我国输电线路基础工程现状与展望

第26卷 第11期

2005年11月

电 力 建 设E l e ctric Powe r Constr ucti o n

V o. l 26 N o . 11

N ov , 2005

25

电网技术

我国输电线路基础工程现状与展望

鲁先龙, 程永锋

(国电电力建设研究所, 北京市, 100055)

[摘 要] 输电线路基础不同于一般建筑工程基础, 送电线路距离长、跨越区域广、沿途地形与地质条件复杂、地基土物理力学性质差异性大, 设计和施工中需要考虑的边界条件较多。杆塔基础除承受拉、压交变荷载外, 还承受着较大的水平荷载。在通常情况下, 杆塔基础抗拔和抗倾覆稳定性是其设计控制条件。近年来, 我国线路基础工程建设出现了许多基础形式:如人工斜掏挖原状土基础, 原状土地基承载力高、变形小、开挖量小、节省材料。软土地基复合式小桩基础, 可使桩倾斜度与基础所受拉、压力和水平力的合力方向一致, 大大提高基础的承载力。[关键词] 送电线路 杆塔基础 现状 展望

中图分类号:TU473. 1 文献标识码:C  文章编号:1000-7229(2005) 11-0025-03

Current S t at us and Prospect of Trans m ission To wer Foundati on Engi neeri ng i n Chi na

Lu Xianlong , Chen Yongfeng

(SG E l ectric Po w er Constru ction Research In stit u te , B eiji ng C it y , 100055)

[Abstract ] The trans m ission t ow er foundation is d ifferen t fro m nor m al bu il d i ng f oundation s becau s e t he trans m is s i on l ines are of l ong d i s -t an ce , b road cross ed areas , co m p l ex t opography and geological cond itions and great diff eren ce of t h e physicalm echan icalnature of t he foundati on soi. l M any boundary condition s shou l d be con si dered in desi gn and construction . Th e t ow er foundation has t o bear the tensil e and p ress u re a lt er -native l oads , als o t he lar ge horizon t a l load s . Under nor m al situati on t heir desi gn con tr o l cond itions are t he anti -lift and an ti -overt u rn stabilit y of t h e foundati on .

[K eyw ords ] trans m is s i on li ne ; to w er foundati on ; curren t s it uation ; forecas t

1 线路基础工程现状

1. 1 我国典型区域性地基线路基础

我国地域辽阔, 岩土类别多、分布广, 各地区地形地貌和地质条件差异大, 区域性地基线路基础型式多样。

1. 1. 1 软土地基

软土地基主要分布于我国沿海地区、华东地区和天津部分地区等。

软土地基线路基础主要型式有:扩展式基础、大板式基础、灌注桩基础等。扩展式基础设计计算简单, 但其配筋量和土方开挖量大、占地面积大、施工机具笨重、搬运困难。大板式基础成本较高、土方量大、施工复杂、特别是在淤泥土质中施工难度较大, 不易保证工程质量, 易产生不均匀沉降。灌注桩基础造价高、质量不易控制, 尤其是在淤泥土质中成孔施工较难把握, 易出现钻孔收缩和塌落。此外, 还有

收稿日期:2005-06-13

螺旋锚基础、挤密碎石桩和挤密砂桩等其他类型基础。总体上看, 软土地基基础型式多, 但处理费用

高, 在近海地区还存在基础腐蚀问题。1. 1. 2 黄土地基

黄土地基主要分布在我国西北黄土高原、黄河中游的甘肃、宁夏、陕西和河南等省, 在河北、山东、内蒙、青海、新疆及东北等地也有零星分布。黄土地区送电线路基础型式主要有:刚性台阶基础和插入式基础, 部分软弱黄土地基也采用钻孔灌注桩。刚性台阶基础因受力不合理, 浪费材料, 造价高, 己逐渐被淘汰。插入式基础受力合理, 采用较多。但是, 黄土地基的湿陷性和地震液化病害往往是造成地基承载力降低、产生大变形和不均匀沉降、危及线路安全的主要原因。长期以来, 因对黄土工程特性认识不足而造成电力工程建设事故屡见不鲜。目前, 工程中常采用2∶8或3∶7比例的石灰和素土对重点塔位进行地基处理。

