張李黎 趙鑫 李世鳴

（中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院安徽合肥230022）

大高差塔位優(yōu)化處理方案的應(yīng)用研究
——以±800kV直流輸電工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為例

張李黎 趙鑫 李世鳴

（中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院安徽合肥230022）

本文以±800kV直流輸電工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為例為例，現(xiàn)分別取典型直線、轉(zhuǎn)角塔的坡度、根開等數(shù)據(jù)，分析在不同地勢坡度時的級差和露頭尺寸，給出了帶斜柱樁基礎(chǔ)、單柱斜塔架、帶拉桿支撐的單柱塔架等陡峭山區(qū)塔位處理方案。

大高差塔位；坡度；帶斜柱樁基礎(chǔ)；單柱斜塔架；帶拉桿支撐的單柱塔架；處理方案

1 不同地形條件下坡度與塔腿的高差關(guān)系

要形成大高差塔位的處理方案，就得先明確塔位坡度與塔腿的高差關(guān)系。線路走向往往可能與山坡走勢形成任意夾角，但總可以由兩種極端情況來進(jìn)行劃分：①線路與山坡橫向平行，反映到塔腿上為左右兩兩不等高（鐵塔順坡向布置）；②線路與山坡橫向成45°夾角，反映到塔腿上為對角線與山坡縱向平行，對角線塔腿形成最大高差（鐵塔45°坡向布置）。

根據(jù)以往±800kV直流輸電工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)分別取典型直線、轉(zhuǎn)角塔的坡度、根開等數(shù)據(jù)，分析在不同地勢坡度時的級差和露頭尺寸。

表1 不同坡度對應(yīng)塔腿高度差（桿塔順坡向布置）

1.1 當(dāng)坡度≤30°時

從上述圖表可以看出，當(dāng)坡度≤30°時，鐵塔在順坡向布置時，要求直線塔塔腿最大高差一般在10m以內(nèi)，轉(zhuǎn)角塔在12m左右。通常，我們正是遵循這樣的關(guān)系來設(shè)計(jì)鐵塔長短腿的，將直線塔塔腿的最大級差一般控制在10m以內(nèi)，轉(zhuǎn)角塔控制在12m以內(nèi)。但當(dāng)坡度＞30°時，由于塔腿最大高差大幅增加，50°時達(dá)到24m左右，對于這樣的高差若仍然采用高低腿處理已經(jīng)不能滿足要求，只能對塔位的布置進(jìn)行處理。

1.2 當(dāng)鐵塔沿山坡45°方向布置時

圖1 直線塔順坡向布置時高度差

圖2 轉(zhuǎn)角塔順坡向布置時高度差

同樣可得當(dāng)鐵塔沿山坡45°方向布置時，不同坡度對應(yīng)的塔腿高差，見表1、圖1～2所示。

從以上圖表可以看出，當(dāng)坡度≤30°時，鐵塔在45°坡向布置時，要求直線塔塔腿高度差一般在13m以內(nèi)，轉(zhuǎn)角塔則在14m左右。顯然，按照順坡30°所設(shè)計(jì)的鐵塔此時仍然可以通過配合使用高低主柱基礎(chǔ)來滿足地形的需要。但當(dāng)坡度＞30°時，塔腿高差也將大幅增加，50°時將達(dá)到34m左右，這樣的高度同樣早已不適合采用高低腿布置，而是和順坡向布置一樣，需要對塔位進(jìn)行處理。

2 帶斜柱樁基礎(chǔ)方案

在陡峭山區(qū)多采用挖孔樁基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)型式可以充分利用原狀土承載力高、變形小的優(yōu)點(diǎn)，施工過程中避免了大開挖，減少了對環(huán)境的破壞，避免了對原狀土的過分?jǐn)_動，從而大幅度提高基礎(chǔ)抗拔力。

當(dāng)?shù)貏荻盖统霈F(xiàn)較大露出時，在塔腿處水平力作用下，在基礎(chǔ)底部產(chǎn)生較大彎矩，會對基礎(chǔ)抗拔造成很大影響?，F(xiàn)將基礎(chǔ)主柱上部做成斜柱型式，如圖3所示。

圖3 帶斜柱樁基礎(chǔ)型式

該處理方案的最大優(yōu)點(diǎn)是采用基礎(chǔ)柱頂斜柱，有效的減小了水平作用力對基礎(chǔ)承載力的影響，從而減小了基礎(chǔ)尺寸和材料耗量。缺點(diǎn)是基礎(chǔ)主柱頂部斜柱的支模和混凝土澆筑甚為困難。

