试论输电线路铁塔基础选型设计及其优化

宋轶充

摘 要：随着我国经济水平的不断增长，社会对电力行业的发展需求也在不断提高。因此，我国的输电线路铁塔行业在近些年来有着飞速的发展。根据数据统计可以看出，我国输电线路铁塔的销售收入在近几年增长了近40%，整体处于高速发展时期。该文对输电线路铁塔基础选型设计进行分析，并提出一些优化意见与建议，希望能够为我国输电线路的进一步发展做出贡献。

关键词：输电线路 铁塔基础 选型设计

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（b）-0077-02

如今我国的各类生产活动与城市化建设都在高速发展的进程中，其对于电力的需求极大，故而近些年来我国输电线路的建设正在如火如荼地开展着。而输电线路往往需要高压铁塔进行支撑，否则将使输电线下垂，容易发生各类安全事故或是影响输电线路整体的正常运行。当下我国的输电线路总跨度正在不断增加，这对于高压铁塔的要求也越来越高。线路总长增加则意味着线路的总重量也将随之增加，如果高压铁塔的承重能力不能达到预期标准，将会严重影响到输电线路的安全性与稳定性。因此，我们必须针对输电线路铁塔的基础选型做好充分准备工作，并对其进行优化，使之能够适应输电线路的进一步发展。

1 影响输电线路铁塔基础设计的因素

虽然输电线路铁塔对输电线路的整体稳定性有着极为重要的作用，但是铁塔的基础非常容易受到各类人为施工因素、施工环境因素以及特殊因素的影响。铁塔基础直接决定了铁塔的稳定性以及承载能力，因此，我们必须针对这些可能对输电线路铁塔基础造成影响的因素采取相应的防治措施，而要想达到这一步，便是需要确定所有可能对输电线路铁塔基础造成影响的因素。

输电线路铁塔的施工工艺相对较为复杂，而且其所处的地理环境多变，因此，可能对输电线路铁塔基础造成影响的因素不能够一概而论，对于不同的环境来说可能存在着截然不同的影响因素。但是对其进行总结，我们大致可以确定影响输电线路铁塔基础设计的因素主要有如下几个方面：首先，施工技术因素。由于输电线路铁塔对于施工工艺的要求较高，如果施工技术不能够达到标准，如铁塔基础应力结构发生偏差，基础型式选择与实际工程情况不能较好匹配，铁塔基础设计过程中存在失误或者是工程材料运输过程中受到损坏等都会对铁塔基础造成一定的影响。其次，施工环境因素。输电线路铁塔建设工程所处的地理位置需要依据线路走线来确定，地质条件的不同往往会对工作人员的铁塔基础设计产生一定的阻碍。例如：水文地质情况、工程地质情况等，如果在设计过程中没有得到充分考虑，则可能会在施工过程中发生沉降、位移或是形变等问题。而这些问题都会对铁塔基础的性能造成影响。最后，特殊因素的影响。这一类影响因素一般都是非人为因素，发生较为突然且难以推断出具体的发生时间与波及范围，如大风、强降水等自然天气；滑坡、泥石流等自然灾害等[1]。可以说特殊因素是影响输电线路铁塔基础设计因素中最为棘手的一个，因为人们并不能够阻止这一类自然灾害的发生，一般只能被动地采取相应的保护措施。

2 输电线路铁塔基础选型设计及其优化

输电线路的架设需要考虑各地区人们生产生活的实际需要，故而所选取的路径难以进行更改，这也直接导致输电线铁塔所在位置经常包含有各类复杂的地质环境。为了能够保证输电线路铁塔的性能，便需要根据施工位置的实际情况进行铁塔基础的受力特性分析，选择最为适合的铁塔基础型式，对其安全性与经济性进行充分分析。

2.1 工程实例

某地恰好处于一条即将铺设输电线路的既定路径中，为了能够加强输电线路的稳定性，需要进行铁塔基础的施工。为了能够加强铁塔基础的稳定性与安全性，在施工设计之前对当地的土层指标进行调查分析与测定，具体如表1所示[2]。根据铁塔基础选型要求，该地的铁塔基础型式应为联合式，根据数据可以确定，基础的受力层次为第二层，由此便可以进行分析计算以确定铁塔基础的各项基础数据。

