杆塔和基础设计

杆塔和基础设计

3.1高低腿杆塔设计

输电线路经过的地形各色各样，地形也干差万别．当铁塔位于斜坡或台阶地时，塔腿之间会形成高差，这就要用高低腿来平衡，高低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．om。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．On，长短腿的鼍太差值也可以扩大，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．对于坡度较大的地形，塔腿长短腿已用到最大高差，仍不能平衡地面高差时，可采用长腿对应基础主柱升高的办法来平衡过多的高差，必要时可做特殊基础，在基础设计无法满足或其他具体因素主柱不宜升高时，可对短腿所在基面做适当开方。

全方位高低腿，4个塔腿一般为不等长的形式，可适应各种不规则任意地形的需要，组合成各种不同长度的高低腿。

3．2采用V串布置，限制线路走廊

线路局部地段经过林区，为减少沿线房屋拆迁及对了沿线生态环境的破坏，尽量减少林区砍伐量和赔偿费用，必需减小走廊通道。采用v串布置可缩小线路线间距离、减少线路走廊宽度的方式，不仅可减少树木砍伐量，同时还减少房屋拆迁等其它线路走廊清理用．因此，本工程在房屋集中地段及森林地段地形条受限时，铁塔型式考虑采用V串布置．2002年，我院设计的咸昌线，采用4XLGJ4 00／35导线的酒杯塔，I型串和v型串布置比较，I串的主要优点是绝缘子片数只有v串绝缘子片数的一半，缺点是线路走廊宽度比v型串布置的宽5米左右；

v串布置的主要优势是通道宽度比I型串布置的通道宽度约减小5米左右，可以减少房屋拆迁和林木砍伐量，本工程经过林区长度较长，214．4km，约占20％，按此长度计算就可减少林木砍伐面积约1600亩，减少了对自然环境的破坏，有利于施工运行和维护．有较好的社会效益和经济效益．所以使用v型串布置是必要和合理的。

3．3设计原状土基础，减少开挖土体

输电线路程通过山区，大部分塔基地处近山顶的山坡上或山顶，大开挖的基础型式不仅基面保护范围大，而且基坑、基面的土石方量大大增加．山区的地质情况大多为不同风化程度岩石、岩石的残积层或覆盖层，通常为硬塑及坚硬状态的粘性土覆盖层(无地下水)。这样的地质条件非常适宜于做原状土基础，如岩石嵌固基础、直柱或斜柱粘性土全掏挖基础、岩石锚杆基础等。这类基础都避免了基坑大开挖，充分利用原状土力学性能，提高了基础抗拔能力，减少了土方开挖量，施工不用模板或少用模板，简化了施：[]：艺．更为重要的是塔位原状土木受破坏，有利于塔基稳定，基本没有对环境的产生不良影响，有显著的经济、社会和环境效益。

3．4设计深埋基础，减少基础降基

在以往的线路设计中，山区塔基降基应考虑基础保护范围内将基础降为同一作业面，使用深埋基础，配合铁塔高低腿的使用，降基值只计算到腿部出土点高差，保护范围的高差采用深埋主柱，基础降基大幅度地减小，而且杆塔的高程相应的提高了，降低了呼称高。

一般基础主柱露出设计基面高度^值通常为(0．1～0．3)m。主柱加高基础的主柱即在值的基础上，按照需要加高一个适当的高度Ah，Ah通常取为o．5，1．o，1．5，2：o，2．5，3．om等，如图3.4示。

主柱加高基础计算项目基本与不加高基础相同.山区线路采用主柱加高基础时，设计基面以上的土体实际上不挖除，因此，可以将士方的开挖量减少到最小程度。为避免和减少基面土石方开挖量，保持塔基稳定．应尽量采用高低腿塔及主柱加高基础．根据现场地形需要，二者同时使用，经济效果将更为显著．采用高低腿塔及主柱加高基础，可基本做到基面不开挖土石方而维持原地形地貌

3．5使用塔脚架加高主柱基础

为避免和减少基面土石方开挖量，保持塔基稳定，在以往的基础上，设计了塔脚架，采用格构柱的结构形式。混凝土加高基础加高超过2 om后，由于偏心弯矩的增大而导致基础主柱截面和钢筋量都很大，而钥结构塔脚架能充分发挥了钢材的特性，并具有结构自重轻，简化施工工艺的优点。根据现场地形需要，合理使用塔脚架加高主柱基础，经济和环保效果将更为显著。

据统计，山区线路所定塔位边坡大多数在35°以内，超过35°者只占极少数。在下列2种情况下同时采用高低腿塔及主柱加高基础，可基本做到基面不开挖土石方而维持原地形地貌。图3．5塔脚架配合主柱加高使用简图。

图3．5塔脚架配合主柱加高使用简图

需要特别指出的是：现场定位时，常常会遇到这样的情况，即塔位于山腰中的梯田或斜坡地内，或位于丘陵地区几块不同标高的耕地内．此种情况不宜采用基面大开挖的方法，否则会破坏塔位处的原耕地高程，影响农田耕作，而采用高低腿、不同高度的主柱加高基础及铁塔基础构架可以获得满意的效果。

4 精细设计，做好基面综合治理

4．1基面处理

基面土石方大量开挖，不但破坏了塔位原有的天然植被，而且使原稳定土体受到扰动．开挖土石方后的斜坡以及高低腿之间的坡面，暴露在大气中，在雨水

的冲刷下，容易产生水土流失和塌方．同时，大量的基面挖方弃土堆积在基面边坡上，增加了边坡附加压力，在雨水浸蚀下，容易产生坍方和滑坡。总之，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。因此在咸昌500kV送电线路工程基础设汁中提出四个塔腿分别降基的概念，在考虑施工作业面以及边坡稳定点后，塔基基础分坑应形成四个小基面，基坑中间的土体完全保留，见图4 1。

