架空输电线路基础选型

1、基础形式选择1基础方案选择原则在基础方案选择时，遵循下面的原则：（1）基础设计必须在安全、可靠的前提下，坚持保护环境和节约资源的原则；（2）根据线路的地形、施工条件、岩土工程勘查资料，综合考虑基础型式和设计方案，使 基础设计达到安全、经济合理的目的。（3）充分发挥每种基础型式的特点，针对不同的地形、地质，选择不同的基础型式；（4）对不良地基，提出特殊的基础型式和处理措施。2基础方案选择要求根据我国目前特高压输电线路杆塔基础工程的设计和施工现状，并结合本工程地基及杆塔基 础的工程特性，在基础方案选择应考虑以下几方面：（1）采取合理的结构型式，减小基础所受的水平力和弯矩，改善基础受力状态。（2）充

2、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。（3）注重环境保护和可持续发展战略。（4）注重施工的可操作性和质量的可控制性。2.1基础方案的选择根据沿线地质和水文状况，按照安全可靠、技术先进、经济适用、因地制宜的原则选定常采 用的基础型式如下：掏挖式基础、斜柱柔性基础、扩展底柔板斜柱基础、直柱刚性基础、斜 柱刚性基础、岩石基础、装配式金属基础，灌注桩等。下文将结合本工程基础作用力大及复杂的地形地质条件，通过对基础型式的优化比较以及对 以往工程的经验分析，初步确定适合本工程的基础形式。目前，架空输电线路杆塔常用的基础型式大体可分为两大类：大开挖基础和原状土基础。（1）大

3、开挖基础主要包括现浇钢筋混凝土斜柱基础、阶梯式刚性基础、大板基础、装配式基础等，该类 基础适用于线路一般地质情况较差的塔位，施工难度较小。对于斜柱基础，其混凝土方量较 小，施工容易；而对于阶梯式刚性基础、大板基础其混凝土方量较大，但埋深浅，施工相对 简单。对于平丘地区的塔基以及地下水水位较高地区，可采用大开挖基础。（2）原状土基础主要包括掏挖基础（直掏挖、斜掏挖）、人工挖孔桩、岩石基础。掏挖基础及岩石基础适用 于地质情况较好（能成型开挖）、对环境要求高、基础负荷不太大的塔位，当基础埋深较深时， 施工时往往需要护壁。另外，掏挖桩基础也是近年来在工程中应用比较多的基础型式，掏挖 桩基础适用于地质情

4、况较好、边坡比较紧张的山地、陡坡或陡坎边，由于掏挖桩基础埋深较 深，施工时需要护壁。（3）其它类型基础根据工程特性和地基特点，输电线路杆塔基础还有一些其它的型式，如在大荷载、地基承载 能力差的条件下采用的联合基础以及在施工难度大的流砂和软弱地层中采用的灌注桩基础、 复合式沉井基础等。基础型式选择，当有条件时应优先采用原状土（不含桩；根据沿线地质和水文状况，按 照安全可靠、技术先进、；2.3.1掏挖基础；掏挖式基础施工时以土代模，直接将基础的钢筋 骨架和；掏挖式基础又分为全掏挖基础和半掏挖基础；图2.3-1 ；全掏挖基础、半掏挖基础 示意图；全掏挖基础、半掏挖基础优点:；（1）全掏挖基础、半掏挖

5、基础可减小基础变形； （2）山区回填土（粘性土）来源基础型式选择，当有条件时应优先采用原状土（不含桩基础）基础，也可采用钢筋混凝土板 式基础或混凝土台阶式基础；运输或浇制混凝土有困难的地区，可采用装配式基础；当地质 条件较差时可采用桩基础。根据沿线地质和水文状况，按照安全可靠、技术先进、保护环境、控制成本、因地制宜的原 则选定常采用的基础型式如下：掏挖式基础、掏挖桩基础、斜柱柔性基础、扩展柔板斜柱基 础、直柱刚性基础、斜柱刚性基础、岩石基础、灌注桩等。适用于一般地段的基础类型比较 多，有充分利用岩土力学性能掏挖类基础，还有最普通的大开挖类基础。2.1.1掏挖基础掏挖式基础施工时以土代模，直接将

6、基础的钢筋骨架和混凝土浇入掏挖成型的土胎内。由于 减少了对原状土的扰动，能充分发挥地基土的承载性能，所以可大幅度的节约基础材料和施 工费用。适用于地质条件便于掏挖成型的硬塑、可塑性粘土，并且在掏挖和混凝土浇注期间 无水渗入基坑的地段。掏挖式基础又分为全掏挖基础和半掏挖基础。当基础作用力较大时必需采用较大的基础底板 尺寸才能满足要求，全掏挖基础底板受掏挖量限制，增大基础底板就会导致主柱随之增加， 这在埋深加大的高露头时尤为突出，半掏挖基础可以有效地解决这一问题，可以减小主柱的 混凝土量，可见半掏挖基础适用于荷载较大的直线塔与转角塔，综合指标介于全掏挖基础和 开挖式基础之间。全掏挖基础、半掏挖基础

7、优点：全掏挖基础、半掏挖基础可减小基础变形；山区回填土(粘性土)来源较困难、全掏挖基础不需回填土，半掏挖基础回填土较少。山区基面边坡窄小时掏挖式基础每边可减小保护范围12m。掏挖利于环保；充分利用原状土，相同的基础尺寸可提高抗拔承载力1.2倍，减少挖填方40% 60%；减少了对原地貌植被的破坏；全掏挖基础地下部分尺寸，半掏挖基础掏挖部分尺寸不受模数的限制，材料利用率高；全掏挖、半掏挖基础底板没有配钢筋，基础耗钢量小，施工方便；全掏挖基础、半 掏挖基础的缺点：对地质条件要求较高，地下水位要大于基础埋深，且土质密实，基坑能够掏挖成型， 所以适用范围受限；对塔型和基础作用力有较大限制。目前施工时大多

