架空输电线路铁塔基础软件在工程设计中的应用与

架空输电线路铁塔基础软件在工程设计中的应用与分析李晋珍2目录

前言第一讲、杆塔基础软件基础类型简介第二讲、杆塔基础软件数据内容解析第三讲、杆塔基础软件扩充功能构想3前言《架空输电线路杆塔基础设计》软件作为输电线路工程设计专业的计算机辅助软件，为线路工程设计人员开展输电线路杆塔基础工程设计，提高设计进度和质量提供了极大的方便。但它仅能在关键参数数据正确的前提下保证设计计算的正确性。并不能代替用户完成一个优秀输电线路工程的杆塔基础设计。输电线路杆塔基础设计，应从杆塔基础的理论概念入手，将概念设计贯穿于工程设计始终。设计人员切记要做一个线路杆塔基础设计的技术工作者，而不做“规程＋程序”的“操作手”。更不做仅会死搬硬套的“搬运工”。输电线路杆塔基础设计的技术经济指标是否合理，通常是按单公里耗量和费用控制的，除基础本身的经济性以外，还与国家的方针政策、杆塔配置、塔位环境、运输条件、施工条件等因素有关，需根据全线情况综合设计和评价考虑。4前言杆塔基础设计成果是否正确：取决于计算简图与基础施工图是否一致；在满足地基稳定和基础强度的基础上，是否充分发挥了地基和基础的特性和承载能力。是否考虑了地基土浸水、液化、滑动、扰动、沉陷、冻胀、腐蚀等对基础的影响。杆塔基础设计成果是否安全、可靠，与地质参数的正确性，施工质量和施工人员的素质和技术水平有关；如基土土质的不确定性、开挖基坑的失误、基底的扰动程度、回填土的夯实程度等。在架空送电线路建设中，基础耗用的材料、人工及投资约占本体工程的10%～20%左右。随着环境保护日益重视，基础费用所占工程总投资的比例也随之增加。因此，熟悉掌握各类型基础设计方法和灵活应用《架空输电线路杆塔基础设计》软件，是线路结构设计人员的重要任务之一。5前言随着国家电网低电压多回路、特高压线路的快速发展，杆塔基础的作用力越来越大；注重环保的要求越来越高。近年来，各类型基础的研究成果逐年增加。基础的类型、计算理论和方法不断的得到补充、修改和完善；本公司杆塔基础软件按最新版《输电线路杆塔基础技术规定》，结合一些在工程中得到验证的基础设计经验，做了升级修改，基本涵盖了当前110～1000kV线路工程中已采用的基础类型。本文结合软件中的基础类型特性和输入数据或参数的含义做一些介绍；供新、老用户执行新版《输电线路杆塔基础技术规定》，正确应用基础软件；顺利开展工程设计参考。6第一讲杆塔基础类型简介杆塔基础特点杆塔基础分类常用基础类型7杆塔基础的特点

输电线路杆塔基础不同于一般工民建的常规基础，有其固有的特性：输电线路杆塔基础的地质条件线形分布，同一杆塔基础因地质条件不同而不同。地质资料勘测深度和精确性比一般工民建常规结构较低。基础承受的荷载具有双向性，既可能受拔，也可能受压。上拔荷载经常是各种输电线路杆塔基础设计的控制条件，而一第一讲杆塔基础类型简介般工民建结构的基础上拔荷载却是次要的，甚至没有。塔位大多数位于平丘、高山大岭，偏离居民区和交通要道，基础材料和施工机械要求便于运输，方便施工。4，塔位大多数位于丘陵和山地斜坡。基础应尽量减少土体开挖，保护塔基周围生态环境和土体稳定。基坑多为人工开挖，基坑误差大，基底土容易受到扰动。8第一讲杆塔基础类型简介杆塔基础分类按埋置深度h或相对深度h/B：分浅基础、深基础两大类；浅基础基础按刚度分类：分台阶式基础、板式基础；装配式基础、预制基础、筏板基础等。按基础类型分类：分回填土、掏挖基础和半掏挖基础；嵌固式基础和锚杆基础；深基础按桩基数量分类：分单桩、群桩基础。按直径分类：分大、中、小直径桩基础。群桩分框架式桩、低承台桩、高承台桩、微型桩等按复合基础类型，分桩板基础、沉井基础。按基础埋深与侧宽分类；窄基塔浅基础和深基础。按基础承载力：分回填土和原状土基础两大类：回填土基础：也称大开挖基础。它是以扰动的回填土构成抗拔土体保持基础的上拔稳定，由于扰动的回填土虽经夯9第一讲杆塔基础类型简介实亦难恢复其原有的结构强度，基坑开挖形状随土类而异，通常按土重法经验公式计算。