掏挖基礎(chǔ)選配及通用設(shè)計研究的不足與展望
發(fā)布時間：2019-12-26作者：千凱特聯(lián)
自立式鐵塔共四個塔腿，一般我們將左下方塔腿取名為A腿，其它塔腿按順時針方向依次取名為B、C、D腿。按照“一基一表”的要求，我們塔位的桿塔號、桿塔位、鐵塔型式、呼稱高、轉(zhuǎn)角度數(shù)、設(shè)計基面、塔腿號、鐵塔減腿、基礎(chǔ)型式、基礎(chǔ)柱頂標(biāo)高、基礎(chǔ)有效埋深、基礎(chǔ)全高、單向偏移值（斜柱基礎(chǔ)）、基礎(chǔ)最小保護(hù)邊距、基礎(chǔ)穩(wěn)定范圍高差、基礎(chǔ)底板中心平距及基礎(chǔ)施工注意事項以表格的形式列出，做到每個塔位的所有信息都在四行表格中明確列出，我們稱該表為《鐵塔及基礎(chǔ)明細(xì)表》。桿塔位——即線路中心樁位置。對直線塔，塔位中心即為此樁；對轉(zhuǎn)角塔（含直線轉(zhuǎn)角塔），鐵塔中心應(yīng)沿此樁向指定方向偏移一定距離；呼稱高——鐵塔最下相導(dǎo)線掛線點至鐵塔最長腿的基礎(chǔ)頂面的垂直距離；鐵塔減腿——相對該基鐵塔呼稱高最長腿的減短值，未填或填0值表示不采用減腿。單向偏值C——斜柱基礎(chǔ)柱頂中心與底板中心的單向偏移值，其值為基礎(chǔ)全高與塔腿主材單面坡度的乘積，斜柱基礎(chǔ)基坑放樣及澆注時應(yīng)予以考慮。基礎(chǔ)柱頂標(biāo)高——以塔位中心樁作為±0.00m，基礎(chǔ)主柱頂部與中心樁高差。比塔位中心低為負(fù)值，比塔位中心高為正值，與塔位中心標(biāo)高相同為0。基礎(chǔ)有效埋深——滿足最小保護(hù)邊距要求的基礎(chǔ)設(shè)計地面至基礎(chǔ)底面(不包含基礎(chǔ)墊層)的高度值。基礎(chǔ)全高——基礎(chǔ)主柱頂面至基礎(chǔ)底板下平面（不含墊層）的高度值。基礎(chǔ)最小保護(hù)邊距——基礎(chǔ)設(shè)計所需要的穩(wěn)定范圍最小值。基礎(chǔ)穩(wěn)定范圍高差——塔位中心與基礎(chǔ)最小保護(hù)邊距范圍內(nèi)最低點的高差。比塔位中心低為負(fù)值，比塔位中心高為正值，與塔位中心標(biāo)高相同為0。基礎(chǔ)底板中心平距——塔位中心與基礎(chǔ)底板中心的水平距離。明細(xì)表中數(shù)值僅供復(fù)測分坑用，準(zhǔn)確數(shù)據(jù)應(yīng)該依據(jù)"基礎(chǔ)根開"和"基礎(chǔ)尺寸"計算。所謂基礎(chǔ)選配，顧名思義其意義為給四個塔腿配置合適的基礎(chǔ)的過程。包括根據(jù)地形為四個塔腿配置合適的減腿值，根據(jù)地質(zhì)情況選擇合適的基礎(chǔ)類型，根據(jù)對測量數(shù)據(jù)的分析換算，得到合理且安全的設(shè)計加高值，最終得到四各塔腿的合理的減腿值、基礎(chǔ)型式、基礎(chǔ)全高等有效信息，使得鐵塔加工單位能夠根據(jù)該表迅速知道塔型，呼高和減腿值，從而指導(dǎo)鐵塔加工；使基礎(chǔ)施工單位能夠根據(jù)該表迅速知道基礎(chǔ)型式、基礎(chǔ)開挖深度等信息，從而指導(dǎo)基礎(chǔ)施工。所以，基礎(chǔ)選配是非常重要的，甚至將影響基礎(chǔ)的運行安全。
輸配電線路 公眾號 編制
輸配電線路 公眾號 編制
