±1 100 kV直流输电线路基础选型设计

谢广采

(山东电力工程咨询院有限公司，山东济南 250013)

±1 100 kV直流输电线路基础选型设计

谢广采

(山东电力工程咨询院有限公司，山东济南 250013)

针对特高压输电线路工程“点多线长、地质复杂多变”的特点，介绍了我国输电线路杆塔基础工程的选型原则，并结合某±1 100 kV特高压直流工程的实际情况，介绍了硬塑粘性土与岩石地基两种地质条件的铁塔基础选型设计方法，为今后各种地质条件的基础设计积累了经验。

基础选型，输电线路，硬塑粘性土，岩石地基

0 引言

基础工程在整个输电线路工程体系中极其关键，其选型设计的优劣将直接关系到线路工程的工程造价控制、安全运行及项目对环境的影响。据国内已投产和在建的特高压输电线路的情况来看，基础整体造价占项目本体投资约20%～25%。为此选择合理的铁塔基础型式以及优化设计对降低线路工程投资和保证线路的长期安全运行具有重大意义。

1 基础方案的选择原则

基础设计必须依据线路工程的地形、地质和施工条件，按照“安全运行、施工便利、注重环保、经济性好”的原则，综合考虑地质和交通运输条件，进行基础方案的选择与优化。

根据我国目前已投产和在建的特高压输电线路基础工程的设计和施工情况，并结合国网公司某±1 100 kV直流工程地质及杆塔基础的特性，在确定基础方案选型原则时，应考虑以下四方面:1)采取合理结构型式，减小基础的水平力和弯矩，改善基础的受力情况。2)充分利用原状土的地基承载力高，且变形性小的力学性能，尽量减少大开挖基础的使用，合理选择原状土基础型式。3)注重环保的可持续发展战略、降低对地面附着物的影响。4)注重施工过程的可操作性、可连续性，且质量可控。

2 基础型式的选择

根据甘肃当地的工程地形及地质特点，可将本工程地基概括为硬塑粘土地基、天然岩石地基和软弱土(盐渍土为主)地基三大类，以下根据不同的地基土特性，并结合运输条件分别以工程常用的Z27101直线塔为例，对基础型式进行比选，基础作用力设计值如表1所示。

表1 基础作用力 kN

目前，特高压架空输电线路中常用的基础类型主要有原状土基础与现浇大开挖回填基础两类。由这两大类又可以根据地质情况，细分出其他许多基础型式，如图1所示。

本文根据不同地基土的特性并结合物料运输条件、经济型等方面，展开基础方案选型探讨。

2.1 硬塑粘性土地基基础方案的比选

根据本工程的实际地形和勘测条件，在计算中，基础露头按700 mm考虑，采用的硬塑粘性土地质参数为［2］:fk=250 kN/m2，γ=17 kN/m3，α=25°，c=40 kN/m2，φ=15°。

图1 常用基础型式

下面针对本工程的硬塑粘性土地基情况，分别设计计算斜柱柔性式基础、直柱刚性式基础、掏挖式基础、带翼板掏挖基础、人工挖孔基础及带翼板的人工挖孔桩基础，并进行了经济性分析，其工程量和造价分别如表2所示。为了更加直观地比较各基础型式综合造价，可以绘制各类造价［3］对比图表，如图2所示。

表2 硬塑粘性土地基条件下各基础型式工程量对比表

图2 Z27101塔各基础型式综合造价对比图

在进行基础选型及优化时，应从造价、混凝土消耗量、环保等角度进行综合分析。

1)工程造价角度。从表2和图2的对比结果看出，以硬塑粘性土为主地区，对于特高压直流直线塔而言，采用掏挖基础造价最省，然后依次是斜柱柔性基础、人工挖孔基础、直柱刚性式基础，其造价分别较直柱掏挖基础高4%，6%，163%左右。当采用带翼板的掏挖基础、带翼板的人工挖孔桩、空心掏挖基础和大直径钢筋混凝土筒桩时，基础造价能进一步降低，分别较掏挖基础的造价降低4%，3%，18%，1%，3%。因此，推荐直线塔采用空心掏挖式基础、大直径筒桩和带翼板掏挖式基础。

2)混凝土消耗量角度。基础工程的造价主要由混凝土、钢筋、土石方以及基础模板造价组成，其中混凝土是其主要组成部分。从混凝土消耗量角度来看，采用斜柱柔性基础时，其混凝土量最小，便于山区运输，因此斜柱柔性基础是一种优化选择。

3)环境角度。掏挖式基础和人工挖孔基础，可以土代模，基础土石方量小，利于水土保护，对环境的破坏较小，有利于水土保持和塔基稳定，而开挖回填类基础，如斜柱柔性基础和直柱刚性基础土石方工程量较大，土石方临时堆放和弃土困难，尤其是对于山区塔位，不利用自然环境的保护和水土保持。因此，从环保角度出发，推荐采用掏挖式基础或人工挖孔基础。

