山区高压输电线路铁塔基础的边坡计算

1、第3 0 卷第9 期 2 0 0 9 年9 月 电力建设 E l e c t r i cP o w e rC o n s t r u c t i o n V 0 1 3 0 ，N o 9 S e p ，2 0 0 9 3 9 山区高压输电线路铁塔基础的边坡计算 刘慎之 ( 北京国电华北电力工程有限公司，北京市，1 0 0 1 2 0 ) 摘要】经过计算分析和多年的实践可以认为，按岩石抗剪面计算的山区高压输电线路铁塔基础的边坡数值每 缺少1m ，其基础在原设计深度上加深0 3m 是可靠的做法。当对于缩短线路路径、节省工程造价、减少工程量、缩 短工期有很大意义时，不妨主动设计“悬挂在峭壁上的子母基

2、础”。 关键词 输电线路；铁塔基础；边坡计算 中图分类号：T M7 5 文献标志码：B 文章编号：1 0 0 0 7 2 2 9 ( 2 0 0 9 ) 0 9 0 0 3 9 0 3 1 关于铁塔基础边坡 山区高压输电线路铁塔基础主柱中心到山体边 缘的水平距离被称为边坡。J ，对于按岩石抗剪面 计算的基础，边坡数值由基础埋深的4 5 。抗剪面再 加一部分安全尺寸组成，在山体上达到图1 中所示 点4 或点6 ，点4 或点6 与基础中心O 点的距离即 设计中所说的边坡值。一般点6 称为边坡点，点4 为基础抗剪面的顶点，也是边坡的极限点。 过去经常采用大幅度开山降基面，把塔位处的 4 个基础顶面的

3、山体开成完整的塔基平面场地pJ 。 为了减少开方量，必须尽量减少临边坡基础与山体 边缘的边坡值，从而达到减少开方高度、缩短工期、 节省工程造价的目的。这样在工程中时常出现如图 l 一2 所示的基础边坡不满足原计算要求、基础岩体 4 5 0 抗剪面缺少的现象。以前弥补边坡缺损的为法 是，根据基面垂直高差来确定基础本体加深数值。 如图l 一2 中所示的型式，基面提高，基底就加深 F ，基底仍与原设计深度一样，这样就有下面几点不 合理： ( 1 ) 如图l 所示，其缺少的只是不满足边坡要 求的倒圆台的局部一角的“1 点一3 点”间的抗剪曲 面。即便是4 5 0 的山坡“1 3 点”间的抗剪曲面垂直

4、高也只有F 的1 2 。 ( 2 ) 如图2 所示，其缺，珍的只是不满足边坡要 求的倒圆台的“l 点一3 点一0 点”间的抗剪曲面， 其缺少的抗剪面也仅有“1 2 平面”与“4 5 平面” 间的倒圆台侧面积的1 4 多，而不是“1 - 2 平面”与 “4 5 平面”间的倒圆台侧面积的全部。 ( 3 ) 如果因为缺少上述2 点的抗剪面而令基底 仍与原正常设计深度一样，则使原开方后基面至减 少开方基面之间( 即“l 一2 平面”与“4 5 平面”间) 倒圆台的大部分抗剪曲面没有被设计采用。 基础加深过多，增加了施工困难，最重要的是这 样做并不是设计计算所需。 眇 ， 2 减少开方后基面 三J 正常

5、计算基面 图l 岩石基础抗剪面垂直缺少断面图 I 一一 2 减少开： 斗一一一一7 0 7 5 原正常 羽酾 = 日 当 图2 岩石基础水平抗剪面缺少断面图 后基面 算基面 结合工程实践中用加深基础深度来减少边坡值 从而减少开方的方法，笔者写了文献 4 ，文中总结 了工程中的处理方法，并根据基础受力特性从理论 做了假设：( 1 ) 基础按原设计锥度加深；( 2 ) 加深后 的基础抗剪面认为是正圆台；( 3 ) 假设山体坡度为 4 5 0 。椐此粗略地推导了一个足够安全的简单关系 收稿日期：2 0 0 9 - 0 3 1 6 作者简介：刘慎之( 1 9 4 4 一) ，男，工程师，主要从事输电线

6、路工程设计工作。 万方数据 4 0 电力建设 第3 0 卷 式，即边坡缺少值C 和相应基础加深值S 之间的比 值为1 2 8 ，即S = 0 3 6 C 。在当时的线路工程中， 当垂直方向( 或水平方向) 每缺少lm 边坡，则其基 础在原设计深度上加深0 3m ，以此方法作为设计 工作代表在施工现场处理边坡问题的原则，至今近 2 0 年，该工程运行正常。 为了保护山区植被，必须减少对山体的开方， 这就要求山地输电线路必须设计全方位长短腿铁 塔以便适应山区地形。铁塔高低( 长短) 腿的设计 使一般塔位的地表不会再有大的山体开方，而仅 对基坑中心1 2m 范围的地表加以清理，尽量做 到“就地挖坑”