8、采用人工掏挖，故基础主柱的截面 直径不能太小，一般最小为0.8m，以保证有足够的施工空间。由于全掏挖基础底部的扩挖 不宜过大(一般不超过0.8m)，底板为刚性，底板宽度有所限制，对于较大基础作用力时只 能增加主柱直径，势必造成混凝土用量加大，表2.3-1列出不同基础作用力(直线塔)下全 掏挖基础和扩展板式斜柱基础的比较，可见全掏挖基础的适用基础上拔力范围是400kN 750kN的直线塔。基础上拔力大于750kN的直线塔、转角塔可根据具体情况采用半掏挖基础；由于掏挖式基础为直柱基础，在高低基础中露头不易过大；(4)掏挖式基础不能 用于可能存在地表水侵蚀的塔位。对位于线路山坡上、梁、峁上的杆塔和位

9、于强风化基岩地区的杆塔，岩性为粘土或强风化基 岩时，可考虑采用掏挖基础，结合高、低腿或基础加长、基础埋深等措施，该种基础能充分 利用原状岩土的承载能力，开方量少，对环境破坏较小。2.1.2带翼板掏挖基础掏挖基础具有其它基础型式无法比拟的优势，但由于全部用人工掏挖，基础埋深受到一定的 使用限制。当铁塔位于具有一定坡度的山地时，为保证基础的稳定需要有一定的边坡保护范 围，为减少平基土方量，需要将基础的主柱加高，在原地面直接开挖。当基础主柱加高到一 定程度时，横向作用力对基础的倾覆作用成为基础尺寸的主要控制因素，常规掏挖基础为了 满足倾覆要求，往往增大基础埋深和直径，导致混凝土量大大增加，另外，基础

10、埋深太大， 在掏挖时还存在一定的施工难度及安全问题。带翼板掏挖基础就是为了解决上述矛盾而设计的新的掏挖基础型式，其仍采用掏挖成形的施 工方法，在充分利用原掏挖基础的各项优点的同时，在基础主柱两侧适当位置增加两块向外 伸出的挡板，来充分利用侧面原状土抗力，抵消水平外力产生的倾覆力矩，从而减小了基础 柱身的弯矩和基础底部的偏心应力，提高了基础的侧向稳定性和承载能力。翼板的使用，一 方面减小了基础埋深，另一方面也减少了基础混凝土用量，减小了弃土方量，且具有较好的 经济效益和社会效益。由表2.3-2的比较中可以看出，在露头较小的情况下该种基础的材料用量与全掏挖基础相当， 经济性不明显。在基础作用力较大

11、、露头较高，倾覆作用显著时，可以显著节省混凝土用量， 虽钢筋用量稍有增加，但综合考虑，仍具有较好的经济性。该基础的缺点是，由于翼板的存 在，对地形的要求比较高，所以使用时应仔细核对地形。本工程中应根据现场具体情况，结 合其它基础型式，对于基础作用力大的塔位应用这种基础型式。图2.3-4我院在其它工程中掏挖桩基础的应用；掏挖基础的优势是显著的，但当铁塔塔腿位 于具有一定；掏挖桩的计算方法为：；（1）下压计算；RuqlqA=+E sisiksippkp；式中；u 一桩的设计周长（m）；Wsi、Wp大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数;；qsik一桩侧 第i层土的极限侧阻力标准值，对于；qpk桩径为660

12、mm的极限端阻力标准值；掏挖基础的优势是显著的，但当铁塔塔腿位于具有一定坡度且边坡比较紧张的山地或陡 坎边时，为了保证基础的稳定，需要有一定的边坡保护范围，同时为了减少开挖土方量，需 要将基础的主柱加高并且在原地面直接开挖。当基础主柱计算露头加高到一定程度时，横向 作用力对基础的倾覆作用成为基础尺寸的主要控制因素，常规掏挖基础为了满足倾覆要求， 往往增大基础埋深和直径，掏挖桩基础就是为了解决上述矛盾而设计的新的掏挖基础型式， 其仍采用掏挖成形的施工方法，在充分利用原掏挖基础的各项优点的同时，加大基础埋深， 来充分利用侧向土压力，减小水平外力产生的倾覆力矩，从而减小了基础柱身的弯矩和基础 底部的

13、偏心应力，提高了基础的侧向稳定性和承载能力。掏挖桩的计算方法为：（1）下压计算。单桩的轴向下压力极限承载力的标准值按下式计算：RuqlqA=+E sisiksippkp式中u一桩的设计周长（m）；7Wsi、Wp大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数；qsik桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，对于扩底桩变截面以下不计侧阻力；qpk桩径为660mm的极限端阻力标准值；（2）上拔计算。单桩轴向上拔极限承载力标准值按下式计算：Uqul=E kisikii；UK基桩抗拔极限承载力标准值；ui破坏表面周长，对于等直径桩取ud=n 入i抗拔系数。（3）抗倾覆计算。根据斜坡地面高露头挖孔桩的受力特点，可以将其受力特性按

14、弹性桩计 算，并引入线弹性地基反力法，即m法对其倾覆稳定性进行计算。基本计算原则按下列假 定：将土视为弹性介质，其地基系数在设计地面为零，并随深度成正比增长；不考虑桩 端地基竖向抗力的作用和基础与土之间的凝聚力和摩阻力的作用；在横向和竖向荷载作用下，任何深度处土的压缩性均用地基系数表示。计算模型的确定：桩土体系相互作用因桩、土相对刚度不同而有不同的表现，根据桩身嵌固段土性和嵌固深度， 确定掏挖桩桩底的支承条件为固定端。计算简图如下：斜坡地面掏挖桩承受水平荷载作用时深度z处的水平抗力pz等于该点的地基水平抗力系数 的比例系数与深度z和该点的水平位移y的乘积，因此有桩侧地基土反力分布 模式为：pm

