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【摘要】输电线路铁塔具有长期野外运行、使用条件复杂、长距离分布等特点。铁塔是通过基础将荷载传递到地基中去，无论地质或基础哪一部分出现问题或发生破坏，都将对上部铁塔造成恶劣影响甚至造成重大事故。由于地基条件的复杂性，土的物理力学性质的特殊性，人们至今对它的认识还在探索和深入。因此，地基基础的设计在高压送电线路设计中占有极为重要的地位，而基础型式的选择又是影响工程总体造价主要因素之一。 本文分析了各种基础的技术特点及经济比较，山区地段铁塔基础设计，山区线路铁塔基础施工应注意的几个问题。
【关键词】电网高压输电线路 铁塔基础设计 技术特点及经济比较
中图分类号： U665.12文献标识码：A 文章编号：
输电线路基础的设计原则。线路经由各段基础型式的选择，应结合各段地形、水文地质情况、施工条件以及铁塔型式加以确定，并且应在满足规程、规范的前提下，尽可能地降低工程造价。为使线路能安全、稳定地运行，铁塔基础结构设计应满足如下的功能要求：能承受正常施工和正常运行时可能出现的各种工况下的荷载：在正常使用时具有良好的工作性能，正常维护下具有足够的耐久性能：在偶然事件发生及发生后，仍能保持必须的整体稳定。
一、各种基础的技术特点及经济比较
1、一 般地段铁塔基础设计
适用于一般地段的基础类型比较多，有充分利用岩土力学性能掏挖类基础，还有最普通的大开挖基础等，各类基础的优缺点及适用条件见表1、表2。经上述比较 ，只要地质条件满足要求，应该优先采用掏挖类基础，当不能满足时采用太开挖基础。
2、掏挖类基础
掏挖类基础分为全掏挖和半掏挖两种型式。当地表土不易成型时，采用半掏挖基础。这两种基础的最大特点是能够充分利用地基原状土的力学性能，提高基础的抗拔、抗倾覆承载能力。具有开挖土方量小，钢材用量少，节省模板，施工简单，节省投资等优点。按我们设计和使用经验，掏挖类基础仅用于各种直线型塔及0～30度转角塔。
3、大开挖基础
（1）各种大开挖基础的技术经济比较
大开挖基础型式较多，按基础对地基的影响可分为：轴心基础(基础中心在塔脚的垂直线上)和偏心基础(基础中心在塔腿主材的延长线上)；按基础本体受力状态可分为刚性基础和柔性基础；按基础主柱的形态又可分为直柱基础和斜(斜插)基础，各种型式的优缺点比较分别见表3和表4。经过上述技术、经济比较可以看出，在同条件下：
a.偏心基础的特点是基础中心位于塔腿主材的延长线上，减小了作用在基底边缘的应力，使基础受力更趋合理，减小了基础尺寸，从而达到了节省材料，降低工程造价的目的。显然，偏心基础优于轴心基础。
b.从经济上比较，偏心直柱刚性基础优于直柱柔性基础，但略差于斜插式柔性基础。当有地下水时，对于直线型塔则斜插式刚性基础优于斜插式柔性基础。由于以上基础型式在适用条件上各有不同，因此，本文参考工程都有采用。
c.斜柱的主要特点是斜柱与塔腿主材坡度一致，减小了作用在主柱正截面上的弯矩，使主柱的截面尺寸和配筋相应减少，从而节省了材料。所以，斜柱柔性基础优于直柱柔性基础。
d.由于转角塔和终端塔施工时基础顶面需要预偏，当转角度数大于30％以上时预偏值较大，对插入角钢的预偏值很难计算准确。另外，采用斜柱基础用底脚螺栓与塔脚连接，则底脚螺栓需要火曲，加工质量和受力性能难以保证。
因此，虽然在综合造价上较斜柱基础高，但为了配合采用底脚螺栓与塔脚连接构造的需要，对于30~60度转角塔60~90度轉角塔及终端塔宜采用偏心直柱刚性基础。
(2)大开挖基础选型结论
根据以上结论，对本文参考工程大开挖基础选型如下：