26 1. 1. 3 冻土地基

电 力 建 设

第26卷

较多。其次, 杆塔基础所承受的荷载特性复杂, 基础在承受拉压/交变荷载作用的同时, 还承受着较大的水平荷载作用。荷载特性, 如荷载的大小、分布、偏

心程度以及出现频率等都决定着基础的受力特征, 而荷载分布、地基土或岩的工程特性、基础材料特性等决定了基础的工作特性, 如破坏面与滑移变形等。通常情况下, 杆塔基础抗拔和抗倾覆稳定性是其设计控制条件, 而建筑等其他行业基础下压稳定性才是其设计控制条件, 与杆塔基础差异较大, 因而可供线路杆塔基础直接借鉴与应用的资料较少。此外, 由于科研条件和研究经费的制约, 线路基础的研究还比较薄弱, 科研成果和技术储备相对不足。又由于线路基础有其独特的分析和设计方法, 这些内容在一般教科书中难以找到, 如一般基础工程书籍对基础上拔问题仅附带提一下。结果导致了我国在输电线路基础方面受过专门训练的人才偏少, 专门从事输电线路杆塔基础的高级研究人员则更少。

目前, 常规线路设计中都是将地基、基础和上部结构三者作为彼此独立的结构单元进行分析。分析步骤为:首先, 假定基础为绝对刚性(即基础不存在差异沉降), 将上部结构分离出来, 根据给定荷载采用结构力学或弹性力学方法, 对内力进行结构设计。其次, 将上部结构分析得到的支座反力, 反作用于基础上, 并假定地基反力按某一种规定方式分布, 求得基础各截面的内力和变形。最后, 根据地基的反力分布, 用土力学方法计算出地基各点的位移。这种方法虽简化了设计计算过程, 但从严格意义上说, 它只适用于基础刚度相对较大的特殊工况。事实上, 地基、基础和上部结构是一个相互作用、共同承载的统一整体, 应满足变形协调条件。地基特性、基础刚度和上部结构都会影响地基反力分布, 而且地基的不均匀沉降必然会引起上部结构内力的重新分布。综合考虑三者间的相互作用规律是工程设计中迫切需要解决的问题, 但却是目前常规设计所难以解决的。

送电线路基础设计中需要考虑许多因素, 但其中最富变化和最难于定量分析的是地基问题, 地基条件将直接影响着杆塔定位和杆塔结构, 并决定着基础选型与设计。地基特性参数是基础设计的重要依据, 但它与取样过程、试验的准确性和随机性有关。送电线路基础分布“点多面广”,在地质资料勘测方面表现为测点多而分散, 造成沿线地基勘测资料比较粗浅, 精度和详细程度都难以做到像建筑物地基那样精确可靠。此外, 同一条线路可以使用许, [3]

冻土地基约占我国国土面积的五分之一, 主要分布于东北地区、新疆地区和青藏高原。冻土地区线路基础在地基特性判定、工程材料选用、施工工艺选择等方面都和非冻土地基不同。这主要是因为冻土在冻结和融化两种状态下的力学性质、强度指标、变形特点与构造的热稳定性等方面相差悬殊, 冻胀与融沉是冻土工程的主要病害, 且冬季施工的质量隐患显现具有滞后性。

冻土地区线路基础防止冻害的最佳方法是结构措施, 当地质条件特殊, 采用结构措施不能满足要求时, 常采用换填法、物理化学法、保温法、排水隔水等方法对地基进行预处理

[1]

。冻土地区主要基础型式

有插入式基础、掏挖式基础, 部分永冻土地区可采用桩基础。插入式基础虽有良好的结构和工程特性, 但受非对称冻胀力作用后, 基础的上拔和水平荷载会增加, 导致其在冻土地基中使用受到限制。1. 1. 4 节理裂隙岩体地基

节理裂隙岩体地基主要分布于我国西南山区、长江三峡和宜昌地区。为了保护环境, 减小土石方量, 节理裂隙岩体地基一般优先采用岩石锚杆基础、嵌固式基础和掏挖式基础等, 在缺水及砂石采集较困难的地区, 因地制宜地设计和应用装配式基础, 则显得比较经济合理。但目前对节理裂隙岩体在静、动外荷载作用下的强度、变形及稳定特性尚难做出准确可靠的评价, 从而严重影响基础型式的设计与施工。

1. 1. 5 风积砂地基

风积砂地基主要分布在内蒙古广大地区, 其抗剪强度较低。文献[2]按“土重法”和“剪切法”计算线路基础上拔稳定性。“土重法”属于经验公式, 不能从本质上全面反映土体抗拔强度机理; 因砂土颗粒之间不存在粘聚力, 而“剪切法”公式中引入了粘聚力, 致使该公式在风积砂地基中的使用范围受到限制。