此类基础挖方量大，其基坑开挖量是基础混凝土量的4～8倍甚至更多，对山区植被或平丘农田损毁较大，不利于环保；但由于其设计简单，施工方便，安全可靠，此类基础在较低电压的输电线路工程中仍是最常用的基础型式，主要有台阶式基础、板式基础等。按连接塔腿分：有整体式、单腿式两种；如钢管杆、窄基塔筏片基础框架桩基为整体式；其它多为单腿式。回填土基础的设计三原则：临界深度：土体抗拔破坏与基础的相对深度和土的物理特性有关，按照不同的相对深度有三种破坏状态：即整体剪切、局部剪切过度和局部剪切。不同土体的临界深度和计算式不同。计算土重度由于扰动的回填土虽经夯亦难恢复其原有的结构强度，回填10第一讲杆塔基础类型简介土的重度应取计算重度：而不是天然土重度。计算上拔角土体的抗拔能力与土体的粘聚力和内摩擦角有关，但基坑开挖后再次回填，破坏了土体结构；回填土上拔承载力根据实验推荐了不同土质的计算上拔角；体现土体粘聚力和内摩擦角的特性：粘性土：α=2β/3硬塑、坚硬：β=1.8Φ

可塑：β=1.3Φ：软塑：β=Φ砂性土：α=Φ-（5°～7°）上述三原则是回填土基础设计必须遵循的。原状土基础原状土基础是指利用机械或人工在天然土或岩石中直接钻、挖成所需要的基坑，将钢筋骨架和混凝土或地栓直接浇注于基坑内而成的基础。它是以处于天然结构状态的抗拔土体保持基础的上拔稳定，充分利用了原状土的力学性能，具有较强的抗拔承载能力；在下压稳定方11第一讲讲杆杆塔基基础类类型简简介面，侧侧向土土抗力力使基基础水水平力力对基基础底底板的的影响响降至至最低低，从从而减减小了了基础础底板板与主主柱尺尺寸，，达到到节省省混凝凝土的的目的的。无无需支支护模模板，，基坑坑土石石方量量相对对降低低，对对于山山区送送电线线路保保护自自然环环境，，保护护植被被，减减少水水土流流失具具有重重要意意义。。基础础类型型主要要有掏掏挖基基础、、半掏掏挖基基础、、人工工挖孔孔桩基基础、、岩石石嵌固基础础、岩岩石直直锚基基础、、灌注注桩基基础等等。掏挖基基础设设计原原则利用原原状土土体破破裂面面上产产生剪切切力的的垂直直分量量与上上拔力力相平平衡推推导而而得。。不同同的临临界埋埋深计计算公公式不不同。。新版基基技规规对剪剪切法法的上上拔计计算公公式做做了如如下修修订：：基础极极限上上拔承承载力力有基基础混混凝土土自重重、抗抗拔土土体圆圆弧滑滑面内内抗拔拔土体体重量量及滑滑动面面上剪剪切阻阻力的的垂直直分量量3部分组组成。。较旧旧基技技规增增加12第一讲讲杆杆塔基基础类类型简简介定条件件做了了修订订：解解决了了旧版版基技技规存存在的的一些些问题题。桩基础础设计计原则则该基础础主要要利用用侧壁壁极限限摩阻阻力承承受基基础荷荷载；；采用用m法进行行内力力分析析。新版基基技规规主要要对桩桩基稳稳定计计算进进行了了修改改；基基础荷荷载改改为标标准值值组合合，与与《桩基规规范2008》》保持一一致。。取消消了以以概率率理论论为基基础的的极限限极限限状态态设计计法，，改为为单一一安全全系数数法。。了抗拔拔土体体圆弧弧滑面面内抗抗拔土土体重重量部部分。。对抗拔拔土体体圆弧弧滑动动面形形态参参数n取值进进行了了调整整。对无因因次系系数A1和A2系数进行行了修正正。窄基塔基基础设计计原则：：以库伦理理论为依依据，由由基础侧侧面的被被动土抗抗力、地地基反力力；基础础侧面和和底面与与土壤的的摩阻力力的联合合作用，，共同来来抵抗外外极限倾倾覆力矩矩。新版基技技规对窄窄基塔基基础倾覆覆稳定计计算的假假13第一讲杆塔基础础类型简简介常规基础础类型简简介台阶式基基础：该基础是是国内传传统的基基础形式式之一。。其特点点是底板板内不配配置钢筋筋，抗压压、抗弯弯强度大大、抗剪剪强度小小；基础础底部扩扩展部分分不得超超过基础础材料刚刚性角(台阶高宽宽比不小小于1.0)；混凝土土耗量较较大，钢钢材耗量量较小；；地脚螺螺栓与塔塔脚板相相连时容容易校正正；施工工方便、、工期较较短。