7、的程度，这样就形成了另一种情况， 如图3 所示。图3 与图2 不同之处在于自然地形 上的铁塔基础因适应山体地面的坡度而使各基础 不仅有临坡一侧抗剪面的缺少，而且有临山体一 侧抗剪面的增加，如图3 中所示左边岩体缺少而右 边岩体增加。 图3 塔位高低基础断面图 由于塔位山体地面是倾斜向上的，在工程实践 中所增加的抗剪面面积取为地面处抗剪弧长与增加 高度乘积之半来计算，但为了可靠地利用其增量，工 程中其增加的抗剪高度最大值不超过基础正常抗剪 埋深的1 2 ，即如图中J | l 。2 。针对此情况，在 文献 5 中叙述了这个观点，在当时的线路中也是 这样实施的，一般情况下因为有内边抗剪面的增量， 所

8、以外边坡缺少0 8m 以内时不再加深基础，而按 正常基面基础设计，缺少0 8 1 5m 时才加深基础 0 2 0 4m 2 边坡缺少与基础加深的计算比较 目前工程设计中虽然尽量不开方或少开方，但 把边坡点的平面作为基础计算基面，设计计算与图 l 一2 相同，把以“4 点一5 点”基面计算的基础设置 在当前的自然山地上，不顾及边坡的大小和山体的 有利面对计算的影响，仍然采取以前办法弥补边坡 的缺损，显然是不妥当的。 下面假设一个倒圆台作为抗剪基础的抗剪体。 按平面投影形状，假设底直径不变，按0 3m 的级差 改变该倒圆台高度h 。，按倒圆台的一边被切掉0 ，l ， 2 ，3m 的级差进行计算，由

9、于h 的增加，地表抗剪半 径R 也会增加，这样计算出表1 。表1 中，- ，为地表 抗剪半径构成夹角；R 为地表抗剪半径值；h ，为抗 剪埋深；B ：为边坡与半径比值；C 为缺少的边坡值； 三。为地表缺少的抗剪边弧长；G 为缺少的抗剪边斜 长；F 。为缺少的抗剪侧面积；S 为倒圆台整体侧面 积；，为倒圆台整体侧面积增加值；y 为倒圆台整 体体积；V z 为倒圆台整体体积增加值。 表l边坡缺少抗剪埋深增加相应的抗剪面增减比较表 8 2 8 2 8 2 8 2 8 2 8 2 8 2 8 2 8 2 8 2 1 2 0 0 1 2 0 0 1 2 0 O 1 2 0 0 1 2 0 0 1 5 1

10、 0 4 1 5 1 0 4 1 5 1 0 4 1 5 1 0 4 1 5 1 0 4 9 7 O 9 一9 7 0 9 l 一9 7 O 9 m讯孤缸仡一忉瓴孤缸仡一研帆觚n仡 9 6 6 5 6 9 6 6 5 6 9 6 6 5 6卯牾吆砸墅：一昕铂酌蕊一卯拍眈硒勰 1 2 3 3 4 一2 3 3 4 一2 3 3 4 O J m 石。一0 J m 石一o J m 巧m犸拍的一m驺拈_的一m”弱钾 6 7 6 2 76 7 6 2 76 7 6 2 7觚记蛾m呈一觚亿融耋!m一缸亿睡耋!m 7 4 9 9 7 6 7 O 一3 9 6 6 8 t t i丘乱一B垮仃一丝筋凹驺竹们铊配

11、刀斛一昭舛笛铂醯一M弱吕宕：豇 l l I l l 一2 3 3 3 3 4 4 4 ：5 强趁酪傩鲍一弛叭酩墙瑚一彤m m s ! m i & 丘t L一豇吼口：m mm：坦bm呕幅竹。一m峙钙石一m舒碍口： L L L 一2 己2 Z 23王王王3艿竹竹；。；。一，一笱巧巧巧筋 m m m m m O O O 0 O m n m m m O 3 6 9 2 一O 3 6 9 2 一O 3 6 9 2 3 3 3 3 4 3 3 3 3 4 3 3 3 3 4 O 3 6 9 2 一O 3 6 9 2 一O 3 6 9 2 4 4 4 4 5 4 4 4 4 5 4 4 4 4 5砒j髓阱酷

12、一m|饼岱一m睨m阱；兮 万方数据 第9 期山区高压输电线路铁塔基础的边坡计算 4 1 如果边坡只有0 7 5 R ，则如B 组数字所表示每加 深0 3m 抗剪面积缺少4 1 6 9m 2 ；如果边坡只有 0 5 R ，则如C 组数字所表示每加深0 3m 抗剪面积缺 少1 1 。9 2 0 0m 2 ；I n 果边坡只有0 2 5 R ，则如D 组数字 所表示每加深0 3m 抗剪面积缺少2 2 3 3 7 8m 2 。 假设设计需要抗剪埋深2 9m ，需要抗剪倒圆台 侧面积6 3 0m 2 ，如果边坡不缺少，则如A 1 行所表示 的数值已能满足要求。如果此时边坡缺少，按缺少的 数值便会有B 、