3 單柱斜塔架

所謂單樁斜塔是指塔架頂部形心和底部形心的連線不與地面垂直，塔架軸心通常沿著塔腿主材方向傾斜。該方案吸取了帶斜柱樁基礎(chǔ)方案的優(yōu)點(diǎn)，同時，為了避免斜柱的支模和混凝土澆筑困難而將斜柱部分改為鋼結(jié)構(gòu)塔架，有效的結(jié)合了單柱塔架和混凝土斜柱的優(yōu)點(diǎn)，如圖4所示。

圖4 單樁斜塔架

4 帶拉桿支撐的單柱塔架

對于直線塔，由于垂直力、水平力均不是很大，采用單樁塔架可以滿足強(qiáng)度和剛度要求。但對于轉(zhuǎn)角度數(shù)較大的轉(zhuǎn)角塔，在鐵塔塔腿根部存在相對較大的水平力，當(dāng)塔架承受如此大的水平力時，會產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，影響塔架的整體承載力，甚至?xí)?dǎo)致塔架的破壞?，F(xiàn)在鋼塔架上設(shè)置側(cè)向支撐，水平力可以通過支撐直接傳遞到基礎(chǔ)中。帶支撐單樁塔架如圖5所示。

對鋼塔架進(jìn)行壓彎和拉彎計(jì)算，可知鋼塔架自身位移對輸電鐵塔主材應(yīng)力的影響較大。當(dāng)不設(shè)置支撐時，最短腿邊塔身主材應(yīng)力大幅增大，會導(dǎo)致桿件承載力不夠，出現(xiàn)破壞情況；同時，支撐在壓彎模式時作用明顯，從計(jì)算結(jié)果得知此時支撐承受的為拉力，而在拉彎模式中，鋼支撐中應(yīng)力較小，且此時有無支撐對主材應(yīng)力影響很小。因此可以判定支撐在受荷過程中主要起拉桿作用，故在設(shè)計(jì)支撐時，可以只設(shè)置拉桿作為支撐型式。

圖5 帶支撐單樁塔架

本工程線路在地勢較為陡峭，以巖石為主的山區(qū)。設(shè)計(jì)鋼塔架支撐時，可以考慮設(shè)置巖石嵌固錨桿來作為支撐。具體需要采用何種規(guī)格錨桿，需要通過具體計(jì)算確定。錨桿與前文介紹過的鋼桁架支撐相比，不僅制作方便、布置靈活，而且施工方便，造價便宜，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

5 小結(jié)

根據(jù)上述分析，給出了陡峭山區(qū)塔位處理方案（見表2）。

表2

[1]《±800kV直流架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50790-2013）.

[2]《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T5219-2014）.

[3]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）.

[4]胡再強(qiáng)，王軍星，劉蘭蘭，焦黎杰.褥墊層作用下復(fù)合地基抗震性能有限元分析[J].巖土力學(xué)，2008（S1）.

[5]高會強(qiáng).水泥攪拌樁復(fù)合地基褥墊層作用的三維有限元分析[J].廣東土木與建筑，2007（10）.

[6]鮑鵬，姜忻良，盛桂琳.勁性攪拌樁復(fù)合地基承載性能靜動力分析[J].巖土力學(xué)，2007（01）.

[7]曹明.剛性樁復(fù)合地基工程性狀的數(shù)值分析[J].工業(yè)建筑，2006（S1）.

[8]鄭剛，劉雙菊，伍止超.不同厚度褥墊層剛性樁復(fù)合地基工作特性研究[J].巖土力學(xué)，2006（08）.

[9]范福平，王衛(wèi)英，劉延春，尹彥偉，潘永戰(zhàn).上部結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-地基相互作用問題分析[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（02）.

[10]林文強(qiáng)，夏旭陽，陳延猛.剛?cè)針稄?fù)合地基加固軟基樁土應(yīng)力對比試驗(yàn)研究[J].水運(yùn)工程，2005（07）.

[11]周龍翔，童華煒，王夢恕，張頂立.復(fù)合地基褥墊層的作用及其最小厚度的確定[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2005（07）.

TM753

A

1004-7344（2016）28-0067-02

2016-9-20

張李黎（1985-），女，安徽淮南人，土建工程師，碩士，研究方向?yàn)檩斪冸姽こ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

趙鑫（1983-），男，河北吳橋人，土建工程師，碩士，研究方向?yàn)樗碗娋€路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

李世鳴（1982-），男，河南濮陽人，土建工程師，碩士，研究方向?yàn)樗碗娋€路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。