1. 1. 6 盐渍土地基

我国盐渍土主要分布在青海、新疆、内蒙古、甘肃、宁夏等省(区), 其对输变电工程的危害是浸水后的溶陷, 含硫酸盐地基的盐胀和盐渍土地基对基础的腐蚀等。

1. 2 送电线路基础设计现状

架空送电线路基础在设计、施工与检测等方面具有明显的行业特点:首先, 送电线路距离长、跨越区域广、沿途地形与地质条件复杂、地基土物理力学

第11期我国输电线路基础工程现状与展望

27

因土质条件的不同而存在差异。因此, 在没有深入了解地基土或岩的力学性质的变化规律前, 不得不对线路基础设计方法做出一定的简化。

[2]

当前, 我国现行标准仍采用的是安全系数法, 而且其中所规定的设计方法并不能完全满足实际工程需要。如无专门针对冻土地基、黄土地基、膨胀土地基等输电工程基础的设计方法, 也无角钢插入式基础等新型基础型式的计算方法。这使得设计、施工遇到问题时无章可循、无据可查, 不利于输电线路工程地基基础设计的标准化和规范化。

文献[4]虽采用概率极限状态设计原则和分项系数设计方法, 但因某些基础工作跟不上, 使某些参数确定困难, 某些过细的硬性规定在一定程度上起了阻碍作用。尚缺乏勘察、测试、设计、施工、监测几个阶段的相互衔接的整体性与统一性。

总之, 根据我国现行设计方法和技术规范, 送电线路基础设计过于保守, 基础尺寸比国外同等级的基础大, 基础的安全系数过高, 基础混凝土及钢筋用

[3]

量过大, 工期较长, 在国外投标中, 处于不利地位。1. 3 线路基础施工和检测现状

众所周知, 送电线路基础的施工方法对基础破坏和极限承载能力有直接影响。如草率施工和马虎回填, 会造成对原状土或岩的过分扰动, 降低基础承载力; 反之, 则可有效地增加基础的承载力, 减小基础受力时产生的滑移。由于线路基础建设常受地形、施工场地限制, 一些大型施工机具难以进入现场, 研制轻巧、高效的施工机具尚需加强。目前, 我国线路基础主要还是靠人工施工, 机械化程度低, 施工质量尚难以保障。此外, 由于线路基础所处位置的地形地貌情况复杂, 传统建筑地基基础的检测方法与手段在不同程度上受到限制, 导致输电线路地基基础检测技术水平在一定程度上落后于其他行业。

为了改变我国基础设计落后的现状, 国电电力建设研究所已经成立了专门的输电线路地基基础岩土工程实验室。近些年, 在人工斜掏挖原状土基础、山区斜坡地面不等高基础等方面进行了大量研究。今后将针对线路基础共性、前沿和关键的学科问题, 探索杆塔基础工作机理, 形成我国线路基础设计和计算的理论体系, 开发出安全、经济、实用的科技成果, 更好地为我国送电线路工程建设服务, 提高线路工程的可靠性。

约占一半、运输量约占60%、费用约占15%~35%

[4]

。由此可见, 减少杆塔基础混凝土量、钢筋用

量, 缩短建设工期, 降低建设费用, 选用更科学与合

理的基础型式势在必行。当前, 国内外输电线路基础工程建设总的发展趋势有两方面:一是采用合理的结构, 改善基础的受力性能, 减小基础的水平作用力和弯矩, 使基础立柱主要承受轴向拉压力; 另一方面是尽可能充分利用原状土地基承载力高、变形小的良好力学性能, 因地制宜采用原状土基础型式。2. 2 线路工程建设更注重环境保护和可持续发展

在架空送电线路建设中, 很多岩土工程都与环境问题密切相关, 属于环境岩土工程课题, 需要用岩土工程的观点、技术和方法为治理和保护环境服务。在线路基础设计和施工过程中, 要认真贯彻执行《中华人民共和国水土保持法》和《开发建设项目水土保持方案技术规范》及相关的地方规定, 最大限度地减少土方开挖, 加强环境保护, 实现可持续发展目标。

2. 3 线路工程建设中新的基础型式与方案研究

近年来, 我国线路基础工程建设中出现了很多新的基础型式与方案, 且具有良好的发展和应用前景。2. 3. 1 人工斜掏挖原状土基础

人工斜掏挖原状土基础是一种新型的输电线路基础, 与传统的基础相比具有如下特点:原状土地基承载力高、变形小, 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。此外, 人工斜掏挖原状土基础具有主角钢斜插式基础水平作用力和弯矩小的优点。因此, 在适宜的土质条件下, 如覆盖层较厚的硬、可塑粘性土中采用人工斜掏挖原状土基础, 可提高基础抗拔和抗倾覆稳定性, 因而具有良好的推广应用前景, 但目前其设计与工程经验尚不成熟, 仍存在着理论和实践难题。