a.斜插式柔性基础：是本文参考工程主要采用的基础型式之一 用于本工程自立式直线型塔及0～30 度转角塔。斜插式柔性基础是将铁塔腿部主材插入基础主柱，直到基础底板、端部用锚钉或短角钢锚固。斜插式柔性基础之所以能节省材料，主要是因为铁塔主材所产生的内力不是作用在主柱项上，而是直接传递到基础底板。
当基础下压时。主材内力传到基础底板中心，由此产生的水平分力由侧向土抗力承受，垂直分力使基础底板中心受压。基础底板处的弯矩由塔腿斜材的水平力产生，此弯矩值与直埋台阶式基础相比很小，所以底配筋也小的多。当基础上拨时，铁塔主材的上拨力由斜插式的主角钢承受，基础配筋计算仅考虑斜材的水平分力和垂直分力，一般按构造配筋即可满足要求。虽然斜插式基础增加插入角钢量，但省去了铁塔的底脚板和地脚螺栓的重量。综上所述，斜插式柔性基础能充分利用侧向土抗力，将主要的力量直接传给地基，这不仅有利于基础的整体稳定和本身的强度，面且能节省材料，降低造价。
b.斜插式刚性基础：当有地下水或考虑土的浮容重时，此时利用自重大的刚性基础较柔性基础更合理。
c.偏心直柱刚性基础：宜用于本工程30～60度转角塔、60～90度转角塔及终端塔。
二、山区地段铁塔基础设计
综合分析山区不同地形、各个地质段的岩土分布以及岩性特点，并结合上部铁塔结构的规划，我们共采用五种基础型式：
1、岩石锚杆基础：主要适用于山区岩石覆盖层较浅，岩石风化程度较低且山体稳定的塔位处。它采用岩石钻孔机械成孔，具有施工周期短，耗材少，不破坏山区植被和岩体等特点，能较好的保护生态环境。
2、岩石嵌固式基础：适用于各种风化程度的岩石，它采用人工掏挖成型，能充分利用了岩石自身的强度抵抗基础外荷载，具有土石方开挖量少，钢材和混凝土用量少，运输量小，节省投资，方便施工等特点。为防止水土流失，减少基面开方量，设计时，我们对基面开方有严格的规定。内边坡值一般为1～1.5m，清理施工作业面时不能随意加大，施工作业面清理后，若有与上部铁塔结构相碰的山体应予以局部开挖。与一般设计的岩石嵌固式基础不同的是：我们在原纵向梯形截面下又加筑了两级圆台，它具有两大好处：
（1）增加了基础上拔安全度。两级圆台高500mm，相当于将基础深埋了500mm，且底盘向四周各延伸300mm，增加了基础地面与地基的接触面积。
（2）省略了防风化层的设置，因为500mm厚的天然岩体的防风化能力要远远高于仅50mm厚的水泥沙浆防风化层，况且水泥沙浆防风化层极易损坏。岩石嵌固式基础又可以分为插八角钢式和底脚螺栓式，应区分不同的塔腿结构使用。插入角钢式的钢材用量要低于底脚螺栓式，且施工较为方便。为配合上部结构高低腿的使用和地形的需要，我们也可将底脚螺栓式的岩石嵌固式基础主柱适当抬高，一般400～700mm。
3、直柱柔性基础：适用于丘陵区黄土状粉土、碎石土以及较难掏挖成型的强风化岩石，它属于大开挖基础类型。
4、斜插式柔性基础：适用于平原区黄土状粉土且地下水位较低的直线塔、0～30度的耐张转角塔。
5、台阶式刚性基础：适用于平原区黄土状粉土且地下水位较低、转角度数较大的耐张转角塔。
三、山区线路铁塔基础施工应注意的几个问题
1、为防止山洪冲毁铁塔，在距离山顶较远，塔位周围地形容易形成汇水面的塔位，应构筑排水沟，排水沟应根据现场地形顺坡修建，排水口应远离塔位。
2、施工场地清理及基坑开挖，应保留塔位中心桩，作为校核柱顶标高、基础埋深的参考标志，若不能保留，应将中心桩引出。
3、对于根开较小的直线塔，不宜设计成高低腿。
4、在山体较为不稳定的塔位处，应构筑护坡，护坡施工时，必须保证嵌入部分的地基的稳定性，必须适当留有渗水孔。
四、结束语