如上所述，各种基础型式均有优缺点，应根据实际情况进行选择。对于典型直线塔，宜采用原状土类基础型式，具体基础方案的选择顺序为:首先考虑采用掏挖基础;若地形和地质条件满足要求，选用带翼板的掏挖式基础效果更好。

2.2 岩石地基基础方案的选择

根据本工程的实际地形和勘测条件，在计算中，假定岩石是覆盖层薄或裸露的硬质微风化岩石，基础露头按700 mm考虑，采用的岩石地基土参数为:fk=500 kN/m2，γ=18 kN/m3，α=26°，c=0 kN/m2，φ=40°。

下面结合典型的岩石地质情况，分别进行岩石嵌固式基础、岩石锚杆式基础、掏挖式基础、斜柱柔性板式基础和掏挖桩基础设计，并进行了经济性分析，其工程量和造价分别如表3所示。

表3 岩石地基条件下各基础型式的工程量对比表

为了更加直观地比较各基础型式综合造价，根据表3可以绘制造价对比图表，如图3所示。

下面综合考虑工程造价、岩性、混凝土消耗量和施工角度对岩石地基进行基础选型。

1)工程造价角度。从图3的比较结果可以看出，对于岩石地基，从造价角度来看，采用岩石锚杆基础最优，其次是岩石嵌固式基础，人工挖孔基础和掏挖基础基本相当，斜柱柔性基础型式造价最高，明显不具有任何比较优势。

图3 Z27101直线塔各基础型式的综合造价柱状图

2)岩性角度。岩石锚杆式基础在覆盖层较浅乃至裸露的微风化硬质岩石塔基中适用;且岩石嵌固式基础适用面广，也可在中等风化岩石中应用;掏挖式基础推荐用于覆盖层较厚的、强风化的岩石塔基。

3)混凝土消耗量角度。从表3和图3可知，岩石锚杆基础消耗的混凝土量最小，岩石嵌固基础次之，因此，从混凝土消耗量角度来看，岩石锚杆基础也是最优选择。

4)施工角度。由于岩石地基鉴定工作较繁琐，同时受到限制较多，如施工工法工艺、塔基微地形、山体倾斜度等因素。因此，若从施工角度考虑，岩石嵌固基础、掏挖基础或人工挖孔桩基础由于施工工艺成熟，也是岩石地基基础的一种优化选择。

如上所述，在岩石地基覆盖的地区，若岩石覆盖层较薄甚至裸露的硬质微风化的塔基，宜采用岩石锚杆式基础;对岩石中风化的塔基，选择锚杆式基础、岩石嵌固式基础较好;对岩石强风化、覆盖层较厚的塔基，优先推荐人工挖孔和掏挖式基础。

3 结语

本文结合±1 100 kV特高压直流工程的地质条件，对岩石基础、掏挖基础、桩基础、开挖回填基础以及其他特殊基础进行对比分析，对±1 100 kV直流工程线路基础选型得出如下结论:1)针对硬塑粘性土地基:特高压直线塔优先采用掏挖式基础;若地形、地质条件允许，采用带翼板掏挖基础，其造价与常规掏挖式基础相比节省4%。2)针对岩石地基:微风化塔基推荐岩石锚杆式基础;中等风化塔基推荐岩石锚杆式基础、岩石嵌固式基础;强风化塔基推荐掏挖式基础。输电线路不同电压等级的基础选型设计大同小异，都应根据沿线地形地貌、杆塔受力、施工运输、环保要求以及经济性等方面综合考虑，合理的基础型式选型可以降低线路本体投资，减少水土流失和降低对环境的破坏，同时也为线路的安全运行提供保障。

［1］ DL/T 5219—2014，架空输电线路基础设计技术规程［S］.

［2］ 《工程地质手册》编写组.工程地质手册［M］.第4版.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［3］ 刘振亚.国家电网公司输变电工程通用造价［M］.北京:中国电力出版社，2014.

Basis of selection and design of±1 100 kV DC transmission lines

Xie Guangcai

(Shandong Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd，Jinan 250013，China)

In light of extra-high-voltage transmission line engineering characteristics including“more points and long line，and complicated geological conditions”，the paper introduces domestic transmission line tower foundation engineering selecting principles.Combining with actual conditions of+1 100 kV direct-voltage transmission line engineering，it describes the iron tower foundation selecting and designing methods of two kinds of geological conditions including hard plastic clay and rock foundation，which has accumulated experience for foundation design with various geological conditions in future.

foundation selection，transmission line，hard plastic clay，rock foundation

TU470

A

1009-6825(2016)35-0085-02

2016-10-08

谢广采(1982-)，男，工程师