2. 3. 2 软土地基复合式小桩基础

在软弱地基线路工程建设中, 国内已经开始研究和应用复合式小桩(微型桩) 来代替大直径灌注桩基础, 通常将小桩做成直桩与斜桩呈网状结构布置, 如图1所示。力求使复合式小桩基础的倾斜度与基础所受上拔力和水平力的合力作用方向相同或与下压力和水平力合力作用方向一致, 从而充分发挥桩的轴向承载力大的特点, 提高基础承载力。复合式小桩基础造价低, 施工机具轻便简单, 具有广泛的应用前景。

(下转第34页)

[5]

2 我国线路基础工程展望

2. 1 线路基础工程发展趋势

, ,

34 小振动的途径。6. 2 试验分析

电 力 建 设

比设计预期更好的隔震效果。

第26卷

6. 3. 2 3种不同激励方法测定结构的动力特性时, 结构微幅振动, 结构处于弹性阶段, 且填充墙的刚度

影响较大, 这与结构在强震过程中, 铅芯橡胶支座处与弹塑性工作状态有很大差别, 所测自振周期远较强震时为小。

6. 3. 3 测试时, 结构主体虽已完工, 但设备等荷载尚未施加, 与设计工况下的重力荷载代表值的取值相差较大。因此不能直接与设计情况下计算结果比较。6. 3. 4 计算结果与测试结果吻合较好, 从而说明所建模型的正确性。

6. 3. 5 由于填充墙的存在, 在计算结构在弹性工作状态下的自振周期时考虑了填充墙的刚度影响, 结果表明填充墙对隔震结构是有利的。

6. 3. 6 由不同测点所测信号辨识的基本周期略有差异, 反映了结构存在一定的空间效应。但因设备层、屋面楼盖采用交叉梁系且楼板现浇, 结构的整体性还是很强。

6. 3. 7 由脉动法和冲击法信号辨识所得的结构阻尼比在3. 50%~4. 59%之间。6. 3. 8 由冲击法的测试结果反映出结构变形主要集中在支座层。

(责任编辑:李汉才)

为便于分析比较, 将现场测试即时状态下抗震

结构与隔震结构的自振周期值列于表3中。计算中考虑填充墙的刚度影响, 填充墙用壳元模拟。

表3 抗震结构与隔震结构自振周期的计算结果比较

自振周期/s

振型特点横向平动1阶纵向平动1阶横向水平扭转横向平动2阶

抗震结构0. 3340. 1270. 1880. 184

隔震结构

初始刚度*

0. 607

0. 5490. 5290. 231

等效刚度*

1. 1531. 1261. 6090. 250

  注:初始刚度是指铅芯橡胶支座的刚度采用无铅芯橡胶支座刚度的10倍, 等效刚度是指铅芯橡胶支座的刚度采用γ=50%时的等效刚度。

从表3可以看出, 采用隔震技术后, 结构的自振周期均明显延长。隔震结构采用初始刚度得到的基本周期比抗震结构的基本周期延长约1. 8倍; 采用等效刚度计算得到的等效基本周期比抗震结构的基本周期延长约3. 4倍。6. 3 试验结论

6. 3. 1 计算与实验结果得到了相互印证, 原设计所依据的计算模型是正确的, 原设计对减振系数的缺点是偏保守的, 偏于安全。如遇强震, 该工程能达到

(上接第27页

)

3 参考文献

1 鲁先龙, 程永锋. 冻土地区架空输电线路基础受力特性及其设计对策研究. 加入W TO 与中国电力土建技术发展研讨会技术创新论文集:146~149

2 SDGJ62—84《送电线路基础设计技术规定》. 北京:水利电力出版社, 1986

3 程永锋, 邵晓岩, 朱全军. 我国输电线路基础工程现状及存在的

问题. 电力建设, Vo1. 23, N o . 3:32~34

4 输电铁塔设计导则. 美国土木工程师协会结构分部输电结构委

员会, 1991

5 曲永新, 张永双, 冯玉勇. 当前国际环境地质工程(环境岩土工

程) 研究的热点领域及其相关技术. 岩土工程学报, Vo. l 6, No . 4, 1998

图1 复合式小桩基础

2. 3. 3 山区斜坡地面全方位高低主柱基础和铁塔长短腿配合技术方案

在山区斜坡地面采用全方位高低主柱基础和铁塔长短腿配合技术方案, 可大量减少弃土, 保护植被, 有利于环境保护。

(责任编辑:李连成)