2.2 铁塔基础受力分析

一般来说，影响到铁塔基础设计与选型的因素主要有如下两个方面：其一，铁塔基础所在位置的土层物理指标。输电线路路径是确定的，故而我们可以在铁塔基础设计之前进行分析测定。其二，铁塔塔身与铁塔基础之间的受力情况与基础变形规律。这一点可以通过反复的实验测定进行总结归纳，之所以该地的铁塔基础选用联合式，主要取决于当地的土层性质，土层的受力层为粉砂，土质软弱。而联合式铁塔基础施工时需要对铁塔基础进行整体浇制，较好地解决了这一问题。为了能够较好地了解铁塔的受力情况，一般都会采用ANSYS有限元软件对联合式基础所需要承载的载荷进行分析，这样便可以得出铁塔基础各个位置所承受力的大小。铁塔基础为了能够保证较强的稳定性，往往需要使用钢筋混凝土来进行制作，而基础材料的刚度如果与土壤材质相差较大，则较为容易发生沉降或是位移。即使基础沉降数值已经非常大，应力仍然会一直存在，从而加大对基础稳定性的影响。而如果土壤层刚度也同样较大，则非常可能使铁塔基础发生弯曲、压缩等形变，如果形变量超出限定值，则会使基础破碎裂解。故而，在承载层土質较软时，应当采用联合式基础设计方式，除此之外，工作人员也需要根据土壤的具体参数进行计算，以确定铁塔基础的尺寸、形状等具体信息。

2.3 确定目标函数

通过上述铁塔基础的受力分析可以清楚地了解到，能够对铁塔基础设计产生影响的因素主要包括地质条件与外力影响这两个方面。通过对土层的调查分析与测定我们可以选择出铁塔基础所应该选用的型式，而一旦确定了基础型式之后，便可以进一步计算出相应的载荷大小。可以说，基础的受力情况除了受到地质因素的影响之外，更大程度上是受到了基础设计参数的影响。对此，我们采取如下的目标参数：

fa=fak+ηor（B-3）+ηdrs（h1-0.5）

上述目标函数公式中，fa为修正后的基础承载能力特征值；fak为基础的承载能力标准值；η0为基础宽度的修正系数；ηd为基础埋深的修正系数；r为埋土的总重量；B为基础的宽度；rs为基础上埋土的加权平均重量；h为埋深。由此我们可以看出，影响到设计参数的数据有很多，因此，在进行设计工作之前必须对相关数据进行精密测定，只有这样才能够让铁塔基础的参数更加细致。

2.4 设计优化

在该工程项目中之所以选择联合式铁塔基础，最主要的原因便是它的稳定性与安全性相较于其他的铁塔基础要更加优异。加之该地的土质松软，限制条件较为苛刻，故应选择联合式铁塔基础型式。首先，在进行基础设计之前需要对基础所需要承载的载荷进行计算，而联合式铁塔基础的承载能力一般在实际设计数值的80%以下，这样可以保证基础的稳定性最优化。其次，联合式铁塔基础埋深较浅，且整体由浇筑构型，因此，该基础型式可以方便排水，并且能够让土层顶层的硬质层起到最好的固定作用，但是由于下层的土质相对较为松软，故而基础很容易发生下沉位移，如果发生的是合理变形，那么在沉降与位移量达到一定限度值时便可以自动调节至最优情况，而如果是由于施工误差造成的变形，则有可能对铁塔整体造成极大的影响。最后，便是当地的自然条件、气候环境等都会对铁塔的沉降位移产生影响，为了防止铁塔基础形变产生严重的后果，需要在设计过程中将变形参数考虑到其中，保证最大压力侧变形幅值小于20 mm。

3 结语

铁塔基础是铁塔稳定性与安全性能的保障，因此，我们必须高度重视铁塔基础的选型设计。除此之外也需要针对可能存在的各种地质问题、水文条件等对铁塔基础设计进行优化。只有这样才能够得到最优化的铁塔基础设计结果，让铁塔整体的质量达到新的高度。

参考文献

[1] 杜思存.输电线路铁塔基础在沼泽地段的施工技术[J].水利水电技术，2015（3）：46-49.

[2] 吴文烈，郑惠锦，刘鹏，等.输电线路铁塔塔脚机器人焊接工艺方法及性能[J].焊接，2015（9）：41-44，75.