15、zyz=桩身桩侧土稳定按下式进行计算：41.4 oyeW+（ytgcycos e ?式中：）e cY桩侧土的有效容重，取计算深度至设计地面各土层的加权平均值；。y桩侧土压应力我们按上述方法设计掏挖桩，进行上拔、下压和倾覆稳定验算，并与掏挖基础进行了经济比 较。表2.3-3中列出了在不同的基础作用力下掏挖桩与掏挖基础的比较，由上表可以看出，在基 础露头比较小的时候，掏挖基础占有很大的优势，经济性和实用性较掏挖桩基础强，但在基 础作用力逐渐增大，露头逐渐加高的情况下，掏挖基础的材料用料比同条件下掏挖桩大的多， 这使得在这种情况下，掏挖桩的经济性和环保性更为突出。因此本工程可以在坡度较大的山 顶或陡

16、坎边选择使用掏挖桩基础。2.3.4开挖式基础的分类比较开挖式基础包括钢筋混凝土板式基础和混凝土台阶基础，是适用地质条件范围较广的一类基 础。在同类基础情况下，斜柱基础与直柱基础相比，因斜柱基础主柱中心的斜率与铁塔主材坡度 相同，故与基础轴线垂直的水平力减少50%以上，而轴向基础作用力仅增大1%2%，结果 大大改善了基础立柱、底板的受力状况，较大地节约了基础材料用量。同时，由于水平力的 减少，减少了基础在底板处的弯矩，使基础的侧向倾覆稳定性得到显著的提高。近几年我院 已在国内外工程中广泛使用。根据我们在以往工程中的经验，使用斜柱基础，与直柱基础相 比可降低5%15%的基础混凝土量和钢筋量。因此本

17、工程除掏挖基础、特殊类基础及因边坡问题外，开挖式基础均采用斜柱基础。2.3.4.1 常用开挖式基础类型由于掏挖基础在具体工程中有一定的局限性，所以在一般工程中采用开挖基础的数量还是比 较大的，本工程也不例外。常见的开挖基础有刚性基础、柔性基础、刚柔基础、柔性台阶基 础。（如下图所示）10且B1/H1W1.0。虽然此种基础耗钢是较少，但混凝土用量却是最大的，相应运输量大，综 合造价较高，在近年工程中除用作重力式基础外已很少采用。本工程中主要用于个别无法保 证基础边坡或足够的上拔土体、主要依靠基础自身重量抵抗上拔力的塔位及跨河漫水、地下 水位较浅的地区。（2）柔性基础底板配筋，按建筑地基基础设计规

18、范规定B1/H1最大可达2.5，是目前工程中使用较多 的一种形式。但B1/H1不能大于2.5同样制约了该种基础在大荷载时的使用，增大B1就必 须增大H1,H1的增加除了直接导致底板混凝土量成比例增加外，还会使基础底板断面增加， 使最小配筋率控制底板配筋，这显然是不经济的。（3）刚柔基础、柔性台阶基础这两种基础是鉴于“柔性基础”在大荷载时的构造不足的改进形式。但刚柔基础由于要保证 B2/H2W1,使B1/H12.5-1.5X（H2/H1）,因而不能有效的利用增加H1来增加B1。使用要保 证刚性角，只能靠增加台阶高度和台阶数量来增加底板宽，且H1/B1=1.0。柔性台阶基础虽 然能达到B1/H1=

19、2.5，但底板却有多层配筋，每增加一层柔性台阶，就会增加一层配筋，下 层钢筋未被充分利用，因此这种基础耗钢量较大。此外由于每层台阶高受施工限制，只有要 求基础尺寸较大时才能使用这两种基础。综所上述，刚柔基础与柔性台阶基础已能较好的解 决大荷载下的问题，但对于土660kV单回路直流线路来说，仍然不是最佳方案。2.3.4.2扩展柔板斜柱基础；由于常用开挖式基础类型有其局限性，不能较好的满足；图2.3-7 扩展柔板斜柱基础；上图是国外工程中常用的扩展柔性斜柱基础，这种基础；另外，结合我 院设计的官亭兰州东750kV送电工；混凝土节约数量非常有限；下表中是参照实际工程的 代表塔型的基础作用力，在同；表

20、2.3-4 ；斜柱基础经济指标（单腿）比较表；表2.3-5 ；斜 柱基础比价表2.3.4.2 扩展柔板斜柱基础由于常用开挖式基础类型有其局限性，不能较好的满足本工程的需要，因此我们计图2.3-7扩展柔板斜柱基础上图是国外工程中常用的扩展柔性斜柱基础，这种基础较好的解决大荷载下B1/H12.5的问 题，由于底板是连续变截面，能够很灵活的调节H1以满足B1/H12.5，同时H1大的地方 底板受力也大，能充分发挥底板的强度。实际工程中H2 一般取图2.3-8扩展柔板斜柱基 础（对称底板、无掏挖）另外，结合我院设计的官亭兰州东750kV送电工程实际施工情况，底板的150mm掏挖虽 然可以减小基础埋深，

21、节约一定量的混凝土，但是基础埋深减少量在200mm以内，12 混凝土节约数量非常有限。由于基坑较大，施工中经常发生掏挖塌壁现象，塌壁后底板需要 支模浇筑，无法保证原状土掏挖，原设计抗拔量受到一定影响，由于底板钢筋长度大于基坑， 摆放也较困难，加大了施工难度和周期。下表中是参照实际工程的代表塔型的基础作用力，在同电压等级不同塔形情况下，对各种类 型基础进行混凝土量、耗钢量、基础综合造价的比较。其中混凝土量（M3）、耗钢量（Kg） （未含塔腿连接件）、均为单塔腿量，地质条件为无地下水，无不良地质的可塑粘土。表 2.3-4斜柱基础经济指标（单腿）比较表表 2.3-5斜柱基础比价表由基础经济指标比较表