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．实际运用在工程中的效果也很不错，土方量很少。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．达到完全不降基。

对同一斜坡上的塔位．主要有下列几种基面设计形式，见图4．2。

不同的基面形式经济比较见表4．1。

采用全掏挖及岩石嵌固式基础，土石方采用人工开挖及小爆破。第1种基面形式最不经济。若将基面开挖引起塌方所采取的防护措施及对周围环境造成的不利影响或弃土运走所增加的费用考虑进去，则其造价会更高．所以在本工程中，此种基面形式没有采用。

4．2基面排水

4．2．1基面外设排水沟

通畅良好的基面排水，有利于基面挖方边坡及基础保护范围外临空面的土体稳定．塔位有坡度时，为防止上山坡侧汇水面的雨水、山洪及其他地表水刘基面的冲刷影响，陈塔位位于面包形山顶或山脊外，均需在塔位上坡侧，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．应对降基挖方的基面作出留有内高外低的捧水坡度的规定。

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．

合理确定基面范围，基面范围a值的大小，直接关系到降基的多少。a值的确定与地质条件、杆塔类型、基础作用力、基础类型及计算方法等因素有关。

4．3护坡

护坡通常沿塔位周围自然山坡或基面挖方后的缓坡面用坡石砌筑，对塔基边坡起保护作用，防止边坡被雨水》》刷或由于风化而剥落坍塌。在绿色环保特别重要的今天，我们在采用以往浆砌块石护坡的基础上，提出植被护坡的概念。采用植被护坡相对于传统的浆砌块石护坡有以下优点：1．深根的锚固作用：植物的垂直根系穿过坡体的浅层的松散风化层，锚固到深处较稳定的岩土层上，起到预应力锚杆作用：2．浅根的加筋作用，植草的根系在土中盘根错节，使边坡土体成为土与草根的复合材料，草根视为带预应力的三维加筋材料，使土体强度提高：3．降低歧体孔隙水压力；4．控制土粒流失。

护坡通常在下列情形中使用：

(1)基础保护范围虽满足设计要求，但塔基周围土质松散或为严重强风化岩石，无植被或植被稀疏，在自然雨水作用下，极易引起水土流失，影响塔基安全稳定。

(2)少数塔位因基础局部保护范围不满足设计要求，需填土夯实，以满足设计要求．当边坡较陡，若填上不采取措施易被冲刷流失时，需在穷实的填土外侧局部砌护坡．

(3)当基面挖方较多，上山坡侧坡面虽技规定要求放坡，但因土质松散及岩石风化极其严重，易剥落坍塌，影响塔位安全，此时需沿挖方坡面局部或全部砌护坡．

塔位护坡可能是大面积的，也可能是局部范围的，应根据现场具体情况而定。

传统的护坡采用浆砌块石贴于坡面的原状土上，而护坡坡脚基础置于较好的地基上，并用水泥砂浆砌筑、勾缝，并按规定留泄水孔。这样本来就陡的边坡上还要清除覆盖层，导致因砌筑扩坡而开挖的土方量相当可观．从已做的工程来看，而且由于块石的重量较重，在较陡的边坡上施工很麻烦，施工质量难以保证。

植被护坡是利用植被涵水固土的原理稳定岩土边坡同时美化生态环境的一种新技术，是涉及岩土工程、恢复生态学、植物学、土壤肥科学等多学科于一体的综合工程技术。结合送电线路工程的特点，我们推荐以下两种植被护坡的方法：1．土工格室植草护坡，该技术是指在展开并固定在坡面上的土工格室内填充改良的客土，然后在格室上挂三维植被网，进行喷播植草施工的一种护坡技术。2．浆砌片石骨架植草护坡，该技术是指采用浆砌片石在坡面形成框架，尝结合铺草皮、三维植被网、土工格室、喷播植草、栽植苗木等方法形成的一种护坡技术。北方地区在选择草种时，应选择耐寒型的草种，常用的植草型式见图4．5。

4．4挡土墙

挡土墙的作用是把土挡在指定范围．在山区，塔位降基开挖基面土方破坏了原有土体稳定平衡状态，或基础临空面边坡陡峻，易于崩坍，或高低腿间斜坡因基础根开小无法放坡，或少数塔位因受线路走廊限制，不可避免地位于土体稳定差的地段等，由于坡度陡，如砌护坡，不能起挡土作用，必须砌挡土墙。

4．5护面及人工植被

在山区，当地质为强风化岩石时，常采用岩石嵌固基础．为防止降基后基面岩石继续风化，每个塔脚基础在设计基面表层规定的范围内作成素混凝土护面．对少数风化和冲刷特别严重的塔位，整个基面表层全部作护面．对个别塔位挖方后的放坡面及高低腿间的坡面，有岩石剥落或风化物坍塌时，往往需用水泥砂浆或细石混凝土护面．护面宜在线路施工后期(组塔和架线完成后)进行，以防止施工中塔材、零部件及机具等打、砸、压坏护面．做护面前，基面表层的泥土、杂物须清除干净，护面应依基面排水坡度作为斜面，以利基面排水。对能自然形成植被的塔基基面，无须进行人工植被．对塔位表层为残积层或风化岩夹粘性土、无植被或植被很稀疏、边坡较缓的塔基，为防止水土流失，可采取人工植被，保护基面及边坡。人工植被应因地制宜，视具体情况植草皮或移植矮小杂草及灌木。