岗铁线铁塔基础形式改进的研究

提要：本文分别就直线塔和耐张塔在水田中采用阶梯式基础和斜柱大板基础进行了经济技术比较，得出了优化的基础形式。

关键词：铁塔水田阶梯式基础斜柱大板基础优化

中图分类号：TN823+.12文献标识码： A 文章编号：

一、 前言

随着国家提出建设“资源节约型，环境友好型”社会的要求，国家电网公司相应提出建设“资源节约型、环境友好型”输电线路、要求在线路中应用“新材料、新技术、新工艺”，这对设计工作提出了更高的要求。本文就岗市变至铁山变220kV送电线路铁塔基础形式的选择进行技术经济上的比较，提出了适合河网地区的优化基础型式。

岗市变至铁山变220kV送电线路起于岗市500kV变电站，止于铁山220kV变电站，按双回路设计，线路路径长度约3.6km。线路位于常德市鼎城区，该地区经济较为发达，人口密集，房屋众多，地形以丘陵和河网为主。

二、 适用于本工程的铁塔基础形式的比较

铁塔基础有岩石嵌固基础、岩石锚杆基础、掏挖基础、阶梯型基础、直柱大板基础、斜柱大板基础、灌注桩基础、联合基础、复合沉井基础等形式。在本工程的地质条件下，适用于本工程的基础主要有掏挖基础、阶梯型基础、大板基础、斜柱大板基础等。

掏挖式基础适用无地下水的硬塑粘性土地基，在丘陵和山地应用较为广泛。在基坑施工可成型的情况下，开挖基坑时不扰动原状土，避免大开挖后再填土。基础承受上拔荷载时，原状土的内摩擦角和凝聚力得以充分发挥作用。这种基础型式本身具有较高的经济效益和环境效益，根据以往工程的统计，由于各线路地质条件的不同等原因，直线塔采用全掏挖基础比用阶梯型基础节约钢材和混凝土分别为3～7%和8～20%，转角塔应用掏挖式基础效益更加明显。

位于河网地区的铁塔，在以往220kV线路工程中，最为传统的基础形式为阶梯型基础。阶梯型基础的特点是适用各类地质、各种塔型，施工方法采用大开挖，模板浇制，成型后再回填土，利用土体与混凝土重量抗拔，基础底板刚性抗压，不配钢筋。但阶梯型基础混凝土量较大，埋置较深，易塌方及有流砂地区基坑开挖困难。

斜柱大板基础的特点是基础主柱坡度与塔腿主材坡度一致，塔腿主材角钢直接插入基础混凝土中，使基础水平力对基础底板的影响降至最低。在正常条件下，基础土体上拔稳定、下压稳定和基础强度计算可忽略水平力的影响。与台阶基础基础相比，由于偏心弯矩大大减小，下压稳定控制的基础底板尺寸可相应减小，从而降低了混凝土量和底板配筋量。由于省去了塔座板和地脚螺栓，其钢材的综合指标降低了25%左右。斜柱大板基础在平原、河网地区使用较多，其最大优点就是节省基础材料，施工较为方便。其缺点是施工精度要求高。对于高压缩性软弱土地区，其基础底面地基处理一定要重视基础垫层和基坑排水，并应严格按照有关规定执行。因为一旦发生扰动基底软土或排水不及时，就可能引起基础的不均匀沉降，很难进行处理。在本工程中，按照以往的设计经验，本工程河网地段土质以中压缩性土为主，地质条件完全可以满足斜柱大板基础应用的要求。

斜柱大板基础与塔身连接方式采取插入角钢连接，而台阶基础与塔身的连接是通过地脚螺栓和塔脚板来实现的，从传力途径方面来讲，插入角钢式基础其铁塔基础作用力直接顺主材方向传至基础底部，而地脚螺栓连接则是通过螺栓将作用力传给基础主柱，再由主柱传至基础底部，两种传力方式中，前者更为合理、优越，因此斜柱大板基础的结构形式也显得更加合理。