第26卷 第11期

2005年11月

电 力 建 设E l e ctric Powe r Constr ucti o n

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N ov , 2005

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电网技术

我国输电线路基础工程现状与展望

鲁先龙, 程永锋

(国电电力建设研究所, 北京市, 100055)

[摘 要] 输电线路基础不同于一般建筑工程基础, 送电线路距离长、跨越区域广、沿途地形与地质条件复杂、地基土物理力学性质差异性大, 设计和施工中需要考虑的边界条件较多。杆塔基础除承受拉、压交变荷载外, 还承受着较大的水平荷载。在通常情况下, 杆塔基础抗拔和抗倾覆稳定性是其设计控制条件。近年来, 我国线路基础工程建设出现了许多基础形式:如人工斜掏挖原状土基础, 原状土地基承载力高、变形小、开挖量小、节省材料。软土地基复合式小桩基础, 可使桩倾斜度与基础所受拉、压力和水平力的合力方向一致, 大大提高基础的承载力。[关键词] 送电线路 杆塔基础 现状 展望

中图分类号:TU473. 1 文献标识码:C  文章编号:1000-7229(2005) 11-0025-03

Current S t at us and Prospect of Trans m ission To wer Foundati on Engi neeri ng i n Chi na

Lu Xianlong , Chen Yongfeng

(SG E l ectric Po w er Constru ction Research In stit u te , B eiji ng C it y , 100055)

[Abstract ] The trans m ission t ow er foundation is d ifferen t fro m nor m al bu il d i ng f oundation s becau s e t he trans m is s i on l ines are of l ong d i s -t an ce , b road cross ed areas , co m p l ex t opography and geological cond itions and great diff eren ce of t h e physicalm echan icalnature of t he foundati on soi. l M any boundary condition s shou l d be con si dered in desi gn and construction . Th e t ow er foundation has t o bear the tensil e and p ress u re a lt er -native l oads , als o t he lar ge horizon t a l load s . Under nor m al situati on t heir desi gn con tr o l cond itions are t he anti -lift and an ti -overt u rn stabilit y of t h e foundati on .

[K eyw ords ] trans m is s i on li ne ; to w er foundati on ; curren t s it uation ; forecas t

1 线路基础工程现状

1. 1 我国典型区域性地基线路基础

我国地域辽阔, 岩土类别多、分布广, 各地区地形地貌和地质条件差异大, 区域性地基线路基础型式多样。

1. 1. 1 软土地基

软土地基主要分布于我国沿海地区、华东地区和天津部分地区等。

软土地基线路基础主要型式有:扩展式基础、大板式基础、灌注桩基础等。扩展式基础设计计算简单, 但其配筋量和土方开挖量大、占地面积大、施工机具笨重、搬运困难。大板式基础成本较高、土方量大、施工复杂、特别是在淤泥土质中施工难度较大, 不易保证工程质量, 易产生不均匀沉降。灌注桩基础造价高、质量不易控制, 尤其是在淤泥土质中成孔施工较难把握, 易出现钻孔收缩和塌落。此外, 还有

收稿日期:2005-06-13

螺旋锚基础、挤密碎石桩和挤密砂桩等其他类型基础。总体上看, 软土地基基础型式多, 但处理费用

高, 在近海地区还存在基础腐蚀问题。1. 1. 2 黄土地基

黄土地基主要分布在我国西北黄土高原、黄河中游的甘肃、宁夏、陕西和河南等省, 在河北、山东、内蒙、青海、新疆及东北等地也有零星分布。黄土地区送电线路基础型式主要有:刚性台阶基础和插入式基础, 部分软弱黄土地基也采用钻孔灌注桩。刚性台阶基础因受力不合理, 浪费材料, 造价高, 己逐渐被淘汰。插入式基础受力合理, 采用较多。但是, 黄土地基的湿陷性和地震液化病害往往是造成地基承载力降低、产生大变形和不均匀沉降、危及线路安全的主要原因。长期以来, 因对黄土工程特性认识不足而造成电力工程建设事故屡见不鲜。目前, 工程中常采用2∶8或3∶7比例的石灰和素土对重点塔位进行地基处理。