13、C 、D 组相应于加深后的半径及埋深算 出的缺少抗剪面积和圆台整体面积。 当边坡只有抗剪半径的0 7 5 ，即缺少1 0 8m 时， 则缺少抗剪面积4 7m 2 ，加深0 3 m 后，整体增加了 1 1 1m 2 。当边坡只有抗剪半径的0 5 ，即缺少2 3m 时，则缺少抗剪面积1 5 6m 2 ，加深0 61 1 1 后，整体增 加了2 3 0m 2 。同样，当边坡只有抗剪半径的0 2 5 ，即 缺少3 6 8m 时，则缺少抗剪面积3 3 6m 2 ，加深0 9m 后，整体增加了3 5 6m 2 。各个增加值都大于缺少值， 表明按照前面所述每缺少1n l 边坡，其基础在原设计 深度上加深0

14、3m 是可靠的做法。 在正常设计时，对于边坡只有0 2 5 R ( 即需要4m 边坡却只留有1m 边坡) 的极端状态，这时采用被称 为“悬挂在峭壁上的子母基础”或称“主辅基础”不失 之为一个可靠的方法。如果对于缩短线路路径、节省 工程造价、减少工程量、缩短工期有很大意义，不妨主 动设计此类型基础。 3 岩土组合掏挖基础 如今山区地表的覆盖层不可能彻底清除，其厚度 又常常介于1 0 2 5m 之间，正是基础抗拔受力设 计的主要深度，如图4 所示。在以往的工程处理中， 当岩石部分的抗剪高度不小于1 0m 时，基础下半部 按岩石掏挖基础抗剪公式计算，而基础上半部按土掏 挖基础考虑、土重法计算，上下部

15、分共同受力，各自承 担的上拔作用力由岩土在基础有效埋深内的深度比 图4 岩土组合掏挖基础断面图 4 参考文献 1 刘树堂输电杆塔结构及其基础设计 M 北京：中国水利水 电出版社，2 0 0 5 2 胡国荣输电线路基础 M 北京：中国电力出版社1 9 9 3 3 唐国安，王贵年，杨元春对5 0 0 千伏输电线路铁塔基础设计 的几点改进建议 J 电力建设，1 9 8 4 ( 9 ) ：6 - 8 4 刘慎之关于山区深浅基础的使用及基础抗剪面的计算 J 电力建设，1 9 9 0 ( 9 ) ：1 8 2 0 5 】刘慎之浅谈高低腿铁塔的基础设计 J 电力建设，2 0 0 1 ( 8 ) ： 1 8

16、2 0 6 刘天新，鲁先龙输电线路原状土基础抗倾覆特性数值模拟研 究 J 电力建设，2 0 0 7 ，2 8 ( 2 ) ：1 6 一1 9 7 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 J 电力建设，2 0 0 2 ，2 3 ( 3 ) ：3 2 3 4 【8 鲁先龙，程永锋我国输电线路基础工程现状与展望 J 电力 建设，2 0 0 5 ，2 6 ( 1i ) ：2 5 2 7 3 4 9 邢月龙，沈建国，周福元掏挖式基础受力机理试验研究 J 电力建设。2 0 0 8 ，2 9 ( 2 ) ：2 2 2 6 S l o p eC a l c u l a t i o no

17、fH VT r a n s m i s s i o nT o w e rF o u n d a t i o na tM o u n t a i nA r e a s L I US h e n z h i ( B e i j i n gG u o D i a nN o r t h 一E l e c t r i cP o w e rE n g i n e e r i n gC o m L t d ，B e i j i n g1 0 0 1 2 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t T h r o u g hc a l c u l a t i o na n da n a l

18、y s i s 。硒w e l l 鹅m a n yy e a r s o p e r a t i o np l a C t i Q ! i ti sar e l i a b l ew a yt h a ts l o p ev a l u eo fm o u n t a i n o u sH V w a n s m i s s i o nt o w e rf o u n d a t i o nc a l c u l a t e db a s e do nr o c ks h e a r i n ga r e ai sr e d u c e db y1m t h ef o u n d a t i o nd e p t hs h o u l db ea d d e db y0 3m t ot h eo a g i n a l d e s i g nd 印_ t I I I ft h e r ei sag r e a ts i g n i f i c a n c et or e d u c et h eI i I I cr o u t i n e ，s a v cc a g l n c e r i n gc o s t ，r e d u c ew o r kv o l u m ea n dc o