埋深也不不小于凍深，這一規(guī)定和我國目前的輸電線路桿塔基礎的設計埋深也不小于凍深的處理方法一致，其目的就是要消除基底法向凍脹力。而前蘇小于凍深的處理方法一致，其目的就是要消除基底法向凍脹力。而前蘇聯和我國聯和我國GBJ7-89建筑地基基礎設計規(guī)

18、范建筑地基基礎設計規(guī)范目前還采用基底允許有殘目前還采用基底允許有殘留凍土層、僅適用于承受下壓荷載的永久受壓基礎，不適用于承受上拔留凍土層、僅適用于承受下壓荷載的永久受壓基礎，不適用于承受上拔荷載的受拉基礎或拉、壓可變的輸電線路桿塔基礎的設計理念。荷載的受拉基礎或拉、壓可變的輸電線路桿塔基礎的設計理念。2）克服凍脹力的方法）克服凍脹力的方法 適用于架空輸電線路桿塔基礎克服凍脹力的基礎形式有：適用于架空輸電線路桿塔基礎克服凍脹力的基礎形式有： 棱臺形主柱臺階式基礎：當標準凍深與基礎埋深相近時，除將基礎底盤埋置在標準棱臺形主柱臺階式基礎：當標準凍深與基礎埋深相近時，除將基礎底盤埋置在標準凍深線以下外

19、，尚宜將基礎主柱設計成棱臺形。據國內外試驗研究結果，當棱臺坡度（單凍深線以下外，尚宜將基礎主柱設計成棱臺形。據國內外試驗研究結果，當棱臺坡度（單側）側）15% 時，就可以有效地使切向凍脹力得以釋放，以克服切向凍脹力的影響，這是一時，就可以有效地使切向凍脹力得以釋放，以克服切向凍脹力的影響，這是一個較為簡單、可靠、經濟、方便的方法之一。當標準凍深較淺，基礎埋深較深，兩者相差個較為簡單、可靠、經濟、方便的方法之一。當標準凍深較淺，基礎埋深較深，兩者相差較大時，經計算凍深線以下的抗力，大于標準凍深切向凍脹力極限設計值乘以基側周圍凍較大時，經計算凍深線以下的抗力，大于標準凍深切向凍脹力極限設計值乘以基

20、側周圍凍結面積，即切向凍脹力以及相應設計條件組合的基礎上拔作用力之和時，則可采用常規(guī)形結面積，即切向凍脹力以及相應設計條件組合的基礎上拔作用力之和時，則可采用常規(guī)形式的基礎設計。式的基礎設計。 灌注樁或打入樁基礎：當標準凍深較深的多年凍土地基，或軟弱強凍脹地基，則適灌注樁或打入樁基礎：當標準凍深較深的多年凍土地基，或軟弱強凍脹地基，則適用灌注樁或打入樁這種深型基礎。它的抗力則取樁與不凍土產生的摩阻力、上部結構的自用灌注樁或打入樁這種深型基礎。它的抗力則取樁與不凍土產生的摩阻力、上部結構的自重力、基礎的自重力三者之和。自然，當標準凍深較淺，地基土雖軟弱但非強凍脹時，就重力、基礎的自重力三者之和。

21、自然，當標準凍深較淺，地基土雖軟弱但非強凍脹時，就沒有必要使用費用高的樁基礎了。沒有必要使用費用高的樁基礎了。另：對埋置于土中的基礎，克服作用于基礎上的凍脹力的方法，還可用部分置換回填土的辦法。另：對埋置于土中的基礎，克服作用于基礎上的凍脹力的方法，還可用部分置換回填土的辦法。即在基礎周圍一定泛圍內，使用非凍脹性材料，置換掉原開挖出的土體（如圖即在基礎周圍一定泛圍內，使用非凍脹性材料，置換掉原開挖出的土體（如圖4），使凍），使凍脹力作用到非凍脹性材料時就大部被釋放，避免凍脹力直接作用到基礎上。這種方法在東脹力作用到非凍脹性材料時就大部被釋放，避免凍脹力直接作用到基礎上。這種方法在東北北220k

22、V工程中已采用，至今未發(fā)現問題。工程中已采用，至今未發(fā)現問題。 4 基礎防腐問題基礎防腐問題 近期工程中基礎防腐問題已成又一個人們關注的熱點。隨著國家標準對防腐蝕要求的提近期工程中基礎防腐問題已成又一個人們關注的熱點。隨著國家標準對防腐蝕要求的提高，使得輸電行業(yè)基礎防腐面臨著一個難以逾越陡坎。高，使得輸電行業(yè)基礎防腐面臨著一個難以逾越陡坎。 國家標準對防腐蝕要求的基本措施，落腳于提高混凝土標號。對于建筑行業(yè)來說，大都國家標準對防腐蝕要求的基本措施，落腳于提高混凝土標號。對于建筑行業(yè)來說，大都建于城鎮(zhèn)，集中于點，可使用商品混凝土，是一個不難解決的問題。而對于輸電行業(yè)動徹幾建于城鎮(zhèn)，集中于點，可使用商品混凝土，是一個不難解決的問題。而對于輸電行業(yè)動徹幾百上千公里，地形復雜，有的地段荒無人煙，采購商品混凝土談何容易。工程招標中哪家投百