输电线路掏挖式基础应用浅析

摘 要：文章讨论了掏挖式基础型式的受力特点，并与传统开挖类型的板式基础和台阶式基础比较。尤其是偏心掏挖基础的应用，该基础型式结构合理，可减少基础土石方开挖工程量，节省钢筋和混凝土的用量，降低工程造价，减小了线路对环境的影响。本着满足“安全可靠、方便施工、便于运行、注重环保、节省投资”的基础设计原则对掏挖基础进行探讨。

关键词：基础；开挖式基础；掏挖式；预偏心

根据我国目前输电线路杆塔基础工程的设计和施工现状，并结合地基及杆塔基础的工程特性，注重环境保护和可持续发展战略，采取合理的结构型式，减小基础所受的水平力和弯矩，改善基础受力状态，充分利用原状土地基承载力高、变形小的良好力学性能，因地制宜采用原状土基础。在安全、可靠的前提下，尽量做到经济、环保，减少施工对环境的破坏。掏挖基础即为原状土基础的一种，本文就掏挖基础的性能及其优化设计进行探讨。

1 基础方案的比较

结合目前输电线路工程常用基础类型，主要有开挖式基础和原状土基础。开挖式基础主要有台阶式基础、板式基础，原状土基础形式主要为掏挖式基础、灌注桩基础、岩石嵌固基础等。因灌注桩基础费用较高，岩石嵌固基础使用条件较为苛刻，故本文针对台阶基础、板式基础及掏挖式基础进行比较分析。各类型基础使用条件及优缺点如下：

台阶式基础：使用广泛，适用于一般地质条件。优点是基础埋深较浅，施工难度小，施工工艺非常成熟；本身因混凝土量大，在抵抗上拔力时主要依靠自身重量。缺点是基础混凝土量大，综合造价高，施工土石方量大，对环境的影响也较大。

板式基础：使用广泛，适用于一般地质条件。优点是对地质条件稍差的塔位，可以减小埋深，增大底面积，充分发挥基础尺寸和砼、土体的作用；对于不能进行掏挖作业且塔腿主材为组合角钢的塔位，使用此型基础地脚螺栓固定容易，施工方便，施工费用低。缺点是该基础采用大开挖，土石方工程量较大，对自然环境有一定的影响。

掏挖式基础：适用于无地下水、可、硬塑粘土及强风化岩石地质条件。优点是该基础型式土石方量最小，对地形和植被的破坏也最小，能充分利用原状土的特性，提高基础抗拔承载力，减少基础的侧向变形；同时浇制混凝土时不需支模，可缩短施工周期，降低施工费用。缺点是地质条件要求较高，对地下水位较高、地质破碎、基坑掏挖难以成形的塔位不能适用；由于掏挖基础底部扩挖有限，底板宽度不宜太大，在基础作用力较大、地基承载力不高时使用，经济性指标会降低。

2 掏挖式基础优化比较

掏挖式基础是目前使用最多的一种原状土基础型式。掏挖式基础以天然土构成的抗拔土体与基础自重相互作用而保持基础的上拔稳定，具有良好的抗拔性能。更重要的是掏挖式基础考虑土体对基础侧向土抗力的有利影响，相同基础尺寸下立柱、基础底板的弯矩均小于开挖式基础，从而能大大减少立柱配筋。

以某直线塔型SZ为例，其基础作用力：上拔力及其水平力（kN）为1050/160/130；下压力及其水平力（kN）为1340/190/170。地质条件为：可塑～硬塑粘土；承载力特征值160（kpa）；容重为19（kN/m3）；粘聚力45（kN）；内摩擦角12（°）；无地下水。

根据以往线路工程掏挖式基础使用经验，上拔荷载不是掏挖式基础控制因素，其主要制约条件受下压强度控制。当基础作用力较大时必须采用较大的基础底板尺寸，由于混凝土底板不配置钢筋，为满足底板正截面承载力要求，底板尺寸加大时相应的底板扩底高度也需要加大。

由于掏挖基础工程量受下压强度控制，为得出掏挖式基础合理使用范围，在同等地质条件下，采用不同的基础荷载，以基础下压力100kN级差进行了掏挖式基础与板式基础的优化计算，进行经济指标分析。综合考虑了基础工程量，土方开挖，工地运输等经济因素得到单只基础工程造价，地基土为硬塑粘性土，地基承载力=220kpa，无地下水。

根据图1分析结果为掏挖式基础工程造价比板式基础小，开方量远远少于板式基础，经济效益显著。

3 预偏心掏挖式基础

掏挖式基础优化设计过程中，影响掏挖式基础使用的主要因素是基底弯矩。如果能减少基底弯矩则可以减小基础底面边缘的压力设计值，可大大减少掏挖式基础工程量。预偏心掏挖式基础的设计思路是对基础预加一个反向弯矩，从而减小水平荷载产生的弯矩。根据《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T5219）附录中原状土考虑土抗力时侧向弯矩的近似计算公式，当地脚螺栓偏心放置时，其公式应为：

预偏心掏挖式基础比普通掏挖基础工程量减少了约10%，且对施工工艺无特殊要求，可有效降低工程量和工程造价。

4 基础材料

掏挖式基础材料为C25级混凝土。立柱主钢筋采用HRB400，其他钢筋采用HPB300。HRB400钢筋屈服强度为400MPa，强度设计值为360MPa，具有强度高，延性好等优点，有较好的经济指标。

5 掏挖式基础设计中的环保措施

工程建设在一定程度上都会给周围自然环境带来负面影响，贯彻“资源节约型，环境友好型”社会建设思想，工程设计中应大力推广节约资源的新技术，新工艺，做到工程安全可靠，经济指标合理的同时坚持环保方针，尽可能避免新的人为生态破坏。

采用掏挖式原状土基础，适当加大基础埋置深度，增加基础立柱高度，合理设计塔位施工基面，做到不开或少开施工基面，努力实现零基面开方。这样可以减少塔基基石及基础开挖工程量，尽量减少对自然环境的影响。为了减少开方量、节省投资、少破坏塔位植被，避免施工弃土处理不当，而引起基础滑移或滑坡进而危及基础的安全稳定。

6 结束语

开挖式基础土石方开挖量大，施工费用高。尤其位于山坡地，塔位处易形成高边坡，若处理不好，极易崩塌，影响塔腿的长期安全运行。塔基土石方的大量开挖，不仅改变了塔位处的自然地形、地貌，破坏了原有的植被，极易形成水土流失，对塔位环境造成损害而影响塔基稳定。

掏挖式（原状土）基础是解决问题的有效方法，尤其是预偏心掏挖式基础，该基础型式结构合理，能充分利用原状土承载能力高、变形小的特点，从而减少基础土石方开挖工程量，节省钢筋和混凝土的用量，减少施工弃土，防止水土流失、保护自然环境及降低基础设计的经济指标，完全满足“安全可靠、方便施工、便于运行、注重环保、节省投资”设计原则。

参考文献

[1]DL/T5219-2014.架空送电线路基础设计技术规定[S].

[2]GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].

[3]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].第二版.中国电力出版社，2002.