输电线路铁塔基础的概念设计

Indust rial Const ruction Vol. 38 , Supplement ,2008 工业建筑 　2008 年第 38 卷增刊 输电线路铁塔基础的概念设计 许 　涛 　王 　浩 　王振江 (煤炭工业济南设计研究院有限公司 　济南 　250031) 摘 　要 :针对不少输电线路铁塔基础造价偏高的情况 ,对其进行优化设计研究 ,提出概念设计的思路 :一 是考虑回填土的抗拔作用 ;二是一般情况下 ,基础深埋比浅埋更经济 ;三是可考虑设计钢筋混凝土扩展基础替 代混凝土刚性基础。 关键词 :基础 　概念设计 　经济 CONCEPTUAL DESIGN OF FOUNDATION FOR A TRANSMISSION L INE TOWER Xu Tao 　Wang Hao 　Wang Zhengjiang (Jinan Design & Research Institute , Minist ry of Coal Indust ry 　Jinan 　250031) Abstract :Due to the cost of foundation of some transmission line towers is high , the optimal design is done and the thought of concept design is p resent : firstly , calculate the backfill that resist the pullout1 Secondly , common a deep foundation is more economic than a shallow one1 Thirdly , using a reinforced concrete spread foundation instead of a concrete rigid foundation1 Keywords : foundation 　　concept design 　　economy 第一作者 :许　涛　男　1976 年 5 月出生　师　国家一级注册 结构工程师　注册咨询工程师 (投资) 收稿日期 :2007 - 05 - 29 　　目前设计输电线路铁塔基础 ,相关规范如[1 ] 对 其仅作了原则性规定 ,还不一定符合结构规范[2 - 3 ] 的要求 ,这方面的设计资料较少。事实上 ,设计同一 塔型、自然条件类似的铁塔基础 ,不同单位、不同人 员设计的主材用量不尽相同 ,甚至相差很大 ,建设单 位认为基础造价普遍偏高。 对铁塔基础进行了优化设计研究 ,提出了概念 设计思路 :一是考虑回填土的抗拔作用 ;二是一般情 况下 ,基础深埋比浅埋更经济 ;三是可考虑设计钢筋 混凝土扩展基础替代混凝土刚性基础。 1 　基础设计 111 　概念设计定义 所谓概念设计一般指不经数值计算 ,而是依据 建筑结构的一般规律性特征、主要属性以及与其他 事物联系的本质 ,从整体的角度来把握设计方向。 可以在设计的阶段迅速、有效地进行构思、比较 与选择 ,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正 确 ,避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算 ,具有 较好的经济可靠性。同时 ,也是判断电算程序输出 数据可靠与否的主要依据。 112 　优化设计研究 基础受力主要有 :上拔力、下压力、水平力。基 础大小在一般地质条件下 ,均由上拔力控制。下面 从抗上拔力方面进行研究。 11211 　回填土的抗拔作用 有的设计人不考虑回填土的抗拔作用 ,仅考虑 混凝土基础自重抗拔 ,导致基础混凝土用量偏多 ,造 成无谓的浪费。 根据规范[1 ] ,基础的抗拔稳定 ,应满足式 : N ≤G/γR1 + G0 /γR2 式中 , N 为基础上拔力值 ; G0 为基础自重标准 值 ; G为应考虑的土体竖向抗力标准值 ;γR1 、γR2 分 别为土体上拔稳定系数、基础自重上拔稳定系数。 G的计算 , 可按手册[4 ] , 一般可采用土重法计 算。需考虑不同回填土的不同上拔角、回填土的临界 深度、水平力对抗拔力的影响、相邻基础抗拔土体的 重叠部分等。 考虑回填土 G的抗拔作用 , 可使基础计算更精 确、合理 ,大大降低基础混凝土用量。