第十一章杆塔基础设计课件

第十一章杆塔基础设计第十一章杆塔基础设计1输电杆塔及基础设计主讲：陈祥和电话电杆塔及基础设计主讲：陈祥和电话：139726033612第一节概述

一、杆塔基础的分类及其要求1、杆塔基础的作用：

电杆：保证不下沉、不倾覆；整体铁塔基础：保证不下沉、不倾覆分体铁塔基础：保证不上拔、不下沉、不侧移。2、基础的分类

(1)按基础抵抗力分①上拔类基础②下压类基础承受上拔力，兼受较小的水平力。承受下压力，兼受较小的水平力。③上拔、下压类基础既承受上拔力又承受下压力，兼受较小的水平力。第一节概述一、杆塔基础的分类及其要求2、基础3

④倾覆类基础承受倾覆力矩，无拉线电杆基础、整体式铁塔基础和宽身铁塔的联合基础等。

（2）按施工特点分

①装配式基础，由预制件现场装配面成，如混凝土构件、金属构件或混合结构。一般用在缺水及砂石难采集的地区和需加快建设进度的工程。②现场浇筑基础此类基础具有较强的抗上拔、下压能力，适用于施工条件较好的大强度基础，是目前用得较多的基础。根据基础的变形状态又刚性基础和柔性基础，刚性基础底板不变形，柔性基础可随土壤变形。④倾覆类基础4图1装配式基础图2现浇基础(a)刚性基础(b)(c)柔性基础图1装配式基础图2现浇基础(a)刚性基础(b)5③桩基础在输电线路中，当地基的软弱土层较厚时，采用常规基础不能满足地基变形、强度要求或采用桩基础优点明显时，可采用桩基础。桩基础分为爆扩桩、混凝土灌注桩和钢筋混凝土预制桩。a.岩石锚桩基础(如图3)b.爆扩桩基础（如图4）c.灌注桩基础（如图5）（3）按基坑开挖方式分。①大开挖基础大开挖基础是预先挖好基坑，然后浇筑混凝土并用开挖的扰动土回填夯实基础。抗上拔能力差。

③桩基础（3）按基坑开挖方式分。①大开挖基础6②掏挖扩底基础（如图6）掏挖扩底基础用机械或人下工掏挖成形的土胎。取消了模板及回填土的工序，节省材料和加快施工速度，抗上拔能力增强（4）按基础与铁塔连接方式分①地脚螺栓类基础。②插入式基础（或斜插式基础）省去了地脚螺栓和塔脚，受力性能好。缺点是施工精度要求高②掏挖扩底基础（如图6）掏挖扩底基础用机械或人下工掏挖73、对基础的要求⑴根据杆塔作用力的不同。必须保证不上拔、不下沉、不倾斜⑶基础的材料、地质条件的要求⑵基础本身要有足够强度3、对基础的要求⑴根据杆塔作用力的不同。必须保证不上拔、8

二、杆塔基础的设计原则及内容1.杆塔基础的计算内容(1)承载力的计算（基础稳定计算）包括上拔承载能力、下压承载能力、抗倾覆能力(2)基础的强度计算

2．基础极限状态表达式（稳定计算）(1)基础上拨和倾覆稳定极限状态表达式γfTE≤A（γK、γS、γC．．．）式中γf—基础附加分项系数，按表11—1取值；TE－基础上拨或倾覆外力设计值；A（γK、γS、γC．．．）—基础上拨或倾覆承载力函数；γK—几何参数；二、杆塔基础的设计原则及内容9γs、γc—土及混凝土有效重度设计值（取土及混凝土的实际重度）。当位于地下水位以下时，取有效重度。(2)地基承载力极限状态表达式（抗下压稳定）①当轴心荷载作用时P≤fa/γrf

式中P—基础底面处的平均应力设计值；fa—修正后的地基承载力特征值；γrf—地基承载力调整系数，宜取γrf＝0.75。

γs、γc—土及混凝土有效重度设计值（取土10②当偏心荷载作用时,应满足下两式的要求：P≤fa/γrf

Pmax≤1.2fa/γrf

式中Pmax－基础底面边缘的最大压应力设计值。

三、地基土（岩）的力学性质

1．土的计算容重γs基础底面以上土的加权平均容重。2．土的内摩擦角φ和β土的内摩擦角φ（0）；土的计算内摩擦角β（0）

3．土的上拔角α

｝同时满足4.土压力参数m

γs，β，α，m查表11－2。②当偏心荷载作用时,应满足下两式的要求：｝同时11

4．地基承载力特征值

(1)地基承载力特征值(土允许承受的压力)Pak由土的种类和状态决定，查附表14(2)修正后的地基承载力特征值fa

当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，地基承载力特征值尚应按下式修正：fa＝fak+ηbγ（b－3）+ηdγs(h0－0.5)式中γ－基础底面以下土的天然容重，kN/m3；γs－基础底面以上土的加权平均容重，按表

