输电线路设计—基础设计

输电线路设计2011年8月4日张鸣基础设计1、基础分类及常用基础形式介绍2、基础选型的基本原则3、基础设计的一些基本计算项目4、佛山地区常用基础形式探讨5、基础设计图纸识图6、基础设计要点7、基础设计中的环保措施8、基础计算例题一般情况下，铁塔可以选用现浇钢筋混凝土基础（柔性和刚性）或混凝土基础；地下水埋藏较深的粘性土地区可采用掏挖基础；岩石地区可采用锚筋基础或岩石嵌固基础；软土地基可采用大板基础、桩基础或沉井基础；运输或浇制混凝土有困难的地区，可采用预制装配式基础或金属基础；电杆及拉线宜采用预制装配式基础。1、基础分类及常用基础形式介绍(1)受拔基础—转角塔的受拔腿,一般为外角侧两个腿(2)受压基础—转角塔的受压腿,一般为内角侧两个腿(3)受拔兼受压基础—直线塔或小转角塔的四个腿,或终端塔某对角线上两个腿基础腿号规定:面向大号，顺时针方向，依次为ⅠⅡⅢⅣ腿。按受力状况分人工掏挖基础A适用范围地下水埋藏较深的粘性土地区B优点力学性能：由于减少了对原状土的扰动，采用“剪切法”计算上拔稳定，充分发挥地基土的承载性能，所以可节约基础材料；施工：可“以土代模“，土方工程量少，减少施工费用；环境保护：该基础一般可就地开挖，所需施工基面小，减少了对塔位水土和植被的破坏；应用效果：该基础形式运行过程的基础变形小，有较大的强度储备。C缺点对地质条件要求高，有地下水时不能采用，孔壁易塌方的沙类土不宜采用，荷载太大时经济指标不好。全掏挖基础半掏挖基础A适用范围地下水埋藏较深的粘性土地区B优点相比全掏挖基础，半掏挖基础基础底板尺寸可以不受基础主柱尺寸的限制而加宽，而同时又能保证原状土抗拔剪切面。因此半掏挖基础可以降低基底的平均压应力，同时增加基础抗拔能力，基坑的土方量介于全掏挖基础和开挖基础之间。在工程局部地型破碎，掏挖困难的塔位适合采用半掏挖基础。C缺点有地下水时不能采用；材料消耗大于全掏挖基础。直柱半掏挖基础混凝土板式基础（柔性）A适用范围除淤泥等极软弱地基外的一般地质条件、各种塔形均可使用。B优点具有材料消耗少，设计成熟，可应用的地质条件广泛，能满足各种基础作用力要求，施工方便，是目前使用最为广泛的输电线路基础型式。C缺点大开挖土方会导致较大环境破坏混凝土板式基础（柔性）本类基础又有直柱式和斜柱式两种，由于斜柱式基础的传力路径较好地适应了上部结构作用力的特点，与直柱基础相比，因斜柱基础主柱中心的斜率与铁塔主材坡度相同，因此与基础轴线垂直的水平力减少50%以上，而轴向基础作用力仅增大1%～2%，结果大大改善了基础立柱、底板的受力状况，较大地节约了基础材料用量。同时，由于水平力的减少，减少了基础承压强度，使基础的侧向倾覆稳定性得到显著的提高。因此斜柱式较直柱式有较明显的优势，是目前国内外应用最多的开挖类混凝土板式基础形式。斜柱柔性板式基础还有几种派生形式如底板掏挖式、扩展式、肋板式等。混凝土板式基础（柔性）混凝土板式基础（刚性）A适用范围除淤泥等极软弱地基外的一般地质条件、各种塔形均可使用。多用于需要采用重力式或半重力式基础的塔位B优点计算理论清晰、工程经验丰富，施工方便。C缺点大开挖土方会导致较大环境破坏，混凝土耗量较大，经济性较差。混凝土板式基础（刚性）岩石嵌固基础A适用范围适用于交通不便，机具搬运困难的中、强风化岩石地区，特别适用于抗剪强度小于30kN/m2的岩石地基。B优点充分利用了岩石本身的抗剪强度，混凝土和钢筋的用量都较小，同时减少了基坑土石方量，浇制混凝土不需要模板，施工费用较低。C缺点对勘测深度要求较高，要求逐基鉴定岩石的稳定性、覆盖层厚度、岩石的坚固及风化程度情况，准确落实相关设计参数。A适用范围适用于交通方便，机具搬运较方便的微、中风化岩石地区，要求岩石覆盖层浅，整体性好。