输电线路铁塔基础的设计优化

输电线路铁塔基础的设计优化

鲁鹏 史龙

输电管理处    内蒙古巴彦淖尔市    015000

摘要：作为关系到社会稳定与国计民生的工程，确保施工安全质量非常必要。企业是电网工程建设的责任主体，为了确保施工安全质量，在实际运行过程中，应结合工程实际需求，不断地提升自身的技术装备与工艺水平，还需不断强化施工现场

管理工作。以便于很好地促进电网工程的发展。

关键词：输电线路；铁塔基础；设计；优化

前言

国内各地输电线路铁塔建设过程中，均是通过基础把荷载传送至地基内，因此地基与基础如果发生质量问题，则会对整体输电线路运行安全、稳定性造成严重的影响，甚至引起人员伤残问题，不利于和谐社会的建设、发展。远距离输送是输电线路的典型特征，所通过路径的自然环境对地基条件的复杂性、不稳定性起到了决定性作用。既往有大量实践表明，差异化的工程水文土质、滑坡、施工工艺不合理、设计偏差等，均可能成为铁塔基础出现形变、移位或不均匀沉降等诱因，严重时造成铁塔坍塌，引起十分恶劣的电力事故。通常而言，如果地质、水文条件等因素存在差异，通常会结合作用原理的不同，选择使用适宜的铁塔基础类型，采用适宜的方法进行优化，这是铁塔实现安全、稳定运行的重要基础。

1输电线路铁塔基础设计原则

1.1选型原则

不同铁塔在施工、造价和占地上都有着不同的标准和要求，因此选择合适的铁塔基础形式十分重要。对于新建工程，通常要选择直线杆；对于跨越和转角位置要使用角铁塔，这种方式相对简单，对提高线路安全很重要；对于线路老化的更新工程，要适当提高铁塔高度，缩小水平距离。在进行基础设计时，不仅要满足经济和安全的需求，还要满足环境的要求。

1.2设计原则

铁塔基础设计是输电线路中最重要的基础部分，铁塔基础设计的选型，对输电线路的施工建设具有决定作用。由于地质原因，目前基础形式分为很多类型，通常是首先浅埋，然后适当增加地板基础尺寸，提高基础自重等方式保证铁塔的稳定。直线塔和承力塔则常使用深埋方式。

2输电线路铁塔基础沉降变形影响因素

与其他类型的铁塔基础相比，联合式铁塔基础的优点在于其稳定性和整体性较好，若线路工程沿线广泛分布软弱土层，宜选用联合式铁塔基础。对承载力进行计算，要合理控制数值的选择，联合式铁塔基础的承载力数值一般在设计值的80%以内。在软弱土层上采用联合式铁塔基础，其埋深一般较浅，这种做法对于基础排水有利，并且可以充分发挥地基表层原状土硬壳层的持力作用。软弱土层上的联合式铁塔基础受内外因素影响会有沉降量积累的问题，其中内部因素引起的变形一般包括两种：一是合理变形，这种变形是一种允许范围内的铁塔形态位移，源于铁塔自身特征形成的负载分布不均匀，合理变形会随着时间的推移而逐渐稳定。二是施工误差所导致的变形。施工误差所致的变形从局部看可能影响不大，但是从整体累积效应来看却十分危险。

3输电线路铁塔结构设计优化

3.1杆件布置合理

在开始进行杆件布置之前，要与电气专业密切配合，领会电气的设计意图。在满足电气要求的前提下，杆件布置力求做到主材传力清晰，构造力求简单，杆件准线尽可能交于一点，减少偏心。平面内同一节点处的两主材夹角要满足 170 以上，以避免整体失稳。受压主材的长细比尽量控制在 50-70 之间。对于酒杯型、猫头型铁塔的上、下曲臂的内侧主材，根据有关资料和试验，应尽量使用双组合主材，减小连接过程中引起的偏心力，受力较大的杆件选用双角钢后，螺栓由单剪变为双剪，减少了螺栓数量，减小节点板尽寸，还减小了风荷载的作用力。合理设置斜材、辅助材，使主材、斜材“物尽其用”，使一根主材中，各段同时达到或靠近满应力。斜材、辅助材与主材之间的夹角不得小于 150，达到减小斜材受力，达到支撑主材的目的。在单斜材的析架中，斜材的设置应使长的杆件受拉控制，短的杆件受压控制，还应作单、双斜材的经济比较。合理选择塔身的坡度，使塔身准线的交点尽量靠近外力（导、地线负荷及风荷载）的重心，这样塔身主材受力合理，斜材受力最小。根据塔脚弯矩的作用力及拟选用的主材规格，来选用合理的塔脚根开和塔顶宽度，大根开的塔身尽量采用大交叉的斜材型式，主材可分5—6 格。使用 K 型腹杆时，采用内置撑杆的 V 形式。整个铁塔，力求减少变坡次数，使变形均匀，减少突变。