11－2查取，kN/m3；ηb、ηd－基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表11－3确定；

h0－基础埋置深度，从设计地面起算。

4．地基承载力特征值12

第二节倾覆基础计算

一、电杆倾覆基础如图所示，电杆倾覆基础的作用是保证电杆在水平荷载作用下不倾覆。抵抗倾覆保持电杆稳定有三种方法：无卡盘倾覆基础

只靠电杆埋入地下部分的被动土压力抵抗倾覆力；带上卡盘倾覆基础除电杆埋入地下部分的被动土压力抗倾覆外，在地面以下1／3埋深处加上卡盘抗倾。带上、下卡盘倾覆基础当电杆受总的水平荷载过大，致使加装的上卡盘度较大，卡盘结构不合理时，可加装下卡盘。

第二节倾覆基础计算13(一)无卡盘倾覆基础

只靠电杆埋入地下部分的被动土压力抵抗倾覆

力；

（a）无卡盘(b)带上卡盘(c)带上下卡盘

图3倾蕧基础(一)无卡盘倾覆基础图3倾蕧基础141、不带卡盘倾覆基础的稳定条件γfS0≤SjγfTE≤A（γK、γS、γC．．．）或γfH0S0≤Mj

式中Sj—基础的极限抗倾覆力，kN；MJ—基础的极限抗倾覆力矩，kN.m；S0—杆塔水平作用力设计值总和，kN；H0—S0作用点至设计地面处的距离，m；γf—基础附加分项系数，按表11－1查取。1、不带卡盘倾覆基础的稳定条件15

2、基础极限抗倾覆力矩MJ的计算，由土力学可知：=mh如图：被动土抗力t=mt，h=mh0令E=x1+x2，则

2、基础极限抗倾覆力矩MJ的计算，16令，有t=h0则

x2=E－x1=E－E2=E(1－2)因此基础的极限抗倾覆力SJ:

SJ=x1－x2=E2-E(1－2)＝E（22－1）即SJ＝E（22－1）将x1、x2对地面取矩得：MJ=x2(h0－h2)－x1t并将x1、x2、t的算式代入上式经整理得：第十一章杆塔基础设计ppt课件17令，并将E代入上式得:极限倾覆力矩MJ

3、基础极限抗倾覆力SJ

令

令，并将E代入上式得:18式中m－土压力系数，kN/m3，按表11－2取值；bJ－基础的计算宽度。(1)基础计算宽度bJ

①单柱电杆(如图4)bJ=K0b0；式中b0—基础实际宽度，对电杆b0等于电杆直径D；K0—基础宽度增大系数，可按下式计算，也可从表11－5中查取，图4极限倾覆力SJ图4极限倾覆力SJ19式中－土壤侧压力系数，粘土取0.72,亚粘土或亚砂土取0.6,砂土取0.38。β－土的计算内摩擦角②双柱电杆（如图5）当双柱电杆中心距L≤2.5b0时，基础计算宽度取下两式中的小者bJ＝（b0+Lcosβ）K0

bJ＝2b0K0

图5当β＝0,bJ＝(b0+L)K0当β＝900,bJ＝2(b0+0)K0=2b0K0极限值：式中－土壤侧压力系数，粘土取0.72,亚粘土20

SJ=E（22－1）

计算θ将下两式联立求解得假定一个η，可计算一个θ，并将、、制成表格（如表11－6），以便查用。(2)SJ=E（22－1）计算θ得假定一个η，可计算一21（二）带上卡盘倾覆基础

1、加上卡盘的条件：当γfS0＞SJ应在地面以下1／3埋深处加上卡盘，如图所示。2、带上卡盘倾覆基础的稳定计算加上卡盘后应满足γfS0≤Pk+SJ

即Pk＝γfS0－SJ

式中Pk－上卡盘抗倾覆力问题落在加上卡盘后抗倾覆力SJ的计算3、加上卡盘抗倾覆力SJ

（二）带上卡盘倾覆基础22

加上卡盘后SJ计算方法以不加卡盘计算方法基本一样，不同的是计算θ的公式不一样。经推导，应下式计算：F算式中的参数均为已知，假定已知参数便可计算一个F值，解出一θ，列于表11－7中，以备查用。加上卡盘后SJ计算方法以不加卡盘计算方法F算式中的参23