在通用設(shè)計基礎(chǔ)研究之前，《鐵塔及基礎(chǔ)明細(xì)表》的形成、基礎(chǔ)選配和基礎(chǔ)計算有如下的關(guān)系。在一個工程進(jìn)入到施工圖設(shè)計階段后，根據(jù)地質(zhì)條件一覽表進(jìn)行基礎(chǔ)選型，然后根據(jù)對測量數(shù)據(jù)的分析和換算以及現(xiàn)場終勘記錄確定塔腿的減腿值以及基礎(chǔ)的設(shè)計加高，這樣對每基塔位重復(fù)以上的過程。然后統(tǒng)計相同塔型、相同地質(zhì)、相同設(shè)計加高的基礎(chǔ)，然后再進(jìn)行基礎(chǔ)計算和施工圖繪制，最終形成《鐵塔及基礎(chǔ)明細(xì)表》和配套用基礎(chǔ)施工圖。以下為直線塔位按照傳統(tǒng)配基方法形成的鐵塔及基礎(chǔ)明細(xì)表。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)選配過程的思路很簡單，每基塔的每個基礎(chǔ)所處的地形地貌狀態(tài)是不一樣的，那么每個塔腿所需的設(shè)計加高值也不一樣，同一工程的同塔型同地質(zhì)條件下的承受相同基礎(chǔ)作用力的基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)設(shè)計加高可能有很多種，那么經(jīng)統(tǒng)計后將需要繪制很多張基礎(chǔ)施工圖以滿足工程要求，這樣做的好處是能設(shè)計出合理的基礎(chǔ)，使得基礎(chǔ)更適合塔位地形，更經(jīng)濟，但是有一個很大的缺點，那就是傳統(tǒng)配基方法是先從工程實際出發(fā)，對塔位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析換算，再進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)配置，再進(jìn)行基礎(chǔ)施工圖繪制的過程，這導(dǎo)致繪制的基礎(chǔ)施工圖往往大部分只能用于該工程，而沒辦法通用于其它類似工程。
本專題研究直柱全掏挖通用設(shè)計基礎(chǔ)，正是看到了傳統(tǒng)配基方法的弊端，在經(jīng)歷了數(shù)十年陣痛后，借著近年來500kV山區(qū)線路的大發(fā)展而開展的，有理論積累，也有工程依托。
從傳統(tǒng)基礎(chǔ)選配方法我們可以看到，想要設(shè)計出通用于類似工程的基礎(chǔ)，必須打破從工程實際出發(fā)的錯誤方法論。即先從規(guī)劃設(shè)計基礎(chǔ)出發(fā)，形成滿足虛擬邊界的通用設(shè)計基礎(chǔ)，再將基礎(chǔ)用于實際工程中，這樣一來通用基礎(chǔ)便脫離開了實際的工程，從而具備了通用性的屬性。
與此同時，我們知道基礎(chǔ)選配和基礎(chǔ)設(shè)計是有機結(jié)合的，是分不開的。傳統(tǒng)基礎(chǔ)選配方法的弊端是新制圖紙量巨大，基于此我們在通用設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)劃時便考慮了基礎(chǔ)選配方法的變革，也就是規(guī)劃設(shè)計多個設(shè)計加高的基礎(chǔ)并將多個基礎(chǔ)加高的基礎(chǔ)在一張圖紙中表達(dá)，既滿足了基礎(chǔ)的通用性的同時，又大大減少了繪圖工作量，自然而然的催生出了新的改進(jìn)的基礎(chǔ)選配方法。
改進(jìn)的基礎(chǔ)選配方法大部分繼承了傳統(tǒng)方法的框架，只是在基礎(chǔ)選配過程中做了一點創(chuàng)新。我們先研究形成了一套通用設(shè)計基礎(chǔ)，在核實實際工程邊界條件能大部分包絡(luò)于通用設(shè)計基礎(chǔ)之內(nèi)的情況下，才可以確定采用該系列基礎(chǔ)。我們制作一個基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，一個基礎(chǔ)具備多個設(shè)計加高可供基礎(chǔ)選配時使用。