3.2铁塔塔头的优化设计

鼓形是过往 500kV 双回路线路的常规布置形式，采用该种形式布设塔头有形式较为简易、传力直接且明确等特征，以垂直形式排列导线，塔头偏高，若对跨越指标提出要求时，为符合电气对地间距标准，就要提高整塔高程，造成塔身、上层导地线均形成较大的风荷载，不仅增加铁塔建设期间材料的消耗量，还会产出较高的基础作用力。双层横担的 V 串塔型也是布设铁塔的常用方法之一，塔头布置形式以三角形为主。对鼓型、双层横担两种布塔形式进行分析，并结合参照已投运的输电线路工程中较成熟的设计成果，发现以上两种布设方式各自均存在一定优势及不足。鼓型塔布设流程相对简洁、传力直接清晰、走廊相对较窄小。V 串双层横担塔布设实践中，利用以三角形式排列导线，该种形式能使塔高大概有 10m 的降幅，和鼓形塔相比较塔材用量减少量大概为 10%，并且其基础作用力减少率也高于 12%，建设期间能取得较好的经济效益。500kV 线路建设期间通常不会对走廊宽窄度提出较严格要求，而对高跨指标作出一定约束，故而本项目建设期间采用由两层横担的V 串塔型进行设计，能明显降低工程造价。

3.3铁塔塔身坡度优化

对有相同斜材形式的铁塔身部而言，能够对其主材和斜材产生直接作用的是塔身坡度的变化。坡度是由塔身高度、塔身瓶口宽度和塔脚根开这三个独立的变量确定的，即为（塔脚根开－塔身瓶口宽度）/ 塔身高度。当塔头形式和呼高确定后，塔身就是一定值，这时塔身坡度就由塔身瓶口宽度和塔脚根开来确定。塔脚根开与塔身瓶口宽度的差值越大，塔身坡度越大；塔脚根开与瓶口宽度的差值越小，相应的塔身坡度越小。在塔身变坡处宽度一定的情况下，塔身坡度的优化实际上就是铁塔根开的优化，铁塔根开的大小会控制塔身主材，进而影响整基塔的重量，同时还会对基础作用力的大小产生较大的影响。塔身坡度越小，铁塔斜材越短。同时，斜材受力也越小，斜材重量将会减轻，但铁塔主材内力将加大，主材规格就越大，根据计算，铁塔主材一般要占整个塔重的40% 左右，主材的大小对塔重的影响最大，因此，坡度越小塔重反而会增加。反之，塔身坡度越大，根开就越大，塔身主材内力就越小，主材规格就相应减小，但此时，铁塔斜材长度会增长，内力随之而增大，斜材规格将会急剧增加，斜材基本受长细比控制，很明显，也是不经济合理的。塔身坡度、铁塔整体的安全稳定以及铁塔重量，三者是相辅相成的，不断变化的，需要反复设计计算，找到三者的契合点。其中，塔身瓶口宽度尺寸一般来说可调节范围较小，但是其甚至影响到整个铁塔的刚度、塔头的稳定性和全塔的重量。

结束语

近年来，我国电力工业的发展迅速，电力行业已成为促进我国经济发展的一个非常重要的产业。但在发展过程中，也应看到中国的电力设施建设中还存在许多不足，需要采取相关措施，不断完善。输电塔是输电线路的重要组成部分，因此其设计质量直接影响到输电线路的正常运行，因此，塔的优化设计也应引起有关人员的重视。

参考文献:
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[2]任冬梅．浅谈供电企业输电线路施工管理与质量控制[J]．中国对外贸易(英文版)，20lo(24)：297—298．