安培卿 王德朝

【摘 要】為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于部分城市地區(qū)由于空間受到一定限制高壓架空輸電線路鋼管桿建設(shè)難題，本文通過(guò)探討鋼管桿受力的特點(diǎn)并結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從而提出一定優(yōu)化政策。結(jié)果顯示對(duì)其進(jìn)行基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠取得較為明顯的作用，希望本文能為今后高壓架空輸電線路鋼管桿的相關(guān)建設(shè)起到一定幫助。

【關(guān)鍵詞】空間受限地區(qū);高壓架空輸電線;鋼管桿;基礎(chǔ)優(yōu)化

常見(jiàn)的高壓架空輸電線類型包括鋼管桿、角鋼塔等多種形式，由于城市地區(qū)的用地相對(duì)較為緊張，空間受到一定限制，不能采用角鋼塔形式進(jìn)行建設(shè)，城市地區(qū)的高壓架空輸電線路一般都是以道路為路線，在此過(guò)程，鋼管桿由于其獨(dú)有的占地面積小的優(yōu)勢(shì)被城市地區(qū)所青睞[1]。但由于城市的線路和設(shè)施相對(duì)較為復(fù)雜，對(duì)于鋼管桿的基礎(chǔ)空間建設(shè)有一定難度。目前，對(duì)于輸電線路的基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)大多數(shù)的研究重點(diǎn)都在于對(duì)于地質(zhì)和結(jié)構(gòu)的相關(guān)優(yōu)化工作，關(guān)于空間受限地區(qū)的基礎(chǔ)優(yōu)化進(jìn)行設(shè)計(jì)的研究很少，基于此，本文對(duì)空間受限地區(qū)高壓架空輸電線路鋼管桿基礎(chǔ)優(yōu)化的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究探討。

1.鋼管桿基礎(chǔ)受力特點(diǎn)

本研究所選取的鋼管桿均為單桿型，平均直徑為2米，桿底法蘭盤平均外徑為2.75米，鋼管桿正常工作時(shí)，風(fēng)荷載和導(dǎo)地線荷載對(duì)其產(chǎn)生主要影響，構(gòu)成橫擔(dān)的相關(guān)方向彎矩。風(fēng)荷載與前后導(dǎo)地線之間張力的差構(gòu)成垂直橫擔(dān)彎矩。鋼管桿底部的豎直力主要是導(dǎo)地線的重量和桿自身的重量，鋼管桿底部的水平向心力主要是風(fēng)荷載與導(dǎo)地線的水平力所產(chǎn)生的作用，鋼管桿的受力主要形式是底部橫擔(dān)方向的彎矩相對(duì)較大，而垂直橫擔(dān)方向的水平力較小，產(chǎn)生的彎矩也較小。

以鋼管桿受力特點(diǎn)為依據(jù)，鋼管桿基礎(chǔ)分為多樁承臺(tái)式、單樁、板式基礎(chǔ)等各種形式。架空輸電線路的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一般以承載力等為控制指標(biāo)。當(dāng)鋼管桿底部產(chǎn)生較小彎曲的時(shí)候，通常采用板式基礎(chǔ)，當(dāng)彎矩相對(duì)較大的時(shí)候，板式基礎(chǔ)難以滿足水平位移和上拔要求，因此鋼管桿幾乎很少使用板式基礎(chǔ)[2]。鋼管桿若使用單樁基礎(chǔ)，這種情況下的桿，底端需要承受較大彎矩，因此單樁基礎(chǔ)的主要特點(diǎn)為對(duì)樁位移進(jìn)行一定控制。當(dāng)采用多樁承臺(tái)式基礎(chǔ)時(shí)，因?yàn)檠貦M擔(dān)方向桿底的彎矩最大，因此，在橫擔(dān)方向布置多樁的時(shí)候，樁距之間的距離增大了慣性矩，從而來(lái)對(duì)桿底彎矩進(jìn)行抵抗。當(dāng)對(duì)垂直橫擔(dān)多樁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)受力的形式與單樁模式較為相似。同時(shí)為了保障基礎(chǔ)能夠均勻受力，通常情況下按桿塔前后側(cè)的角度對(duì)多樁承臺(tái)基礎(chǔ)進(jìn)行均勻分布。

2.工程選擇

工程選擇為南陽(yáng)市宛城區(qū)，對(duì)市區(qū)一條220千伏送電線路進(jìn)行改造改造，其中導(dǎo)線截面620平方毫米，距離地面10米處的風(fēng)速為27米每秒，雙回路架設(shè)，10mm覆冰。其中現(xiàn)有公路邊架線包括NF4～9。NF9轉(zhuǎn)角桿向右偏轉(zhuǎn)44度。NF9地質(zhì)如圖 1所示。

3.基礎(chǔ)選擇與方案設(shè)計(jì)

NF9轉(zhuǎn)角桿轉(zhuǎn)角度數(shù)較大，經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，如果設(shè)計(jì)為單樁，其直徑超過(guò)3米，樁長(zhǎng)超過(guò)了25米，現(xiàn)場(chǎng)空間根本不具備，而且不具有經(jīng)濟(jì)性。因此選擇多樁承臺(tái)方式進(jìn)行塔基設(shè)計(jì)。沿道路的方向?qū)Τ信_(tái)進(jìn)行布置，承臺(tái)須需進(jìn)行約22度左右的旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)后，承臺(tái)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角度數(shù)不同。以空間尺寸計(jì)算為依據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算最大基礎(chǔ)樁徑不超過(guò)1.5米，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，承臺(tái)到樁邊的最小距離為0.45米，經(jīng)計(jì)算承臺(tái)寬度尺寸的數(shù)值最小不能低于2.5米，但經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量證明，承臺(tái)寬若為2.5米，無(wú)法在原有的中心柱進(jìn)行放置，造成右邊的構(gòu)筑物與承臺(tái)發(fā)生碰撞，因此該數(shù)值需要被進(jìn)一步優(yōu)化。