26 1. 1. 3 冻土地基

电 力 建 设

第26卷

较多。其次, 杆塔基础所承受的荷载特性复杂, 基础在承受拉压/交变荷载作用的同时, 还承受着较大的水平荷载作用。荷载特性, 如荷载的大小、分布、偏

心程度以及出现频率等都决定着基础的受力特征, 而荷载分布、地基土或岩的工程特性、基础材料特性等决定了基础的工作特性, 如破坏面与滑移变形等。通常情况下, 杆塔基础抗拔和抗倾覆稳定性是其设计控制条件, 而建筑等其他行业基础下压稳定性才是其设计控制条件, 与杆塔基础差异较大, 因而可供线路杆塔基础直接借鉴与应用的资料较少。此外, 由于科研条件和研究经费的制约, 线路基础的研究还比较薄弱, 科研成果和技术储备相对不足。又由于线路基础有其独特的分析和设计方法, 这些内容在一般教科书中难以找到, 如一般基础工程书籍对基础上拔问题仅附带提一下。结果导致了我国在输电线路基础方面受过专门训练的人才偏少, 专门从事输电线路杆塔基础的高级研究人员则更少。

目前, 常规线路设计中都是将地基、基础和上部结构三者作为彼此独立的结构单元进行分析。分析步骤为:首先, 假定基础为绝对刚性(即基础不存在差异沉降), 将上部结构分离出来, 根据给定荷载采用结构力学或弹性力学方法, 对内力进行结构设计。其次, 将上部结构分析得到的支座反力, 反作用于基础上, 并假定地基反力按某一种规定方式分布, 求得基础各截面的内力和变形。最后, 根据地基的反力分布, 用土力学方法计算出地基各点的位移。这种方法虽简化了设计计算过程, 但从严格意义上说, 它只适用于基础刚度相对较大的特殊工况。事实上, 地基、基础和上部结构是一个相互作用、共同承载的统一整体, 应满足变形协调条件。地基特性、基础刚度和上部结构都会影响地基反力分布, 而且地基的不均匀沉降必然会引起上部结构内力的重新分布。综合考虑三者间的相互作用规律是工程设计中迫切需要解决的问题, 但却是目前常规设计所难以解决的。

送电线路基础设计中需要考虑许多因素, 但其中最富变化和最难于定量分析的是地基问题, 地基条件将直接影响着杆塔定位和杆塔结构, 并决定着基础选型与设计。地基特性参数是基础设计的重要依据, 但它与取样过程、试验的准确性和随机性有关。送电线路基础分布“点多面广”,在地质资料勘测方面表现为测点多而分散, 造成沿线地基勘测资料比较粗浅, 精度和详细程度都难以做到像建筑物地基那样精确可靠。此外, 同一条线路可以使用许, [3]

冻土地基约占我国国土面积的五分之一, 主要分布于东北地区、新疆地区和青藏高原。冻土地区线路基础在地基特性判定、工程材料选用、施工工艺选择等方面都和非冻土地基不同。这主要是因为冻土在冻结和融化两种状态下的力学性质、强度指标、变形特点与构造的热稳定性等方面相差悬殊, 冻胀与融沉是冻土工程的主要病害, 且冬季施工的质量隐患显现具有滞后性。

冻土地区线路基础防止冻害的最佳方法是结构措施, 当地质条件特殊, 采用结构措施不能满足要求时, 常采用换填法、物理化学法、保温法、排水隔水等方法对地基进行预处理

[1]

。冻土地区主要基础型式

有插入式基础、掏挖式基础, 部分永冻土地区可采用桩基础。插入式基础虽有良好的结构和工程特性, 但受非对称冻胀力作用后, 基础的上拔和水平荷载会增加, 导致其在冻土地基中使用受到限制。1. 1. 4 节理裂隙岩体地基

节理裂隙岩体地基主要分布于我国西南山区、长江三峡和宜昌地区。为了保护环境, 减小土石方量, 节理裂隙岩体地基一般优先采用岩石锚杆基础、嵌固式基础和掏挖式基础等, 在缺水及砂石采集较困难的地区, 因地制宜地设计和应用装配式基础, 则显得比较经济合理。但目前对节理裂隙岩体在静、动外荷载作用下的强度、变形及稳定特性尚难做出准确可靠的评价, 从而严重影响基础型式的设计与施工。

1. 1. 5 风积砂地基

风积砂地基主要分布在内蒙古广大地区, 其抗剪强度较低。文献[2]按“土重法”和“剪切法”计算线路基础上拔稳定性。“土重法”属于经验公式, 不能从本质上全面反映土体抗拔强度机理; 因砂土颗粒之间不存在粘聚力, 而“剪切法”公式中引入了粘聚力, 致使该公式在风积砂地基中的使用范围受到限制。