22、可看出扩展柔板基础在各种开挖式基础类型中造价 是最低的，而刚柔基础和柔性台阶基础造价相当，且使用范围受到相当限制。2.3.5岩石基础国内外岩石锚桩大致有直锚式、承台式、嵌固式三种基本形式，如图2.3-9所示。直锚式和 承台式是把锚筋直接锚固于灌浆的岩石孔内，借岩石本身、岩石与砂浆间以及砂浆与锚筋间 的粘结力来抵抗上部杆塔结构传来的外力，以保证对杆塔结构的锚固稳定；嵌固式类似于掏 挖基础，可用于强风化的地质条件。直锚式具有工艺简便、造价低等优势，而承台式和嵌固 式作为不能采用直锚式的补救方式。当采用上述三种型式的基础时，要结合具体塔位的岩石 情况，尤其在施工开挖后应逐基复查，以使设计的岩石锚桩基

23、础安全、合理。13高标号水泥砂浆灌入，适用于覆盖层较混凝土浇成。当岩石整体性较差时，需要加大锚筋间 距或需要四根以上的锚筋，施工时也需机械成孔，不宜用于强风化地质条件，而且承台混凝 土用量较大。（3）嵌固式锚桩基础该型基础适用于强风化岩石条件。如图2.3-9（C）所示，图中左边的嵌固基础是将地脚螺栓直 接浇注在坡度1/61/8的混凝土墩内，该型基础埋深不宜过深（W2m）,承载力一般在200kN 以内，故只能应用于220kV及其以下的自立式杆塔基础。图中右边的嵌固式钟型基础可满足 500kV送电线路工程杆塔基础承载力的要求，经济性较好。本工程线路地质条件复杂，但大多为粘性土和中等风化岩石，或粘性

24、土夹碎（卵）石。通常 情况下，表层为硬塑及坚硬状态的粘性土覆盖层（无地下水），下部为强风化14或中等风化岩石。这样的地质条件适宜做原状土基础。岩石基础作为一种原状土基础，有多 种型式，可以适应不同岩石条件，而且具有原状土基础的共同优势，就是充分利用了原状土 体的抗拔性能，大大降低了土石方开挖量，施工可不用模板或少用模板，简化了施工工艺。 由于开挖量小，其经济和社会效益也十分明显，锚桩基础造价仅为台阶基础的50%左右。因 此，山区线路优先考虑使用该型基础，除非基坑难以掏挖成形时。岩石锚桩的优点主要有以下几点：1、提高了线路运行安全的可靠性：岩石锚桩基础充分利用原有的硬质风化或微风化的岩石 的力学

25、性能，锚桩基础的抗拔力高于普通基础，满足铁塔和导地线传递到基础上的受力要求， 有利于线路的安全运行。2、有利于施工安全：岩石锚桩基础距离山体边缘不小于塔脚边缘0.5米即可，普通基础距 离山体边缘满足基础底板边缘0.5米，上方倾斜的岩层必须全部清理干净，开挖工作量大大 减少，采用松动爆破为主，人工开凿为辅进行施工。3、节约成本：采用岩石锚桩基础不需普通基础所需的混凝土和钢材，减少降基后岩石运输 量，减少支模和模板等基础浇制所需的工器具运输。4、解决了基础回填难的问题：采用岩石锚桩基础，基础不需回填，避免了山区大面积开挖 浇制基础后需用砂土回填的问题，同时也解决了岩石基础中回填土夯实的问题。5、有

26、利于水土流失的控制和山体的稳定性：岩石锚桩基础施工降基工作量大大减少，受自 然天气影响滑坡的可能性大大降低，有利于基础上方山体的水土流失和山体稳定性。6、有利于环境保护：大面积开挖会导致山体下方滑落的岩石或粉尘破坏下方的植被，山体 上方的植被破坏也大大减少，有利于山体的环境保护。通过实验证明：（1）岩石锚桩基础的安全储备大，完全可用于输电线路工程中；（2） 330kV以上输电线路工程，一般情况下以2.03.0m作为锚杆的锚固深度，可满足基 础强度稳定要求，基础平台可改善基础的受力条件，提高基础稳定可靠性和防止原状岩体风 化。（3）岩石锚桩不仅适用于未风化、微风化和中等风化强度的岩石基础，也可用

27、于强风化 程度的岩石基础，但要逐级视风化程度而确定。因此本工程沿线的基岩地段视风化程度以岩 石锚杆基础为主，个别强风化地段采用岩石嵌固基础。2.3.6螺旋锚基础螺旋锚是一种新型基础，它由螺杆、锚板、接杆、杆头所组成，如图2.3-10所示。其优点是： 靠螺旋板的旋转自进到较深的土层中,虽然螺旋锚在旋进过程中对土体有所扰动，但由于螺旋 锚特殊的螺旋结构，故对土体扰动程度并不大；另外，被扰动的土体经过静置后其强度得到部 分或全部恢复，所以螺旋锚既有较高的承压能力，也有较高承受15拉拔荷载的能力。但鉴于螺旋锚基础桩径较小，所以一般采用群桩形式，其承台结构基本同 于普通桩基，只是采用带螺旋的钢管作为基桩

28、来承受上拔和下压力。螺栓锚基础对原状土扰动极小，充分利用了原状土的承载力，可使材料消耗大大降低。施工工艺简单、便捷快速，不需要大型机具，所以可以在交通困难的各种复杂环境下使用。在水 田泥沼地区使用可大大加快工程进度，从而降低工程造价。由于不用开挖，2.3.7 （1）灌注桩基础常用在受洪水冲刷、漫水深度较高的跨河塔基础及软弱土层较厚的 地区。此类基础施工难度大，造价较高，本工程线路在线路沿线跨越的河流有：澧水北源、 溇水、渫水、涔水等河流。由于河流的规模较小，河谷狭窄，阶地漫滩均不发育，且岸坡稳 定，可以一档跨过。因此本工程沿线的河流不考虑灌注桩基础。（2）装配式基础装配式基础可应用于运输条件特