目目前主要要用在较较低电压压的输电电线路工工程中和工工期较短短。目前前主要用用在较低低电压的的输电线线路工程程中和高高电压输输电线路路工程地地下水位位较高地地段的塔塔位基础础，可避避免在水水中编排排钢筋，，排水过过程中可可快速浇浇注混凝凝土，减减小施工工难度，，或在山山区边坡坡安全距距离紧张张塔位作作为重力力式基础础使用。。14第一讲杆塔基础础类型简简介斜柱坡度度与塔腿腿主材坡坡度一致致，塔腿腿主材角角钢直接接插入底底板，可可减少基基础柱顶顶水平力力，降低低立柱正正截面强强度，缩缩小立柱柱断面。。板式基础础该基础型型式是国国内传统统的基础础形式之之一，分分直柱、、斜柱式式。其特特点是立立柱和底底板均配配置受力力钢筋；；底板或或台阶宽宽度与高高度不小小于1.0不大于2.5。分直柱柱和斜柱柱板式基基础。混混凝土耗耗量较台台阶式基基础小，，自重轻轻，柔性性较大，，抗变形形能力强强，不易易断裂，，总体抗抗地基变变形能力力强。目目前主要要在山地地交通运运输困难难地区或或煤田采采动区。。15第一讲杆杆塔基基础类型型简介掏挖基础础：掏挖式基基础施工工时以土土代模，，直接将将基础的的钢筋骨骨架和混混凝土浇浇入掏挖挖成型的的土胎内内。由于于减少了了对原状状土的扰扰动，能能充分发发挥地基基土的承承载性能能，可大大幅度的的节约基基础材料料和施工工费用。。适用于于地质条条件便于于掏挖成成型的硬硬塑、可可塑性粘粘土，并并且在掏掏挖和混混凝土浇浇注期间间无水渗渗入基坑坑的地段段。掏挖基础础分全掏掏挖和半半掏挖基基础。全全掏挖基基础底板板增大会会导致主主柱直径径随之增增加，土土方量和和混凝土土耗量较较大、半半掏挖基基础主柱柱断面可可通过台台阶调整整，减小小主柱的的混凝土土量，但但土方开开挖量较较大。16第一讲杆杆塔基基础类型型简介嵌固式基基础：嵌固式基基础由于于可充分分利用岩岩石的抗抗剪能力力,使地基与与基础能能更好地地协同工工作，浇浇制混凝凝土无需需模板，，施工费费用较低低，因而而可大幅幅度地减减少材料料用量。。适用于于覆盖层层较浅或或无覆盖盖层的多多种风化化程度的的岩石地地基，其其特点是是底板不不配筋，，基坑全全部掏挖挖。具有有较强的的抗拔承承载能力力。该基础型型式在实实践中又又分为两两种锥度度和直柱柱两种形形式：锥度型坡坡度按1/6～1/8成孔，施施工较为为简易，，但基底底较宽时时混凝土土耗量很很大；直直柱型需需底部承承圆台型型，施工工凿挖略略有一定定难度，，但混凝凝土耗量量较锥型型小。17第一讲杆杆塔基基础类型型简介锚杆基础础：采用岩石石钻孔机机械成孔孔，然后后将底脚脚螺栓或或锚筋直直接插入入岩孔内内，用细细石混凝凝土与基基岩粘结结成一体体。这种种基础充充分利用用了岩石石自身的的强度，，具有挖挖方和弃弃渣量少少，材料料运输量量小，施施工简单单，施工工周期短短，钢材材和混凝凝土用量量少，节节省投资资，不破破坏山区区岩体和和植被的的完整性性，防止止水土流流失，保保护生态态环境等等特点。。主要用用在强风风化～微风化化的硬质质岩石地地基。锚锚杆基础础分为直直锚式基基础和群群锚式基基础。18第一讲杆杆塔基基础类型型简介桩基础基技规指指出：““桩在输输电线路路杆塔基基础中是是作为特特殊基础础来采用用的，主主要用于于软弱地地基或采采用深基基础的塔塔位”。。但近年年来，随随着施工工机械小小型化，，施工工工艺的提提高；施施工成本本下降，，以及对对环境保保护的重重视。在在电网建建设中应应用范围围逐步扩扩大。按按施工方方法分：：机钻成成孔桩和和人工挖挖孔桩。。机钻成孔桩桩类型有单桩、框架架桩、低、、高承台群群桩、微型型桩等多种形式式。人工挖孔桩桩是利用人人工挖孔，，桩径不受受钻头控制制，塔位不不受地形限限制，一般般在地形复复杂、场地地狭窄、高高差较大，，基础荷载载较大的塔塔位使用，，目前已成成为特高压压线路工程程的主要基基础类型。。