1. 1. 6 盐渍土地基

我国盐渍土主要分布在青海、新疆、内蒙古、甘肃、宁夏等省(区), 其对输变电工程的危害是浸水后的溶陷, 含硫酸盐地基的盐胀和盐渍土地基对基础的腐蚀等。

1. 2 送电线路基础设计现状

架空送电线路基础在设计、施工与检测等方面具有明显的行业特点:首先, 送电线路距离长、跨越区域广、沿途地形与地质条件复杂、地基土物理力学

第11期我国输电线路基础工程现状与展望

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因土质条件的不同而存在差异。因此, 在没有深入了解地基土或岩的力学性质的变化规律前, 不得不对线路基础设计方法做出一定的简化。

[2]

当前, 我国现行标准仍采用的是安全系数法, 而且其中所规定的设计方法并不能完全满足实际工程需要。如无专门针对冻土地基、黄土地基、膨胀土地基等输电工程基础的设计方法, 也无角钢插入式基础等新型基础型式的计算方法。这使得设计、施工遇到问题时无章可循、无据可查, 不利于输电线路工程地基基础设计的标准化和规范化。

文献[4]虽采用概率极限状态设计原则和分项系数设计方法, 但因某些基础工作跟不上, 使某些参数确定困难, 某些过细的硬性规定在一定程度上起了阻碍作用。尚缺乏勘察、测试、设计、施工、监测几个阶段的相互衔接的整体性与统一性。

总之, 根据我国现行设计方法和技术规范, 送电线路基础设计过于保守, 基础尺寸比国外同等级的基础大, 基础的安全系数过高, 基础混凝土及钢筋用

[3]

量过大, 工期较长, 在国外投标中, 处于不利地位。1. 3 线路基础施工和检测现状

众所周知, 送电线路基础的施工方法对基础破坏和极限承载能力有直接影响。如草率施工和马虎回填, 会造成对原状土或岩的过分扰动, 降低基础承载力; 反之, 则可有效地增加基础的承载力, 减小基础受力时产生的滑移。由于线路基础建设常受地形、施工场地限制, 一些大型施工机具难以进入现场, 研制轻巧、高效的施工机具尚需加强。目前, 我国线路基础主要还是靠人工施工, 机械化程度低, 施工质量尚难以保障。此外, 由于线路基础所处位置的地形地貌情况复杂, 传统建筑地基基础的检测方法与手段在不同程度上受到限制, 导致输电线路地基基础检测技术水平在一定程度上落后于其他行业。

为了改变我国基础设计落后的现状, 国电电力建设研究所已经成立了专门的输电线路地基基础岩土工程实验室。近些年, 在人工斜掏挖原状土基础、山区斜坡地面不等高基础等方面进行了大量研究。今后将针对线路基础共性、前沿和关键的学科问题, 探索杆塔基础工作机理, 形成我国线路基础设计和计算的理论体系, 开发出安全、经济、实用的科技成果, 更好地为我国送电线路工程建设服务, 提高线路工程的可靠性。

约占一半、运输量约占60%、费用约占15%~35%

[4]

。由此可见, 减少杆塔基础混凝土量、钢筋用

量, 缩短建设工期, 降低建设费用, 选用更科学与合

理的基础型式势在必行。当前, 国内外输电线路基础工程建设总的发展趋势有两方面:一是采用合理的结构, 改善基础的受力性能, 减小基础的水平作用力和弯矩, 使基础立柱主要承受轴向拉压力; 另一方面是尽可能充分利用原状土地基承载力高、变形小的良好力学性能, 因地制宜采用原状土基础型式。2. 2 线路工程建设更注重环境保护和可持续发展

在架空送电线路建设中, 很多岩土工程都与环境问题密切相关, 属于环境岩土工程课题, 需要用岩土工程的观点、技术和方法为治理和保护环境服务。在线路基础设计和施工过程中, 要认真贯彻执行《中华人民共和国水土保持法》和《开发建设项目水土保持方案技术规范》及相关的地方规定, 最大限度地减少土方开挖, 加强环境保护, 实现可持续发展目标。

2. 3 线路工程建设中新的基础型式与方案研究

近年来, 我国线路基础工程建设中出现了很多新的基础型式与方案, 且具有良好的发展和应用前景。2. 3. 1 人工斜掏挖原状土基础

人工斜掏挖原状土基础是一种新型的输电线路基础, 与传统的基础相比具有如下特点:原状土地基承载力高、变形小, 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。此外, 人工斜掏挖原状土基础具有主角钢斜插式基础水平作用力和弯矩小的优点。因此, 在适宜的土质条件下, 如覆盖层较厚的硬、可塑粘性土中采用人工斜掏挖原状土基础, 可提高基础抗拔和抗倾覆稳定性, 因而具有良好的推广应用前景, 但目前其设计与工程经验尚不成熟, 仍存在着理论和实践难题。