29、别困难、缺水的高山地区，也可用于地基土腐蚀影响小，需 要抢工期，尽早投入运行的输电线路。装配式基础按使用材料分主要有两种，一种是钢筋混 凝土基础，采用混凝土预制构件，运输到工地进行安装连接。缺点是单件构件太重，安装难 度高，不易调整；另一种为金属基础，此类基础也称花窗式金属基础，是由塔腿主材延伸到 基坑底部与花窗式金属底板及底板上的斜撑共同连接而成。金属基16基础形式选择；础全部由型钢组成，运输单件轻，具有安装方便、不用；但是装配式基础本 体造价高，鉴于线路沿线交通条件以；（3）复合式沉井基础；复合式沉井基础是针对地下水 位较高的软土地基，尤其；础；17； 3基础尺寸的优化；基础尺寸的大小直接

30、影响基础的工 程量；3.1基础埋深；影响基础埋深的主要因素有：基础作用力的大小；最佳基础埋 深是优化基础设计的一项主要内容；基础形式选择础全部由型钢组成，运输单件轻，具有安装方便、不用或少用混凝土、施工周期短等优点， 缺点是耗钢量大，在地基土腐蚀性强的地区，需要增加防腐措施。但是装配式基础本体造价高，鉴于线路沿线交通条件以及自然环境，本工程可以尽量避免使 用此类基础形式。（3）复合式沉井基础复合式沉井基础是针对地下水位较高的软土地基，尤其是容易产生“流砂”现象的软土地基 的一种新型的基础型式。复合式沉井基础由上下两部分组成，上部是方形台阶式基础承台， 下部是薄壁钢筋混凝土圆形沉井（见图2.3-

31、11），宜用于施工难度大的软 础。17基础尺寸的优化基础尺寸的大小直接影响基础的工程量。影响基础尺寸的因素很多，对不同类型基础应根据 水文地质条件、基础作用力大小、本工程混凝土与钢材的价格敏感性来进行优化。3.1 基础埋深影响基础埋深的主要因素有：基础作用力的大小；地下水位;冻土深度；基础稳定 要求；地基持力层；施工工艺的要求。最佳基础埋深是优化基础设计的一项主要内容。由于线路工程的特殊性，基础大部分由上拔 控制，当地质条件较好时，适当加深基础埋深（不超过临界埋深为宜），充分利用土重抗拔， 可减小基础底板的尺寸，从而大幅度减少混凝土用量，虽然深埋基础会导致主柱钢筋、基坑 开挖量有所增加，但基础

32、底板尺寸的减小可以使总的钢筋量和混凝土量得到减少。对不同类型铁塔基础最佳埋深须视地质条件、受力大小及基坑开挖情况，来进行计算，并分 析优化。3.2基础底板宽及底板厚底板宽度在埋深确定的情况下，由基础的上拔和下压计算确定，一般基础埋深与底板宽之比 为1.5左右。底板厚度由两个方面来控制：基础冲切计算；宽厚比小于2.5。在满足这 两点且底板宽已经确定时，若减小底板的厚度，可减少混凝土用量，但钢材会有所增加。对 于本工程混凝土经济性较钢材较为敏感的山区地区，应适当减小底板的厚度，以减少混凝土 用量，但对于其他运输方便的平丘地区，就不需要这样来处理。总之，基础的尺寸也应和最 优经济指标联系才对。3.3

33、基础主柱宽3.3.1构造要求主柱宽度要满足构造要求。对于地脚螺栓连接，主柱宽度可参考表3.3-1的数值。表3.3-1按地脚螺栓所确定的主柱宽度*本规定见冶金工业出版社出版的钢筋混凝土结构构造手册上表中主柱最小宽度是由 以下两个条件来控制。地脚螺栓的中心至基础边缘的距离不应小于4d(d为地脚螺栓直径)，且不应小于150mm。18塔脚板底板边缘至基础边缘的距离不应小于100mm。对于插入角钢式基础的主柱宽度，我国现行的规程、规范没有规定，参考美国规范，主柱所 需的最小宽度见表3.3-2。表 3.3-2短柱角钢确定的主柱最小宽度3.3.2受力分析以往基础主柱采用直柱设计，主柱所受水平力大，基础主柱较

34、宽。现在我们根据铁塔塔腿的 受力特点，主要采用斜柱基础，使其主柱承受的水平力大为减少，改善了主柱的受力情况， 特别是抬高基础尤为明显。主柱宽度应在满足构造和受力要求下，尽量采用小尺寸以节省混凝土用量，对于掏挖式基础、 岩石基础等直柱基础主柱宽度最小取值参考表3.3-1确定，对于斜柱基础等可能采用地脚螺 栓或短柱角钢连接的基础型式，主柱最小取值根据表3.3-1、表3.3-2中较大值确定。195铁塔与基础连接方式的选择4基础材料的选择660kV单回路特高压输电线路工程，基础作用力比500kV大的多，如果采用C15混凝土、 I级钢筋，为满足底板抗冲切验算以及底板及主柱的抗弯，势必会加大底板厚度、主柱

35、宽度 及其配筋。目前C15、C20混凝土及I级和II级钢筋的市场价格相差不大，而且市场上大直 径II级钢的购买比I级钢更方便，而采用C15和I级钢筋会导致材料量的增加，导致工程造 价增加。因此本工程基础推荐：板式斜柱基础、板式直柱基础和台阶式基础现浇混凝土强度等级为C20，垫层和塔脚 保护帽混凝土强度等级为C15；基础钢筋采用HPB235和HRB335，地脚螺栓采用Q235钢和 35号优质碳素钢。桩基础桩和承台现浇混凝土强度等级为C30，塔脚保护帽混凝土强度等级为C15；基 础钢筋采用HPB235和HRB335，地脚螺栓采用Q235钢和35号优质碳素钢。大板基础现浇混凝土强度等级为C20，垫层