综上所述，通过对高压输电线路铁塔基础型式的设计与优化可以看出，如何确定铁塔基础型式应依赖于对水文地质条件做深入详尽的了解。确定了合适的基础型式可以大大降低工程本体投资，并为高压输电线路安全可靠地运行提供有力保证。
参考文献：
[1]送电线路基础设计技术规定，(SDGJ62～84)．
[2]姜和平，准一永.500kV送电线路黄土及沙漠地区铁塔基础优化设计．内蒙古电力技术，2001
【关键词】电网高压输电线路 铁塔基础设计 技术特点及经济比较
中图分类号： U665.12文献标识码：A 文章编号：
输电线路基础的设计原则。线路经由各段基础型式的选择，应结合各段地形、水文地质情况、施工条件以及铁塔型式加以确定，并且应在满足规程、规范的前提下，尽可能地降低工程造价。为使线路能安全、稳定地运行，铁塔基础结构设计应满足如下的功能要求：能承受正常施工和正常运行时可能出现的各种工况下的荷载：在正常使用时具有良好的工作性能，正常维护下具有足够的耐久性能：在偶然事件发生及发生后，仍能保持必须的整体稳定。
一、各种基础的技术特点及经济比较
1、一 般地段铁塔基础设计
适用于一般地段的基础类型比较多，有充分利用岩土力学性能掏挖类基础，还有最普通的大开挖基础等，各类基础的优缺点及适用条件见表1、表2。经上述比较 ，只要地质条件满足要求，应该优先采用掏挖类基础，当不能满足时采用太开挖基础。
2、掏挖类基础
掏挖类基础分为全掏挖和半掏挖两种型式。当地表土不易成型时，采用半掏挖基础。这两种基础的最大特点是能够充分利用地基原状土的力学性能，提高基础的抗拔、抗倾覆承载能力。具有开挖土方量小，钢材用量少，节省模板，施工简单，节省投资等优点。按我们设计和使用经验，掏挖类基础仅用于各种直线型塔及0～30度转角塔。
3、大开挖基础
（1）各种大开挖基础的技术经济比较
大开挖基础型式较多，按基础对地基的影响可分为：轴心基础(基础中心在塔脚的垂直线上)和偏心基础(基础中心在塔腿主材的延长线上)；按基础本体受力状态可分为刚性基础和柔性基础；按基础主柱的形态又可分为直柱基础和斜(斜插)基础，各种型式的优缺点比较分别见表3和表4。经过上述技术、经济比较可以看出，在同条件下：
a.偏心基础的特点是基础中心位于塔腿主材的延长线上，减小了作用在基底边缘的应力，使基础受力更趋合理，减小了基础尺寸，从而达到了节省材料，降低工程造价的目的。显然，偏心基础优于轴心基础。
b.从经济上比较，偏心直柱刚性基础优于直柱柔性基础，但略差于斜插式柔性基础。当有地下水时，对于直线型塔则斜插式刚性基础优于斜插式柔性基础。由于以上基础型式在适用条件上各有不同，因此，本文参考工程都有采用。
c.斜柱的主要特点是斜柱与塔腿主材坡度一致，减小了作用在主柱正截面上的弯矩，使主柱的截面尺寸和配筋相应减少，从而节省了材料。所以，斜柱柔性基础优于直柱柔性基础。
d.由于转角塔和终端塔施工时基础顶面需要预偏，当转角度数大于30％以上时预偏值较大，对插入角钢的预偏值很难计算准确。另外，采用斜柱基础用底脚螺栓与塔脚连接，则底脚螺栓需要火曲，加工质量和受力性能难以保证。
因此，虽然在综合造价上较斜柱基础高，但为了配合采用底脚螺栓与塔脚连接构造的需要，对于30~60度转角塔60~90度轉角塔及终端塔宜采用偏心直柱刚性基础。
(2)大开挖基础选型结论
根据以上结论，对本文参考工程大开挖基础选型如下：
a.斜插式柔性基础：是本文参考工程主要采用的基础型式之一 用于本工程自立式直线型塔及0～30 度转角塔。斜插式柔性基础是将铁塔腿部主材插入基础主柱，直到基础底板、端部用锚钉或短角钢锚固。斜插式柔性基础之所以能节省材料，主要是因为铁塔主材所产生的内力不是作用在主柱项上，而是直接传递到基础底板。