桩基础施工工开挖量较较小，施工工对环境破破坏小，能能有效保护护塔基范围围的自然地地貌。但耗耗钢量较大大，成桩后后需专业检检测。19第一讲杆杆塔基础类类型简介20第一讲杆杆塔基础类类型简介基础选型的的主要原则则：结合工程地地形、地质质特点及运运输条件，，充分发挥挥每种基础础型式的特特点，针对对不同的地地形、地质质，选择不不同的基础础型式综合合分析比较较，科学、、合理选择择适宜的基基础型式；；充分利用原原状土地基基承载力高高、变形小小的良好力力学性能，，因地制宜宜采用原状状土基础。。对不良地基基，有针对对性地提出出特殊的基基础型式和和处理措施施。在满足安全全、可靠的的前提下，，尽量做到到经济、环环保。基础优化的的主要原则则：以结构受力力体系最合合理为优化化目标进行行整体优化化，主要考考虑充分利利用基础受受力体系的的特点，改改善基础结结构形式，，节约材料料消耗；在一定的基基础结构受受力体系下下，以造价价最低为优优化目标进进行局部优优化。以全线单公公里耗量为为目标，优优化各类型型基础配置置。积极采用新新工艺、新新技术，提提高基础设设计、施工工水平和效效率。21第二讲基础软件中中的数据内内容解析铁塔基础桩基础22第二讲基基础软件数数据内容解解析铁塔基础程程序模块铁塔类型(分项系数)实际是选择择对应塔型型的基础荷荷载的分项项系数取值值。与铁塔塔设计值荷荷载产生的的基础作用用力相呼应应(桩基承载力力为标准值值)。保证与杆杆塔一致的的安全度。。铁塔类型数数据为必选选，与基础础对应的塔塔型一致。。基础作用力力（kN）分腿式基础础，通常指指的单腿上上的基础作作用力；分分两组（上上拔和下压压）荷载及及相应的水水平力。杆塔的基础础作用力通通常按对应应塔型的最最大呼称高高、控制工工况下各腿腿的最大上上拔和下压压荷载计取取，但为基基础的经济济性，有时时也按呼高高分等级计计取。直线直线耐张悬垂转角转角、终端大跨越上拔重力式0.90.951.10其它1.11.31.6倾覆各类型1.11.31.6桩基各类型0.81.01.2523第二讲基基础软件数数据内容解解析小；根开越越大，共同同土体越小小，甚至为为零。上拔拔土体的承承载力越大大。一般工工程设计中中，取的是是塔腿的最最大根开的的基础作用用力和最小小根开的相相邻距离。。看是矛盾盾，但可保保证不同呼呼高的某一一塔型采用用同一基础础的安全可可靠度。对对桩基而言言，最小根根开需保证证桩间距3d的安全距离离。对整体式基基础（如筏筏片基础、、框架桩、、窄基塔、、钢管塔基基础等），，需按所有有腿的同一一控制工况况下的各腿腿基础实际际作用力计计取；相邻腿的最最小根开分腿式相邻邻基础，同同时受拔时时，如根开开较小，存存在一上拔拔土体相互互重叠的问问题。称之之为共同土土体，其大大小与基础础相邻的距距离有关；；根开越小小，共同土土体越大；；上拔土体体承载力越越24第二讲基础软件数数据内容解解析地质条件为方便用户户正确填写写地质参数数，程序作作了简捷的的输入界面面；用序号号信息代表表不同的地地质参数。。用户需根根据不同的的基础类型型对应选择择或输入。。地质参数的的正确与否否，直接影影响基础设设计成果。。设计者应应根据地质质报告和基基技规的有有关规定归归纳、分析析、判断，，合理选取取。参数过过于保守会会导致基础础耗量较大大、反之，，基础耗量量虽小，但但会导致基基础的不安安全性基础材料混凝土强度度等级（标标号）基础混凝土土强度最小小等级，按按基础类型型取值：普通基础：：C20；嵌固式基础础：C25、直锚或承台台式直锚基基础：C30普通桩基：：C25；微型桩：：C15腐蚀地区的的最小混凝凝土等级：：弱腐蚀地区区：C30；桩基：C35中腐蚀地区区：C35；强腐蚀地区区：C4025第二讲基础软件数数据内容解解析钢筋强度、、价格及优优缺点：钢筋fy(MPa)价格（元/吨）优点缺点HPB30027048801.现场加工方便；1.为圆钢，与混凝土的协同工作能力差；2.