改進(jìn)后的基礎(chǔ)選配過程為先從通用設(shè)計基礎(chǔ)出發(fā)，核對利用通用設(shè)計基礎(chǔ)的各項邊界條件，同一個塔位采用同一個作用力級別的基礎(chǔ)的不同設(shè)計加高基礎(chǔ)，那么經(jīng)統(tǒng)計后將需要繪制的基礎(chǔ)施工圖將大大減少。例如上表中C、D腿所需的基礎(chǔ)的加高值不一樣，但在通用基礎(chǔ)施工圖中為同一張圖紙。傳統(tǒng)和改進(jìn)后的基礎(chǔ)選配方法表面上看是沒有本質(zhì)區(qū)別的，區(qū)別僅在于采用改進(jìn)的方法結(jié)合通用設(shè)計基礎(chǔ)后，基礎(chǔ)設(shè)計的大部分工作量前移了，例如我們在基礎(chǔ)設(shè)計采用多個加高的表達(dá)方式較傳統(tǒng)方法的工作量加大了，但是通過一次設(shè)計可以達(dá)到多次使用，在基礎(chǔ)施工圖出版過程中的工作量將得到幾何倍數(shù)的遞減，往往在能滿足工程設(shè)計進(jìn)度的前提下，還能保證基礎(chǔ)較傳統(tǒng)方法更合理，更安全。
輸配電線路 公眾號 編制
輸配電線路 公眾號 編制
本專題組研究了江西地區(qū)500kV常用導(dǎo)地線單回路模塊的直柱全掏挖基礎(chǔ)通用設(shè)計，形成了基礎(chǔ)通用設(shè)計的編制方法論，繪制了一整套通用基礎(chǔ)設(shè)計圖集，為500kV主網(wǎng)工程設(shè)計提供了較為通用的出圖方案，能有效的解決工程中因各種原因?qū)е碌幕A(chǔ)設(shè)計周期長，圖紙量大且繁雜的老難題，有效縮短工期，對工程投標(biāo)更是能夠做到快速、精確的得到單公里材料指標(biāo)，為工程中標(biāo)提供有效的支撐。但是同時也應(yīng)看到，本專題研究還有很多不足，現(xiàn)歸納有如下幾點：本專題研究僅針對500kV單回路模塊的鐵塔，研究其作用力規(guī)劃，作用力分級等，對于220kV及以下模塊以及500kV雙回路模塊尚未進(jìn)行研究，雖然工程應(yīng)用時稍加驗算也可利用本套基礎(chǔ)，但是不能直接利用。比如，220kV及以下模塊鐵塔的直線模塊規(guī)范作用力范圍較本套基礎(chǔ)小，故很難用于工程，另外其水平力系數(shù)一般較本套基礎(chǔ)要小很多（除個別終端分支塔），若直接利用本套基礎(chǔ)則將造成鋼筋量的嚴(yán)重浪費，為實際工程中所不允許。一定電壓等級的鐵塔均有其經(jīng)濟鐵塔坡度，一般電壓等級越大，其坡度就越大，相應(yīng)水平力系數(shù)就越小。所以，還有待對其他電壓等級的各模塊的作用力進(jìn)行分析，得到統(tǒng)計意義上的最佳規(guī)劃作用力，在兼顧通用性的基礎(chǔ)上得到相應(yīng)的通用設(shè)計基礎(chǔ)?？梢姡ㄓ迷O(shè)計和工程經(jīng)濟是一對矛盾體，一味追求通用則必然犧牲一定的經(jīng)濟性，一味追求經(jīng)濟性，則將必然喪失一定的通用性。所以，本專題研究的基通用性不足也是必然，也指引著我們以后更加深入的擴大通用基礎(chǔ)適用模塊，形成多套通用基礎(chǔ)施工圖。本專題研究通用基礎(chǔ)雖然在考慮通用性的同時盡量兼顧了經(jīng)濟性，比如根據(jù)我部工程設(shè)計實踐經(jīng)驗，本套基礎(chǔ)的設(shè)計加高規(guī)劃了三個，能有效的節(jié)省混凝土和鋼筋材料量。由于設(shè)計加高大將使得基礎(chǔ)的柱頂位移和鋼筋量增加，且基礎(chǔ)傾覆彎矩偏大將增大基礎(chǔ)的埋深增加施工難度，提高工程造價。如若采用一個設(shè)計加高，為了基礎(chǔ)的通用性將采用較大的設(shè)計加高計算基礎(chǔ)，這樣將使得小加高的基礎(chǔ)增加無謂的材料量，其工程經(jīng)濟性就將大打折扣。