B优点充分利用了岩石本身的抗剪强度，混凝土和钢筋的用量都很小，同时减少了基坑土石方量，浇制混凝土不需要模板，施工费用较低。C缺点对勘测深度要求较高，要求逐基鉴定岩石的稳定性、覆盖层厚度、岩石的坚固及风化程度情况，准确落实相关设计参数，并进行现场试验以验证设计安全性；施工机具较重，搬运不方便。岩石锚桩基础A适用范围输电线路灌注桩基础主要使用在淤泥、淤泥质土较厚的软弱地基、有较大河流或海岸冲刷的塔基等。B优点承载能力高、能抵抗较大水平力，可穿透较厚的软弱土层，易于控制地基的不均匀沉降。C缺点费用高，桩身质量控制难度较大。岩石锚桩基础灌注桩基础A灌注桩基础的类型单桩：低单桩、高单桩群桩桩基：低桩承台、高桩承台（一般有双桩、四桩、多桩等对称布置）高桩框架：刚接框架、铰接框架B灌注桩设计和施工注意事项（1）入土深度自设计地面起不小于6米，桩径宜取.6~1.8米，桩间距不得小于2.5倍桩径。（2）桩、承台、连梁混凝土强度等级不小于C20。（3）桩身主筋应通常配置，不少于8XØ10，净距不小于60mm.（4）灌注桩达设计深度后应立即清孔，清孔后泥浆比重不应大于1.15，沉渣厚度不大于100mm，一般清孔后30分钟以内应浇筑混凝土，否则应再次清孔。（5）混凝土应使用导管浇筑，导管直径200~300mm，混凝土自由沉落高度不应大于3m。（6）混凝土浇筑应连续进行，中断时间不得超过混凝土的初凝时间。（7）一般全部桩基均应采用低应变法进行成桩质量检查，特殊情况下可要求采用高应变法检测。2、基础选型的基本原则技术合理性技术合理性是最重要的指标。一般只要满足地基上拔稳定、下压稳定、倾覆稳定，变形小于允许值，基础自身强度符合要求，就做到了技术合理性。事实上由于土力学本身是一个不断发展的学科，对土的基本特性的认识的局限性会影响到设计的合理性。施工技术的可行性线路基础在全路径内分布，沿线交通运输条件一般较差，尤其是山区线路，施工机械进场困难，限制了机械化施工的应用，在基础选型时应充分考虑这一因素。经济性技术合理、施工可行的基础方案一般有多个方案，造价高低是多方案比较最重要的指标。上拔稳定计算A土重法：基础的极限抗拔力由基础的自重和基础底板上部所切的倒截土锥体的重力组成，大开挖类基础的上拔稳定都采用土重法计算。3、基础设计的一些基本计算项目B剪切法：基础的极限抗拔力由基础的自重和土体破环面上的剪阻力共同承担，掏挖基础的上拔稳定用剪切法计算。地基下压稳定计算验算基础底板的应力满足地基承载力的要求。地基变形计算处在软柔地基的基础应验算地基变形。基础倾覆稳定计算钢杆基础、窄基塔的基础以及宽基铁塔的联合基础需要计算基础的倾覆稳定。基础强度计算包括主柱正截面强度计算（决定主柱配筋）、主柱斜截面强度计算（决定主柱箍筋）、底板正截面强度（决定底板配筋）和底板抗冲切计算等。山区、丘陵地带鱼塘、泥沼地带规划公路、规划用地区域耕地、农田地带4、佛山地区常用基础形式探讨5、基础设计图纸识图基础部分图纸组成基础施工说明：最重要的也是最容易被忽视的部分，包括技术施工的执行标准、注意事项等。基础配置表：包括各塔基础根开、基础规格、出土高度、地脚螺栓规格和间距等数据。基础施工图：包括基础的平、立、剖面图，配筋图，基础材料统计等内容。基础说明基础配置表桩基础声测管基础设计图例基础一览图基础施工图基础施工图基础施工图6、基础设计要点(1)满足稳定要求—基础外形及埋深满足上拔下压要求即承载力=外力*安全系数(2)满足强度要求—基础构造(截面尺寸及配筋)满足要求,不会破坏,即承载力=内力*安全系数(3)稳定设计安全系数杆塔类型上拔1上拔2倾覆下压土抗力有关基础自重有关直线型1.61.21.5按地直线转角型2.01.31.8基承转角,终端,大跨越型2.51.52.2载力总体思路“因地制宜，绿色环保，经济适用，安全可靠”是我们输电线路工程力争达到的最佳效果，这就必须将环境保护这一理念贯穿于输电线路工程的全过程中。