如核算已建成 的某矿井 110 kV 输电线路铁塔基础 ,其 7732215 型 铁塔基础混凝土用量可由 84124 m3 减为54176 m3 , 147 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 减少 35 % ,大大降低了基础造价。 11212 　基础深埋与浅埋的比较 以 7714218 型铁塔基础为例 ,分别以埋深 313、 213 m ,在刚好满足上拔力的情况下 ,设计基础如图 1 所示。 设计条件 :土体上拔角 20°,计算内摩阻角 30°, 地下水位在自然地坪下 1 m ,γR1 、γR2 分别为 215、 115 ,土重度 18 kN/ m3 ,混凝土重度 24 kN/ m3 。 图 1 　深性和浅性基础构造 　　由图 1 可以看出 :基础深埋比浅埋混凝土用量 少 (具体用量比较见表 1) 。 注意 :此处仅考虑基础本身设计 ,实际尚应综合 考虑基坑降水、支护 ,挖、填方 ,材料运输等因素 ,在 地下水位较低、运费较高等条件下或者说其他费用 相差不大的情况下 ,基础深埋比浅埋更经济。设计 时应首先想到基础尽量深埋。 11213 　采用钢筋混凝土扩展基础与混凝土刚性基 础的比较 目前设计的铁塔基础 ,普遍为刚性基础 ,混凝土 用量较大。可采用钢筋混凝土扩展基础代替混凝土 独立基础 ,充分利用基础底板以上的抗拔土体的作 用。以 7714218 型铁塔基础为例 ,埋深 213m ,混凝 土采用 C25 ,在刚好满足上拔力的情况下 ,设计基础 如图 2 所示。 基础底板上部钢筋的计算 ,可参照有关手册按 悬臂板计算。承受的均布荷载 q由上拔力除以抵抗 面积求得 ,并宜考虑乘以受力不均匀系数 111。 基础底板下部钢筋的计算 ,按普通钢筋混凝土 独立基础设计。由基础所受下压力、水平力求得。 由上图与规范 21212 条的浅基础设计比较可看 出 ,钢筋混凝土扩展基础混凝土用量要少见表 1。 在地下水位较高、运费较高等条件下 ,可考虑设计钢 筋混凝土扩展基础替代混凝土刚性基础。 11214 　基础所用主材的比较 将前面算例的结果 (均考虑了抗拔土体的作用 , 在刚好满足上拔力的情况下进行计算) ,进行归纳比 较 ,其主材用量详见表 1。 247 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 2 　钢筋混凝土扩展基础 表 1 　铁塔基础主材比较表( 7714218) 混凝土用量/ m3 C25 C15 (垫层) C15 (螺栓保护帽) 钢材用量/ kg 基础基柱 基础底板 刚性基础 深埋基础 (31 3 m) 241 8 314 01 2 57014 010 浅埋基础 (21 3 m) 451 2 512 01 2 41014 010 扩展基础 浅埋基础 (21 3 m) 341 0 516 01 2 41014 35112 　　可以看出 :一般情况下 ,基础深埋比浅埋更经 济 ;可考虑设计钢筋混凝土扩展基础替代混凝土刚 性基础。 而且 ,基础所受上拔力越大 ,其经济效果会越明 显。 2 　结 　语 输电线路铁塔基础设计时 ,一定要概念清晰、思 路明确 ,综合考虑各种因素的影响 ,使自己的设计满 足适用、安全、经济的要求。 参考文献 1 　GB 50061 - 97 　66 kV 及以下架空电力线路设计规范 2 　GB 50007 - 2002 　建筑地基基础设计规范 3 　GB 50010 - 2002 　混凝土结构设计规范 4 　能源部东北电力设计院1 电力工程送电线路设计手册1 北京 :水 利水电出版社 (上接第 735 页) 4 　结 　语 齐鲁鞋城商业楼已于 2007 年初通过竣工验收 并投入使用 ,且使用状况良好。 由此可见在地质条件较好的情况下采用独立基 础 +防水底板的基础型式能够满足工程要求 ,并具有 基础受力明确 ,低的优点 ,综合效益显著。 参考文献 1 　北京市建筑设计技术细则 (结构专业)1 北京 :2004 2 　ETABS 中文版使用指南1 北京 :中国建筑工业出版社 ,2004 3 　天津大学 , 同济大学 , 东南大学1 混凝土结构 ()1 北京 :中 国建筑工业出版社 ,1994 　　　欢迎登陆 http :/ / www. steelconstr. cn 　　　 347 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net