2. 3. 2 软土地基复合式小桩基础

在软弱地基线路工程建设中, 国内已经开始研究和应用复合式小桩(微型桩) 来代替大直径灌注桩基础, 通常将小桩做成直桩与斜桩呈网状结构布置, 如图1所示。力求使复合式小桩基础的倾斜度与基础所受上拔力和水平力的合力作用方向相同或与下压力和水平力合力作用方向一致, 从而充分发挥桩的轴向承载力大的特点, 提高基础承载力。复合式小桩基础造价低, 施工机具轻便简单, 具有广泛的应用前景。

(下转第34页)

[5]

2 我国线路基础工程展望

2. 1 线路基础工程发展趋势

, ,

34 小振动的途径。6. 2 试验分析

电 力 建 设

比设计预期更好的隔震效果。

第26卷

6. 3. 2 3种不同激励方法测定结构的动力特性时, 结构微幅振动, 结构处于弹性阶段, 且填充墙的刚度

影响较大, 这与结构在强震过程中, 铅芯橡胶支座处与弹塑性工作状态有很大差别, 所测自振周期远较强震时为小。

6. 3. 3 测试时, 结构主体虽已完工, 但设备等荷载尚未施加, 与设计工况下的重力荷载代表值的取值相差较大。因此不能直接与设计情况下计算结果比较。6. 3. 4 计算结果与测试结果吻合较好, 从而说明所建模型的正确性。

6. 3. 5 由于填充墙的存在, 在计算结构在弹性工作状态下的自振周期时考虑了填充墙的刚度影响, 结果表明填充墙对隔震结构是有利的。

6. 3. 6 由不同测点所测信号辨识的基本周期略有差异, 反映了结构存在一定的空间效应。但因设备层、屋面楼盖采用交叉梁系且楼板现浇, 结构的整体性还是很强。

6. 3. 7 由脉动法和冲击法信号辨识所得的结构阻尼比在3. 50%~4. 59%之间。6. 3. 8 由冲击法的测试结果反映出结构变形主要集中在支座层。

(责任编辑:李汉才)

为便于分析比较, 将现场测试即时状态下抗震

结构与隔震结构的自振周期值列于表3中。计算中考虑填充墙的刚度影响, 填充墙用壳元模拟。

表3 抗震结构与隔震结构自振周期的计算结果比较

自振周期/s

振型特点横向平动1阶纵向平动1阶横向水平扭转横向平动2阶

抗震结构0. 3340. 1270. 1880. 184

隔震结构

初始刚度*

0. 607

0. 5490. 5290. 231

等效刚度*

1. 1531. 1261. 6090. 250

  注:初始刚度是指铅芯橡胶支座的刚度采用无铅芯橡胶支座刚度的10倍, 等效刚度是指铅芯橡胶支座的刚度采用γ=50%时的等效刚度。

从表3可以看出, 采用隔震技术后, 结构的自振周期均明显延长。隔震结构采用初始刚度得到的基本周期比抗震结构的基本周期延长约1. 8倍; 采用等效刚度计算得到的等效基本周期比抗震结构的基本周期延长约3. 4倍。6. 3 试验结论

6. 3. 1 计算与实验结果得到了相互印证, 原设计所依据的计算模型是正确的, 原设计对减振系数的缺点是偏保守的, 偏于安全。如遇强震, 该工程能达到

(上接第27页

)

3 参考文献

1 鲁先龙, 程永锋. 冻土地区架空输电线路基础受力特性及其设计对策研究. 加入W TO 与中国电力土建技术发展研讨会技术创新论文集:146~149

2 SDGJ62—84《送电线路基础设计技术规定》. 北京:水利电力出版社, 1986

3 程永锋, 邵晓岩, 朱全军. 我国输电线路基础工程现状及存在的

问题. 电力建设, Vo1. 23, N o . 3:32~34

4 输电铁塔设计导则. 美国土木工程师协会结构分部输电结构委

员会, 1991

5 曲永新, 张永双, 冯玉勇. 当前国际环境地质工程(环境岩土工

程) 研究的热点领域及其相关技术. 岩土工程学报, Vo. l 6, No . 4, 1998

图1 复合式小桩基础

2. 3. 3 山区斜坡地面全方位高低主柱基础和铁塔长短腿配合技术方案

在山区斜坡地面采用全方位高低主柱基础和铁塔长短腿配合技术方案, 可大量减少弃土, 保护植被, 有利于环境保护。

(责任编辑:李连成)


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