36、混凝土强度等级为C15，大板基础与普通 基础间为100mm厚卵石和粗砂。20基础材料的选择铁塔与基础连接方式的选择目前铁塔与斜柱基础的连接方式主要有两种方法：地脚螺栓和插入角钢两种。地脚螺栓连 接方式加工简便，适用于所有基础形式，由于塔脚板上螺栓孔直径为1.31.5倍地脚螺栓直 径，安装时有一定的调节范围，施工技术成熟，施工精度容易满足，而且当掏挖式基础成孔 失败后改为斜柱式开挖基础时，铁塔部分无需变更。插入角钢是另一种连接方式，由于直接将塔腿主材连接的短柱角钢部分预埋到了基础主柱中， 取消塔脚板、地脚螺栓，可以节约钢材，但此种连接方式仅适用于斜柱基础型式。通常插入 角钢要比主材角钢大一个规格

37、，而且，预埋端要增加锚固措施。综上所述，本工程将根据基础类型及主材规格对斜柱基础优先采用插入角钢，直柱基础使用 地脚螺栓式的连接方式。6基面处理及环境保护；6.1杆塔基面以往习惯处理方法及其弊端；在九十年代以前，为降 低设计和施工尺寸计算难度，自；图6.1-1传统等长腿，配合等高基础降基面方法；这种方 式对非平坦地区会产生很大的开方量（如图6.；为了克服这种方法的缺陷，首先采用了等长 腿配合抬高；图6.1-2等长腿配合抬高基础;虽然图6.1-2基面的初步改进处理方法较图6.1； 但其后也采用了长短基面处理及环境保护6.1 杆塔基面以往习惯处理方法及其弊端在九十年代以前，为降低设计和施工尺寸计算

38、难度，自立式宽基杆塔普遍采用等长腿，配合 等高基础。如图6.1-1。图6.1-1传统等长腿，配合等高基础降基面方法这种方式对非平坦地区会产生很大的开方量（如图6.1-1阴影所示），同时也破坏了植被和 原土体的稳定。由于送电线路经过地区往往属山地，对于地形起伏较大的坡地、山脊和山头， 如图6.1-1a b中的H、L值越大，开方量越大；对于如图6.1-1c d地形高陡坎、坡坎，由于 要将土坎全部开平，开方量也很大，等长腿配等高基础方法的缺点很突出。为了克服这种方法的缺陷，首先采用了等长腿配合抬高基础的改进方案（图6.1-2的a、b）。 图6.1-2等长腿配合抬高基础虽然图6.1-2基面的初步改进处

39、理方法较图6.1-1中等长腿配等高基础降基面方法具有优势， 但除了图6.1-2b基本上解决了山脊山头地形的问题，不必将山脊或山头削平外，图6.1-2a 斜坡地形仍然要开挖土石方，导致塔位地貌形成1个原天然地面的“簸箕”形坑。图6.1-2 中的处理方法明显优于图6.1-1中等长腿配等高基础降基面方法，在九十年代中期以前已经 逐步取代图6.1-1中的方法，在工程中广泛应用。由于抬高基础抬高量受限，等长腿配合抬 高基础仍然无法解决坎地问题。但其后也采用了长短腿配合等高基础的方案（图6.1-3）。由于塔腿高差较高低基础提供的高 差大，因而长短腿配合等高基础的方案对斜坡地形、土坎地形效果好于图6.1-2

40、等长腿配合 抬高基础。1图6.1-3长短腿配合等高基础虽然图6.1-2图6.1-3基面的初步改进处理方法较图6.1-1中等长腿配等高基础降基面方法具 有优势，但除了图6.1-2b基本上解决了山脊山头地形的问题，不必将山脊或山头削平外， 其余方案还存在较大不足，斜坡地形仍然要开挖土石方，导致塔位地貌形成1个或2个低于 原天然地面的“簸箕”形坑，斜坡地面坡度越大形成的“簸箕坑“就越深；土坎地形仍然需 要开方，开挖土石方后的坑壁就更容易产生水土流失和塌方，同时也破坏了原有土体稳定状 态。给线路运行带来安全隐患。大量挖土石方，破坏了原有的天然植被，影响了周围环境，改变原有地貌，在对环境保护日 益重视的

41、今天，处理大量的挖方弃土会是很大的问题。为保持开挖后边坡稳定，需砌筑挡土墙、护坡；大开挖所增加的挖方量及弃土的处理；环境 保护的治理费用；由于基面降低过多，不能有效的利用塔高;这些都会大大的增加工程造价。 综上所述，应该采用更好的方案，在处理山区线路杆塔基面时，应尽可能的较少基2 面降，保持原天然地形地貌，避免产生上述问题。6.2塔位的优化设计措施6.2.1合理选线定位在选线定位时，塔位尽量避开陡坡（坡度大于30）、大高差阶地（高差大于5m的土坎） 等不良地形。同时也应该避开易塌方、滑坡、池塘、冲沟、泥石流、岩溶、采空区等严重的 不良地质。统一制定作业方案。6.2.2细化塔基断面的测量图6.2

42、-1塔基断面图通常施工图设计阶段杆塔定位均会在勘测专业的配合下绘制如图6.2-1a的塔基断面图，由 于只有塔腿4个射线方向的断面高程参数，不能全面的反映塔位地形。但实际情况是线路经 过地形复杂，图6.2-1a的塔基断面图就给复杂地段的基面处理和基础配置带来了一定困难。 对于4个射线断面图的改进，工程还采用过如图6.2-1b方式的绘制8射线方向的塔基断面 图，增加顺线路方向及其垂直方向上的4个方向能更详细真实的反映塔基地形3地貌，有利于内业时配合电脑软件自动优化配置接腿和基础，但使用中发现对塔腿附近地形 仍表达不清，8个方向的断面图绘制、读图均易出错，可操作性不强。目前我们工程采用全线塔位绘制地

43、形图，并按电气预排位塔型及呼高进行塔腿分坑测量，对 每个塔腿测量9个点的相对于中心桩的高程，点距离按10m考虑，当地形坡度变化大时， 适当增加测点个数，不得以目测代替仪器测量。标明坎地的位置及坎顶坎底的高程及位置， 根据具体根开确定地形图范围。图6.2-2塔基分坑测点分布图6.2.3合理确定塔基边坡各塔腿的塔基边坡La的大小，关系到基础设计地面的选取，La取得过大，就会使设计的基 础埋深加大，若是开挖类基础还会导致基坑开挖变大，以及导致被迫挖土方来降基面。La 的大小跟地质条件，基础类型，基础设计埋深等密切相关。如图6.2-3原则上认为La应该为 基础设计上拔土体的宽度放大1-2米，并考虑土体