与斜柱大板基础相比，台阶基础存在以下缺点：基础混凝土方量大，弃土量大；与基础连接需要采用塔座板和地脚螺栓，用钢量大；基础水平力对基础立柱的影响大，立柱偏心受拉和偏心受压的程度较斜柱大板基础为甚，立柱用钢量较大。因此，与斜柱大板基础相比，台阶式基础要消耗更多的钢材、水泥、砂卵石、水等资源，由于堆在塔基范围内余土量较大容易造成水土流失，对环境的影响也更大。其唯一的好处是作为最传统的基础形式，施工较为简便。

三、 本工程位于水田中的铁塔采用斜柱大板基础的必要性与可行性

此前在220kV输电线路工程中很少用到斜柱大板基础。究其原因，一方面，原来的220kV输电线路输送容量较小，线径较小，分裂导线应用的情况也不多，杆塔负荷不大，采用斜柱大板基础的需求并不迫切；另一方面，主要是斜柱大板基础对施工单位的要求较高，一般施工单位难以保证施工质量满足要求；最后，国家对资源节约的要求也没有提到象现在这样的高度。因此， 220kV输电线路在水田等类似地质条件情况下广泛应用的是阶梯型基础。

而随着国民经济的发展，一方面， 220kV输电线路的输送容量越来越大，线径越来越粗，分裂导线应用的情况也越来越普遍，杆塔负荷随之急剧加大，基础作用力也随之急剧加大；另一方面， 2008年全国范围内输电线路的冰冻灾害导致大量倒塔事故，为适应冰雪灾害逐年增加的情况，国家对输电线路设计规范进行了修改，而修改后的新规程要求对覆冰工况进行更加严苛的计算，按照新规程，杆塔设计将比99版规程更强，基础作用力也将更大；最后，国家明确提出建设“环境友好型”、“资源节约型社会”，将资源节约提高到了政治高度，各行各业也因应国家要求提出了本行业节约资源、保护环境的一些具体做法，国家电网公司就明确提出建设“两型三新”输电线路的要求。因此，220kV输电线路铁塔在水田等类似地质条件下采用一种更为合理的基础形式来代替阶梯型基础成为了一种迫切的需要。

近年来，随着施工技术的提高，在500kV线路中，斜柱大板基础在水田及类似地质条件下的应用越来越普遍。正因为在500kV等级的线路工程中已经作了大量的工作，从施工角度而言，技术能力较高的施工单位来施工斜柱大板基础不存在任何问题。在220kV输电线路中广泛应用斜柱大板基础从施工角度而言也不存在障碍。

四、 本工程中应用斜柱大板基础与台阶式基础的计算比较

1、基础设计参数

1.1、基础作用力

本工程所选用的塔型均为《湖南省电力公司输电线路典型设计》中2XF模块的铁塔，均为220kV双回路铁塔。根据《湖南省电力公司输电线路典型设计220kV杆塔基础条件参数表（第一批）》，分别选取2XF-SZC4型直线塔33米呼高和2XF-SDJC1型转角塔24米呼高所对应的基础作用力做为此次基础计算的设计值，详见表-1。

表-1（单位：kN）

注：T为上拔力，Tx为基础上拔时X方向的水平力，Ty为基础上拔时Y方向的水平力；N为上拔力，Nx为基础下压时X方向的水平力，Ny为基础下压时Y方向的水平力。

1.2、基础设计地质条件

由于本工程大部分塔位处于水田当中，土质地质条件皆为可塑粘土，重度取值16kN/m3，上拔角取20°，土压力参数取48kN/m3，地基承载力特征值取140kPa，修正时均按孔隙比和塑性指数都小于0.85的粘土考虑。

2、基础的优化计算方法

本工程两种形式基础计算均根据《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005，在铁塔基础优化设计软件TFOD支持下，基于相同的优化标准设计完成。

在满足受力合理的前提下，以基础的本体造价最优函数为目标进行优化设计，本次设计采用的经济参数为：混凝土200元/m3，钢筋3000元/吨，挖方10元/ m3，埋深系数0.3。

经优化计算以后，对应同种塔型的台阶式基础和斜插基础，均为所有基础尺寸优化范围中，既满足基础受力要求又满足本体造价最低的基础。优化范围详见表-2、表-3。