强度低；HRB33530049401.工艺技术成熟，强度高2.适宜做箍筋和构造筋；3.价格同HPB300，且比其更容易购买；无HRB40036050601.工艺技术成熟，强度高2.适宜做主筋；无HRB50043553501.强度高，为主要发展方向；价格略高，待工艺更加成熟，降低成本后可将其发展为主力钢筋。26第二讲基础软件数数据内容解解析不同钢筋级级别主筋和和箍筋组合合的基础耗耗量和费用用对比：立柱和桩最最小主筋直直径：12mm底板最小主主筋直径：：10mm岩石基础最最小锚筋直直径：16mm基础最小尺尺寸最小埋深：：500mm；冻土地区区应大于最最大冻结深深度；立柱最小宽宽度：400mm；底板最小厚厚度:200mm钢筋级别钢筋量(kg)造价(元)相对比例HRB335/HPB300205.61015.661HRB400/HRB335160.5812.130.867非高低立柱柱的露头一一般取200mm；常年内涝涝积水地段段应高出5年一遇洪水水位；原状土基础础埋深应扣扣除非原状状土厚度：：300～500mm基础几何尺尺寸优化组组合在同等承载载上拔力的的情况下，，基础立柱柱断面、高高度和底板板台阶宽度度、高度及及数量存在在一最佳优优化组合:程序按最小小造价为目目标进行了了优化，但但不一定是是最优；因因为材料价价格和施工工施工费用用变化的，，用户需27第二讲基础软件数数据内容解解析选适当的基基础埋深；；增加立柱柱断面；选适当的立立柱断面和和高度，调调整底板的的厚度；最后再考虑虑增加台阶阶数量。因因为断面混混凝土耗量量是平方级级的。断面面尺寸越大大，同等厚厚度下，混混凝土耗量量越大。其它基础优优化与此道道理相同，，不在多叙叙。注意随时进进行调整。。其次，基基础本身价价格最优，，不一定满满足施工或或地形、地地质条件、、环境保护护的要求；；需根据工工程实际进进行调整。。用户自身进进行调整基基础承载力力时，以台台阶式为例例：建议按按以下步骤骤调整基础础尺寸：首先选取立立柱最佳断断面；调整整立柱高度度：加大基基础埋深。。但注意极极限埋深，，当大于极极限埋深时时，效果不不是很明显显；28第二讲基础软件数数据内容解解析注意四腿的的轴向力方方向(即拔力或压压力）；按按程序坐标标轴所示填填写；切勿勿填错，导导致计算结结果失误。。地质参数：：极限侧摩阻阻力是影响响桩基稳定定承载力的的主要地质质参数；可可根据地质质报告选取取；或按桩桩基规范查查取；取值值应慎重。。几何尺寸桩径最小值值：300mm桩最小埋深深：6000mm桩基础程序序模块基础作用力力（kN）桩基础作用用力分别按按设计值和和标准值计计取；标准准值用于桩桩基的稳定定计算；设设计值用于于桩或承台台等结构的的强度计算算；基础作用力力的设计值值和标准值值最好按杆杆塔电算结结果计取。。当无相关关资料时，，可按程序序提供换算算经验系数数互换。框架桩按四四个塔腿填填写，29第二讲基础软件数数据内容解解析桩的长径比比：～30承台最小厚厚度：300bmm低承台桩最最小埋深：：600mm连梁高度：：0.8～1.0桩径连梁宽度：：0.6～1.0桩径；扩底桩扩底底直径与桩桩径之比不不应大于3；扩底桩扩底底端侧面斜斜率根据土土质按规范范计取；基础几何尺尺寸优化组组合桩体积是桩桩长和桩半半径的平方方关系；等等长的情况况下，桩径径越大，极极限摩阻力力随之提高高；混凝土土增量较快快，钢筋直直径和数量量可能减少少，但受最最小配筋率率控制时，，钢材量可可能增加；；等径的情情况下；桩桩长越大，，极限摩阻阻力影响较较小，混凝凝土增量较较小；钢材材量可能增增加，存在在一优化组组合；需多多方案比较较。30第三讲杆塔基础软软件扩充功功能构想特殊地段基基础复合基础类类型基础防护设设计基础设计工工作平台31第三讲杆塔基础软软件扩充功功能构想特殊地段基基础软件开开发国家电网根根据最新研研究成果，，最近编制制了架空输电线线路“风积积沙地区””、“戈壁壁碎石土地地基”、“