44、的侧向稳定而决定的。由于实地计算Lx 比较麻烦，为此，在编制定位手册时事先按塔型、基础类型、坡度等参数计算好Lx，供定 位时查阅。并依据La、Lx计算出相对中心桩高程H1 H2,用于基础配置的根据。图6.2-3塔基边坡的计算断面图；6.2.4基础开挖和弃土处理；完善基坑开挖方法，无论是开 挖类基础还是掏挖类基础；基础施工完毕后的弃土，应堆放在较低腿处，但不得影；由上面 章节可以看到，单方面的采用长短腿或高低基础；对于坡地、山顶山脊、用等长腿配合高低 基础已能满足；图6.2-4全方位长短腿配高低基础（坡地、土坎）；图6.2-5全方位长短腿配 高低基础在其它工程中 图6.2-3塔基边坡的计算断面图

45、6.2.4基础开挖和弃土处理完善基坑开挖方法，无论是开挖类基础还是掏挖类基础，均应尽量不降或少降基面，直接开 挖基坑。开挖类基础在开挖基坑时应在采取安全措施的情况下尽量减少放坡，基面高侧由于 无法回填到原始高度，必须按要求放坡，并且一次放够，如果无法放坡应考虑护坡措施。基础施工完毕后的弃土，应堆放在较低腿处，但不得影响基面的排水及基面的稳定，无法在 基面范围内堆放的弃土应及时运离现场，以免破坏环境。为防止水土流失，可适当采取人工 植被等手段，减小对环境的破坏。6.2.5优化长短腿和高低基础的配置由上面章节可以看到，单方面的采用长短腿或高低基础往往无法满足复杂地形的需要。本工 程拟采取长短腿配合

46、高低基础（优先使用长短腿）来适应坡地、土坎地形（图6.2-4） 对于坡地、山顶山脊、用等长腿配合高低基础已能满足要求（图6.2-4a b）o对于陡坎采用 适当护坡措施（图6.2-4c）；争取做到基本不降基面来达到环保目的，节约工程造价。5图6.2-4全方位长短腿配高低基础（坡地、土坎）6图6.2-5全方位长短腿配高低基础在其它工程中的应用6.2.6基础主柱露头的规划一般基础要求主柱高出地面0.2m，基础的加高设计就是在基础露头上再加高，配合铁塔长 短腿使用，达到尽量减少基面降的目的。本工程基础抬高后的露头不应设计成定值，否则会 在实际使用中为达到这个定值仍会进行降低基面处理，如图6.2-6对同

47、样一个基础应进行最 大露头Hlmax时的上拔及倾覆稳定计算，最小露头Hlmin时的下压稳定计算。图6.2-6低基础7计算露头的间隔为0.5m较为合适，本工程规划见表6.2-1o表 6.2-1基础抬高规划表本工程铁塔长短腿最小高差6.0m，对于直线塔，配合最大露头2.2m高低基础可适应高差 7.0m的地形（跟开为10m时，所适应地面坡度可达30）。对于转角塔配合最大露头1.7m 高低基础可适应高差6m的地形（跟开为13m时，所适应地面坡度可达20）。这样的配置 最终能满足本工程地形的要求，如无特殊地质，可做到基本不降基面。如果基础施工完毕后， 弃土无法外运或外运费用较高时，可采用抬高基础主柱的方

48、法，将多余土体堆放在基面上。 6.2.7基面处理方案的经济比较本工程沿线主要为地形为丘陵。本例按同20斜坡上的塔位，以使用基数较多的直线塔， 配置斜柱柔性底板基础（开挖类）为例（设计参数见表6.2-2、6.2-3），对4种基面设计方案进行经济技术比较，见表6.2-4o环境保护方面的比较见表6.2-5o表 6.2-2设计参数表6.2-3 土壤参数8向家坝上海、锦屏苏南设计投标文件800kV特高压直流输电线路工程（上河溪一棬桥水库段）第3卷第2册T03 基础方案研究表6.2-4经济比较表7660kV线路基础选型及不良地质处理；6.2-5；杆位环境影响表；由表6.2-4、表6.2-5的4 种基面设计

49、方案进；第4种方案（长短腿配高低基础）可以做到基本不用基；10； 8结论； 7660kV线路基础选型及不良地质处理方案；7.1660kV线路基础选型；根据沿线地质和 水文状况，按照安全可靠、技术先进、；7.1.1扩展柔板斜柱基础；根据前文论述，当基础660kV线路基础选型及不良地质处理6.2-5杆位环境影响表由表6.2-4、表6.2-5的4种基面设计方案进行经济技术比较可以看出，第1种方案（等长腿 配等高基础）基面降挖方量最大，对周围自然环境破坏也最大，而且是最不经济。第2、3 种方案介于第1、4种方案之间。第4种方案（长短腿配高低基础）可以做到基本不用基面降，节省了土方工程量，对环保的 影响

50、降到了最低，虽然基础材料量有所增加，但由于充分利用了天然地形，所用铁塔的钢材 却是最少的，综合造价也是最低的，如果将由于基面降引起的护坡处理考虑进去，第4种方 案的优势更为明显。因此，本工程采用第4种方案（全方位长短腿配高低基础）。108结论7 660kV线路基础选型及不良地质处理方案7.1660kV线路基础选型根据沿线地质和水文状况，按照安全可靠、技术先进、经济适用、因地制宜的原则结合本工 程基础作用力大及复杂的地形地质条件，通过对基础型式的优化比较以及对以往工程的经验 分析，初步确定适合本工程的基础形式：扩展柔板斜柱基础、掏挖基础、掏挖桩基础、岩石 基础、刚性基础和复合沉井基础。7.1.1