采用本專題研究的方法，徹底規(guī)避了這種情況的發(fā)生。但即便如此，其經(jīng)濟性還有以下幾個方面的不足之處：1）出于通用性考慮，結(jié)合我院在江西各個地區(qū)的工程中的地質(zhì)參數(shù)分析，本套基礎(chǔ)m值取10000，控制柱頂位移上拔工況取10mm，下壓工況取12mm，這樣在設(shè)計加高很大的時候，部分基礎(chǔ)承載力將由柱頂位移控制，此時基礎(chǔ)上拔承載力和下壓承載力都很大。所以，如果想控制柱頂位移則勢必增加基礎(chǔ)的材料量。眾所周知，自立式鐵塔塔腿與基礎(chǔ)以地腳螺栓連接時，連接剛度接近于純鉸，將基礎(chǔ)視為鐵塔的鉸支座，鐵塔自身為超靜定結(jié)構(gòu)。當(dāng)鐵塔對基礎(chǔ)施以作用力時，基礎(chǔ)將一定產(chǎn)生側(cè)移。一般鐵塔兩側(cè)基礎(chǔ)承受一拉一壓，當(dāng)基礎(chǔ)加高一樣時將產(chǎn)生側(cè)移差。由簡單的結(jié)構(gòu)力學(xué)我們知道，超靜定結(jié)構(gòu)當(dāng)鉸支座產(chǎn)生側(cè)移差時，將在鐵塔內(nèi)部產(chǎn)生次內(nèi)力，將加速鐵塔特別是鐵塔主材的破壞。而常見的情況是，掏挖基礎(chǔ)一般配不等高基礎(chǔ)，兩側(cè)的加高一般是不相等得，這樣則將產(chǎn)生更大的側(cè)移差，從而產(chǎn)生更大的次內(nèi)力。所以，本專題組在研究時對基礎(chǔ)的柱頂位移進(jìn)行了數(shù)值限制。由于對柱頂側(cè)移差導(dǎo)致的自立式鐵塔次內(nèi)力問題研究不夠深入，可能導(dǎo)致本次柱頂位移限制取值偏于保守，使得基礎(chǔ)特別是設(shè)計加高大的基礎(chǔ)經(jīng)濟性不夠。2）出于通用性考慮，結(jié)合我院在江西各個地區(qū)的工程中的地質(zhì)參數(shù)分析，江西地區(qū)3-6米間持力層范圍地基承載在140-350 kpa不等，以180-250 kpa居多，本次取值200kpa。地基承載力取值偏大，將使基礎(chǔ)底板偏小，基礎(chǔ)施工更易，施工成本更小而更經(jīng)濟，但是通用性將大打折扣。地基承載力取值過小，雖然通用性增大了，但是基礎(chǔ)底板偏大，為保證一定的剛性角，圓錐抬高度需增大，基礎(chǔ)材料量大且基礎(chǔ)施工困難，施工成本更小而不經(jīng)濟。本次取值200kpa為綜合以往工程設(shè)計，并結(jié)合近期工程設(shè)計任務(wù)而定，難免有不甚經(jīng)濟之處。經(jīng)過上節(jié)歸納的不足，本專題組提出以下幾個方面的研究展望，以期為后續(xù)研究工作提幾個出發(fā)點，使得本專題研究更加完善，更加合理。（1）其它塔型模塊通用設(shè)計基礎(chǔ)的研究如上節(jié)所述，本專題研究僅針對500kV單回路模塊的鐵塔，其他塔型模塊應(yīng)用時均應(yīng)驗算。故有必要對其他塔型模塊的通用設(shè)計基礎(chǔ)進(jìn)行研究。按照本專題提出的基本方法論，對110kV和220kV電壓等級的通用設(shè)計基礎(chǔ)研究時，可對不同導(dǎo)地線型號的單、雙回路模塊進(jìn)行作用力分析，盡量得出最合理的規(guī)劃作用力。值得注意的是，110kV電壓等級單回路塔的根開一般較小，不同作用力等級的計算根開應(yīng)進(jìn)行專門研究之后確定，取值過小則不經(jīng)濟，取值過大則不通用，且有可能造成基礎(chǔ)的不安全。（2）對基礎(chǔ)側(cè)移差產(chǎn)生的鐵塔次內(nèi)力進(jìn)行分析研究如上節(jié)所述，柱頂位移限制在國家規(guī)程規(guī)范或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中均未有定量規(guī)定，本次專題研究所取值為我部近十幾年來的設(shè)計經(jīng)驗而取定。