在设计阶段充分考虑输电线路工程对环境的影响，尽可能减少或避免破坏原有自然地形地貌，达到事半功倍的效果，严禁出现先污染后治理的被动局面，良好的设计方案不仅能减少财产损失，并且保护了环境，节约了资金，使我们的输电线路工程产生最大的经济、社会和环境效应。7、基础设计中的环保措施全方位长短腿杆塔设计输电线路经过的地形各色各样，地形也千差万别。当铁塔位于斜坡或台阶地时，塔腿之间会形成高差，这就要用长短腿来平衡，长短腿在四个任意方向都可以连接。目前塔腿级差一般设计为1.5m，长短腿的最大差值一般设计为9.0m。而地面高差是任意值，当长短腿不能完全平衡地面高差时，一方面可将部分主柱露出地面，另一方面塔腿级差可缩短为1.0m，长短腿的最大差值也可以扩大，力求做到不开方或少开方。设计杆塔时，应考虑在杆塔位于陡峭山顶控制铁塔的正侧面根开，减少施工基面开方量。合理选择基础型式目前输电线路杆塔基础大致可分为利用原状土和非原状土两大类。原状土承载能力强；不需要回填土，消除了回填土质量不可靠带来的安全隐患；“以土代模”，开挖量少，施工方便，节省材料。鉴于山地和丘陵地区地基承载力较高，但覆盖层厚度各区域不尽相同，因此，基础型式考虑尽量利用原状土，对地基覆盖土层较厚及非岩石地基，推荐使用掏挖式基础、半掏挖基础；对岩石裸露或覆盖地很薄的塔位可采用嵌固式岩石基础和岩石锚筋基础，根据山区特有的地质条件进行优化设计，以进一步节省基础工程的投资，减少基坑的开挖和植被的破坏。长短腿杆塔配合不等高基础利用长短腿杆塔配合不等高基础，可大幅减少基面开挖。早期，山区输电线路基础基本上都是采用直柱平板基础，铁塔采用等高腿，在施工中需大幅削减边坡形成基础平台，由此而引发下列问题：1)土石方开挖量大，不仅费用高，而且后遗症多，施工时若对弃土处理不好，会形成弃土滑坡，影响塔基安全稳定。2)塔位处易形成高边坡，若处理不好，极易崩塌，影响塔腿的长期安全运行，而线路上一般对高边坡处理办法不多，且费用高。3)塔基土石方的大量开挖，不仅改变了塔位处的自然地形、地貌，破坏了原有的植被，极易形成水土流失，对塔位环境造成损害而影响塔基稳定。基面综合治理1）基面处理：无论是开挖类基础还是掏挖类基础，均应尽量不降或少降基面。应在尽量减少放坡。基面大量挖方，破坏了原有土体稳定状态，给线路安全运行带来隐患，而且很不经济。因此建议在基础施工时将对各个塔腿分别平基，形成四个小基面。这种小基面的设计理念将对原始地貌的破坏降到最小程度，保证了山体的稳定，减少了施工难度，而且增加了基础抗拔能力。随着环保理念的不断深入，设计对基面处理的思路为：在测出塔位及保护范围内带有等高线的平面图，综合采用铁塔的高低腿、深埋基础，按照自然地形地面，尽量不降或少降基面。2）基面排水：塔位有坡度时，为防止雨水对基面的冲刷影响，上坡侧应依山势设置环状排水沟，以拦截和排除周围山坡汇水面内的地表水。基面排水坡度尽可能向基础保护范围大的缓坡方向倾斜，以便基面雨水从此方向排出。对高低腿塔的挖方基面，应避免流水直接冲刷两腿间有高差的陡坎，使基面雨水从塔位排出。塔位基面应向下坡方向倾斜，利于基面散水外流，保证塔基排水畅通。3）基础护坡：随着全方位长短腿、原状土高低基础等技术的广泛应用，线路工程的土石方量较过去大大减少，但还是难以避免高陡边坡的出现，线路塔位附近也往往会有一些自然边坡或原有的人工边坡难以回避，加之基础开挖的余土处理困难，往往也会堆积成一定高度的弃土边坡，这些边坡如果有一定高度或面积时，就必须加以保护处理。工程中根据塔位的具体情况，采取合理有效的护坡方式，既是塔位安全稳定的保证，也能减少对塔基环境的破坏。8、基础计算例题