51、扩展柔板斜柱基础根据前文论述，当基础上拔力范围是400kN750kN的直线塔时，掏挖基础具有明显的经济 效益，当基础上拔力大于750kN时，扩展柔板斜柱基础具有明显的优势。由于土660kV线 路工程的荷载大、铁塔巨型化，导致了直线塔、转角塔基础作用力均大于750kN,同时鉴于 本工程部份地段地下水位高，基坑掏挖成型困难，因此在工程设计中要以扩展柔板斜柱基础 为主。7.1.2掏挖基础虽然660kV线路工程铁塔基础上拔力均大于750kN,并且部份地段地下水位高，基坑掏挖 成型困难，掏挖基础不具有明显的优势，在工程设计中要以扩展柔板斜柱基础为主。但是对 位于山区、丘陵地区，尤其对基岩埋藏深度较浅的塔

52、位，风化程度为强风化类的岩石，应采 用掏挖基础。这是主要是因为：（1）山区回填土（粘性土）来源较困难、全掏挖基础不需回 填土，半掏挖基础回填土较少。（2）同时山区基面边坡窄小时掏挖式基础每边可减小保护范 围12m。（3）掏挖利于环保、减少了弃土和取土，减少了对原地貌植被的破坏；（4）全 掏挖基础地下部分尺寸，半掏挖基础掏挖部分尺寸不受模数的限制，材料利用率高；（5）全 掏挖、半掏挖基础底板没有配钢筋，基础耗钢量小，降低了山区的运输困难，施工方便。7.1.3掏挖桩基础掏挖桩基础作为一种新型的基础形式，在工程中应用较少。本文对掏挖桩基础的设计理论进 行了探讨，并针对土660kV线路工程的基础作用力

53、，设计了一系列掏挖桩基础，与常规的掏 挖基础进行了对比分析，结果表明：在基础露头比较小的时候，掏挖基础占有很大的优势， 经济性和实用性较掏挖桩基础强，但在基础作用力逐渐增大，露头逐渐加高的情况下，掏挖 基础的材料用料比同条件下掏挖桩大的多，这使得在这种情况下，掏挖桩的经济性和环保性 更为突出。根据土660kV线路沿线地质情况，因此在坡度较大的山顶或陡坎边选择使用掏挖 桩基础。7.1.4岩石基础660kV线路沿线地质情况复杂，在部分山区为中等风化岩石盒或粘性土夹碎（卵）石。通 常情况下，表层为硬塑及坚硬状态的粘性土覆盖层（无地下水），下部为强风化117 660kV线路基础选型及不良地质处理或中等

54、风化岩石。这样的地质条件适宜做原状土基础。岩石基础作为一种原状土基础，有多 种型式，可以适应不同岩石条件，而且具有原状土基础的共同优势，就是充分利用了原状土 体的抗拔性能，大大降低了土石方开挖量，施工可不用模板或少用模板，简化了施工工艺。 由于开挖量小，其经济和社会效益也十分明显，锚桩基础造价仅为台阶基础的50%左右。因 此，山区基岩地区线路优先考虑使用该型基础，除非基坑难以掏挖成形时。7.1.5刚性基础由于底板不配筋，并要保证刚性角，只能靠增加台阶高度和台阶数量来增加底板宽，且B1/H1 1.0。虽然此种基础耗钢是较少，但混凝土用量却是最大的，相应运输量大，综合造价较 高，在近年工程中除用作

55、重力式基础外已很少采用。但是，660kV线路沿线有很大一部份 地段地下水位较高，需要依靠基础自身重量抵抗上拔力，因此在跨河漫水、地下水位较高的 地区，宜采取刚性基础。7.1.6复合式沉井基础复合式沉井基础是针对地下水位较高的软土地基，尤其是容易产生“流砂”现象的软土地基 的一种新型的基础型式。660kV线路沿线跨越河流较多，在河网等地下水位较高的地段， 软土地基问题仍可能存在，因此宜采用复合沉井基础，用于施工难度大的软弱土层中。开挖 基坑时沉井作为坑壁支护结构，使开挖工作得以顺利进行，施工完毕后沉井成为基础本体的 一部分。综上所述，660kV线路基础设计以扩展柔板斜柱基础为主，部分地质条件较好

56、的地段采用 掏挖基础、部分地质条件较好、基础露头较大、边坡比较紧张的地段可采用掏挖桩基础；沿 线基岩的基础采用岩石基础；个别无法保证基础边坡或足够上拔土体、主要依靠基础自身重 量抵抗上拔力的塔位及跨河漫水、地下水较浅的地区，可采用刚性基础；少数地下水位较高 的软土地区可采用复合沉井基础。7.2不良地质处理方案土良地质处理直流输电线路沿线以鄂尔多斯地台上的缓坡丘陵、陕北黄土高原上的黄土塬、 梁、峁、沟壑区、毛乌素沙漠地貌为主，河流阶地、漫滩次之。依据有关的区域地质资料， 沿线不良地质作用主要有崩塌、错落、滑坡、采空区、流动沙丘、半流动沙丘以及冲刷等。 对大范围的不良地质区域，应尽力在选线时避开；

57、对小范围内的不良地质区域，应在定位过 程中尽力避开，当无法避开时，应采取合理的基础方案和处理方案。7.2.1湿陷性黄土地区地基处理本工程部分地段为黄土丘陵段，属陕北黄土高原的一部分，在中国湿陷性黄土工程地质分区 图上划属陇东-陕北-晋西地区和北部边缘地区的晋陕宁区。依据有关的资料，12 8结论除狼管山徐家沟、徐家沟柏树坪西侧、麻家沟柏树坪西侧、徐家沟上坪段黄土暂按 自重湿陷性，湿陷等级IIm级考虑外，其余地段的黄土暂按非自重湿陷性，湿陷等级I II级考虑。湿陷性黄土地基的处理包括地基处理、防水措施和结构措施共三个方面。选择合适的基础型 式降低基底的附加应力，并通过地基处理，同时辅以防水措施来保证基