若向道路一側(cè)移動(dòng)中心樁12厘米，能夠使得基礎(chǔ)在地面露出的承臺(tái)部分能夠與道路邊緣緊貼，這時(shí)，承臺(tái)與右邊構(gòu)筑物之間的距離：12厘米;左邊的雨水管與樁之間的距離：21厘米;右邊的混凝土構(gòu)筑物和樁邊之間的距離：63厘米，均符合規(guī)定的空間尺寸。向左移動(dòng)中心樁12厘米后，在NF9后側(cè)的直線桿向左偏轉(zhuǎn)大約6分，NF9轉(zhuǎn)角桿大約向右偏轉(zhuǎn)44度28分，經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算和驗(yàn)證，滿足桿塔受力，因此，本文決定向左移動(dòng)中心樁12厘米。由于此基鋼管桿為耐張轉(zhuǎn)角型，對(duì)于位移的改變相對(duì)較為敏感，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，對(duì)于位移敏感的鋼管桿來(lái)說(shuō)，建筑物水平位移不能超過(guò)6毫米，以此為依據(jù)，采用荷載標(biāo)準(zhǔn)按6毫米水平位移對(duì)本工程進(jìn)行計(jì)算。若選用樁徑1.5米，樁間距為4.5米的方案，根據(jù)方法進(jìn)行計(jì)算位移約為5.6毫米，此時(shí)為2樁;若選用3樁樁徑1.5米，樁間距為4.5米的方案，經(jīng)計(jì)算位移大約為4.3毫米。經(jīng)過(guò)上述操作，可以得知如果采用2樁，水平位移利用率已經(jīng)高達(dá)93.33%，如果援用3樁方案，利用率大約為71.67%。由于對(duì)本方案周圍有建筑物的條件進(jìn)行充分考慮，本方案對(duì)于位移較為敏感，因此對(duì)于位移的利用率應(yīng)選擇較低的3樁方案，由此，本文采用3樁承臺(tái)方案?；A(chǔ)建設(shè)的數(shù)據(jù)：3樁樁長(zhǎng)8.5米，樁徑1.5 米，承臺(tái)寬2.5米、長(zhǎng)12.5米，承臺(tái)柱的高1.5米、直徑為2.5米。與此同時(shí)，由于本方案的承臺(tái)沿道路方向布置為長(zhǎng)邊，本工程經(jīng)驗(yàn)就需要對(duì)抗扭進(jìn)行加固。因此，本工程利用箍筋對(duì)承臺(tái)進(jìn)行加固，鋼筋箍筋的選擇為直徑20毫米，同時(shí)采用焊接的方式進(jìn)行封閉箍筋從而對(duì)承臺(tái)的承受能力進(jìn)行大幅度加強(qiáng)。為了盡可能避免兩側(cè)建筑物對(duì)于基礎(chǔ)造成影響，本文建議上部進(jìn)行人工開(kāi)挖機(jī)，同時(shí)鉆孔機(jī)器運(yùn)用對(duì)下部進(jìn)行鉆孔成孔的方式。由于鋼管桿偏轉(zhuǎn)方向?yàn)橛遥疚慕ㄗh對(duì)于空白空間進(jìn)行填土不壓實(shí)操作從而最大程度上降低基礎(chǔ)對(duì)于右邊建筑物所產(chǎn)生的影響。

4.結(jié)論

通過(guò)本文設(shè)計(jì)可以一定程度上解決工程基礎(chǔ)空間受限的問(wèn)題，在工程的實(shí)際應(yīng)用中取得一定成效。由于城市地區(qū)空間上較為緊張，導(dǎo)致工程在進(jìn)行基礎(chǔ)布置鋼管桿時(shí)，受到一定限制[4-5]?；诖耍ㄟ^(guò)基礎(chǔ)選型的設(shè)計(jì)和其方案的相關(guān)研究?jī)?yōu)化希望對(duì)工程提供一定幫助，經(jīng)分析，本文認(rèn)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)可以通過(guò)下列方式對(duì)基礎(chǔ)方案進(jìn)行不斷優(yōu)化：

1）使導(dǎo)地線放松，使桿塔的基礎(chǔ)受力減弱，并以桿塔基礎(chǔ)的實(shí)際作用力為基礎(chǔ)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。

2）由于多樁共同受力能夠使基礎(chǔ)水平位移一定程度上減小，因此通過(guò)多樁承臺(tái)方式的使用對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)布置。

3）當(dāng)有一定轉(zhuǎn)角時(shí)，如果按前后側(cè)鋼管桿轉(zhuǎn)角平分線上布置承臺(tái)，空間很可能受限。此時(shí)可以適當(dāng)挪動(dòng)樁的位置，并根據(jù)實(shí)際空間對(duì)承臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后再對(duì)桿塔的受力進(jìn)行驗(yàn)算證明。

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（作者單位：中國(guó)電建集團(tuán)河南省勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司）