要想使大加高基礎(chǔ)的設(shè)計更加的具有工程經(jīng)濟性，有必要對鐵塔的次內(nèi)力進(jìn)行專題研究。可通過對不同坡度、根開、呼高的鐵塔在兩側(cè)基礎(chǔ)施加不同位移約束的情況下展開系列研究，對產(chǎn)生的次應(yīng)力與正常工況下的應(yīng)力進(jìn)行對比，提出次應(yīng)力占總應(yīng)力的限制，按統(tǒng)計學(xué)原理得出不同鐵型參數(shù)時允許的側(cè)移差限值。（3）對直柱全掏挖基礎(chǔ)和挖孔樁基礎(chǔ)選定原則的研究直柱全掏挖基礎(chǔ)為一種剛性墩式基礎(chǔ)，挖孔樁基礎(chǔ)為彈性樁基礎(chǔ)，二者受力機理完全不同，但二者常同時應(yīng)于一個工程。不同的是，直柱全掏挖基礎(chǔ)有較大擴大頭，而挖孔樁基礎(chǔ)直柱全掏挖基礎(chǔ)大許多。另外，挖孔樁基礎(chǔ)作為樁基礎(chǔ)的一種，按照樁基規(guī)范需設(shè)計護(hù)壁，護(hù)壁材料量較大。所以，一般在基礎(chǔ)選型時應(yīng)綜合作用力、地質(zhì)條件、特殊地質(zhì)、基礎(chǔ)加高、材料量、地下水情況等因素，選擇合適的基型。特別的，當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)計加高很大時（如大于3.5米的情況）、基礎(chǔ)作用力大于2500kN(如轉(zhuǎn)角塔)、基礎(chǔ)埋深大于9.0米、主柱直徑大于2.0米等諸多特殊情況時的基型選擇，需作定性甚至定量分析研究。（4）對已形成的通用設(shè)計基礎(chǔ)擴展應(yīng)用的研究根據(jù)本專題的方法論研究得到的通用設(shè)計基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)作用力、地質(zhì)條件、基礎(chǔ)加高等都是有限定的。然而工程中經(jīng)常出現(xiàn)大部分條件在限制條件內(nèi)，僅一個條件不滿足的情況，而需進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)驗算才能套用本專題通用設(shè)計基礎(chǔ)。比如，地質(zhì)條件為可塑的情況下采用本套基礎(chǔ)需驗算，持力層地基承載力為160kpa時采用本套基礎(chǔ)需驗算等等。大規(guī)?；A(chǔ)驗算將使得設(shè)計效率大大降低，為了避免這樣的情況發(fā)生，有必要對基礎(chǔ)的擴展應(yīng)用進(jìn)行研究。此研究需在通用設(shè)計基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大規(guī)模的驗算工作，如研究可塑地質(zhì)下的基礎(chǔ)擴展應(yīng)用時，則將基礎(chǔ)逐個按可塑地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行驗算，驗算后對埋深不夠的基礎(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)計并試算的，得出可塑地質(zhì)情況下的基礎(chǔ)設(shè)計埋深調(diào)整方案，例如本套基礎(chǔ)在可塑地質(zhì)情況下，基礎(chǔ)設(shè)計埋深需增加0.2m，相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)計加高則需減少0.2米。研究其他條件下的擴展應(yīng)用也可按照此思路進(jìn)行。