当基础下压时。主材内力传到基础底板中心，由此产生的水平分力由侧向土抗力承受，垂直分力使基础底板中心受压。基础底板处的弯矩由塔腿斜材的水平力产生，此弯矩值与直埋台阶式基础相比很小，所以底配筋也小的多。当基础上拨时，铁塔主材的上拨力由斜插式的主角钢承受，基础配筋计算仅考虑斜材的水平分力和垂直分力，一般按构造配筋即可满足要求。虽然斜插式基础增加插入角钢量，但省去了铁塔的底脚板和地脚螺栓的重量。综上所述，斜插式柔性基础能充分利用侧向土抗力，将主要的力量直接传给地基，这不仅有利于基础的整体稳定和本身的强度，面且能节省材料，降低造价。
b.斜插式刚性基础：当有地下水或考虑土的浮容重时，此时利用自重大的刚性基础较柔性基础更合理。
c.偏心直柱刚性基础：宜用于本工程30～60度转角塔、60～90度转角塔及终端塔。
二、山区地段铁塔基础设计
综合分析山区不同地形、各个地质段的岩土分布以及岩性特点，并结合上部铁塔结构的规划，我们共采用五种基础型式：
1、岩石锚杆基础：主要适用于山区岩石覆盖层较浅，岩石风化程度较低且山体稳定的塔位处。它采用岩石钻孔机械成孔，具有施工周期短，耗材少，不破坏山区植被和岩体等特点，能较好的保护生态环境。
2、岩石嵌固式基础：适用于各种风化程度的岩石，它采用人工掏挖成型，能充分利用了岩石自身的强度抵抗基础外荷载，具有土石方开挖量少，钢材和混凝土用量少，运输量小，节省投资，方便施工等特点。为防止水土流失，减少基面开方量，设计时，我们对基面开方有严格的规定。内边坡值一般为1～1.5m，清理施工作业面时不能随意加大，施工作业面清理后，若有与上部铁塔结构相碰的山体应予以局部开挖。与一般设计的岩石嵌固式基础不同的是：我们在原纵向梯形截面下又加筑了两级圆台，它具有两大好处：
（1）增加了基础上拔安全度。两级圆台高500mm，相当于将基础深埋了500mm，且底盘向四周各延伸300mm，增加了基础地面与地基的接触面积。
（2）省略了防风化层的设置，因为500mm厚的天然岩体的防风化能力要远远高于仅50mm厚的水泥沙浆防风化层，况且水泥沙浆防风化层极易损坏。岩石嵌固式基础又可以分为插八角钢式和底脚螺栓式，应区分不同的塔腿结构使用。插入角钢式的钢材用量要低于底脚螺栓式，且施工较为方便。为配合上部结构高低腿的使用和地形的需要，我们也可将底脚螺栓式的岩石嵌固式基础主柱适当抬高，一般400～700mm。
3、直柱柔性基础：适用于丘陵区黄土状粉土、碎石土以及较难掏挖成型的强风化岩石，它属于大开挖基础类型。
4、斜插式柔性基础：适用于平原区黄土状粉土且地下水位较低的直线塔、0～30度的耐张转角塔。
5、台阶式刚性基础：适用于平原区黄土状粉土且地下水位较低、转角度数较大的耐张转角塔。
三、山区线路铁塔基础施工应注意的几个问题
1、为防止山洪冲毁铁塔，在距离山顶较远，塔位周围地形容易形成汇水面的塔位，应构筑排水沟，排水沟应根据现场地形顺坡修建，排水口应远离塔位。
2、施工场地清理及基坑开挖，应保留塔位中心桩，作为校核柱顶标高、基础埋深的参考标志，若不能保留，应将中心桩引出。
3、对于根开较小的直线塔，不宜设计成高低腿。
4、在山体较为不稳定的塔位处，应构筑护坡，护坡施工时，必须保证嵌入部分的地基的稳定性，必须适当留有渗水孔。
四、结束语
综上所述，通过对高压输电线路铁塔基础型式的设计与优化可以看出，如何确定铁塔基础型式应依赖于对水文地质条件做深入详尽的了解。确定了合适的基础型式可以大大降低工程本体投资，并为高压输电线路安全可靠地运行提供有力保证。
参考文献：
[1]送电线路基础设计技术规定，(SDGJ62～84)．
[2]姜和平，准一永.500kV送电线路黄土及沙漠地区铁塔基础优化设计．内蒙古电力技术，2001