4、卡盘长度的计算取上卡盘为一隔离体（如图6所示），作用在隔离体上的力有：顶面土压力顶面摩擦力f1=N1f=N1tg

底面土压力

底面摩擦力f2=N2f=N2tg

被动土抗力X2=my1l1b图6(σ＝mh)4、卡盘长度的计算顶面土压力顶面摩擦力f1=N1f24X＝0，取得上卡盘长度：

式中m—被动土压系数；y1—卡盘抗倾覆力作用点至地面的距离；f－地基土与基础面的摩擦系数，f＝tg；γ－基础底面计算容重，kN/m3；

5、卡盘实际长度上卡盘的实际长度l应为计算长度l1加上卡盘位置处的电杆直径D，即：X＝0，取得上卡盘长度：式中m—被动土压系数；5、卡25（三）带上、下卡盘倾覆基础

当电杆受总的水平荷载过大，致使加装的上卡盘长度较大，卡盘结构不合理时，可加装下卡盘。PJ由上、下卡盘共同承担取MB=0,得

上卡盘抗倾覆力取MA=0,得

下卡盘抗倾覆力1、上、下卡盘抗倾覆力的计算(SJ不带卡盘时抗倾覆力)PJPJ（三）带上、下卡盘倾覆基础PJ由上、下卡盘共同承担取M262、上下卡盘长度的计算上卡盘下卡盘2、上下卡盘长度的计算上卡盘下卡盘27（四）卡盘的强度计算（1）卡盘承受的荷载承受匀布荷载：以上卡盘为例弯矩（卡盘应承受双向弯矩）：（2）内力剪力：图7（四）卡盘的强度计算（1）卡盘承受的荷载承受匀布荷载：以28式中M—设计弯矩；

l－卡盘实际长度；D－卡盘位置处电杆的直径。（2）卡盘的配钢筋计算式中h0—卡盘有效高度；fy—钢筋强度设计值；0.875—根据经验确定的内力臂系数。①纵向受力钢筋式中M—设计弯矩；（2）卡盘的配钢筋计算式中h0—29②箍筋

当设计剪力V≤0.7ftbh0时，按构造要求配置箍筋。否则按下式配置箍筋。式中n—在同一截面内箍筋的肢数；Asv1—单肢箍筋的截面面积；S—沿卡盘长度方向上箍筋的间距；V—设计剪力；ft—混凝土抗压强度设计值；fyv—箍筋抗拉强度设计值。②箍筋当设计剪力V≤0.7ftbh0时，按构造要求式30例11－1某无拉线单杆直线电杆基础，已知土壤为中砂土，其容重γs＝17kN／m3，计算内摩擦角β＝350，土压力参数m＝63kN／m3。大风情况下，水平荷载的合力S0＝6.5kN，其合力作用点高度H0＝6.6m，电杆埋深h0=2.2m，电杆腿部外径D=0.43m（即b0）。解：一、抗倾覆稳定验算

计算公式符号见P173面

1、计算基础的计算宽度bJ

根据h0/b0和中沙查表11－5得K0＝1.41bj=K0b0=1.41×0.43＝0.606m例11－1某无拉线单杆直线电杆基础，已知土壤为中砂312、计算μη＝H0/h0=6.6/2.2=3查表11－6得μ＝12.6

3、抗倾覆稳定验算查11－1得基础附加分项系数γf＝1.1γfH0S0＝1.1×6.6×6.5＝47.19kN.m>Mj=32.26kN.m需要加卡盘二、加上卡盘后的抗倾覆稳定验算1、设卡盘位置y1=h0/3=2.2/3=0.73m，并选择卡盘截面为b×h=0.3×0.2求θ2、计算μ32查表11－7得θ＝0.643、计算SJ

SJ=x1－x2=E2-E(1－2)＝E（22－1）

（如图11－8，SJ＝x1－x2，x1、x2见11－8、11－9式）（1）计算E（P173）（2）计算基础的极限倾覆力SJ=E（22－1）＝92.39（2×0.642－1）＝－16.7kN4、计算上卡盘的抗倾覆力PKPK＝γfS0－SJ＝1.1×6.5－（－16.7）＝23.85kN5、计算卡盘长度卡盘的截面尺寸为b×h=0.3×0.2查表11－7得θ＝0.64337、卡盘实际长度