2016电网通用设计输电线路杆塔基础

电网通用设计（输电线路杆塔基础）2016年7月主要内容1.0

基础通用设计的意义、总体原则2.0

装配式基础通用设计3.0

基础通用设计1.0

目的、意义和总体原则为固化国家电网公司机械化施工管理与技术成果，遵循“先进性，专业化、标准化、

系列化”的原则，深入推广“标准化设计、机械化施工、流水式作业”的建设模式，基

建部开展基础通用设计，创新设计理念与方法，有效支撑机械化施工建设模式的推广应

用，提升输电线路工程建设的综合效益。1.0

目的及意义目前，输

电线路设计单位多，对规范程度不一，执行标准和把握尺寸参差不齐，往往将开挖类基础作为优先采用的基础型式，直接影响工程设计的经济合理性；另外，线路全过程机械

化施工试点建设工作稳步开展，机械化施工推广应用势在必行。因此，为提升工程建设

标准化水平，引导与推广环保型基础的应用，有必要针对掏挖基础、挖孔桩基础、岩石

锚杆基础等开展基础通用设计工作。基础通用设计将有利于实现线路基础机械化施工，减少施工现场人力投入，提高施工机械化程度；有利于掏挖基础、岩石锚杆基础等环保型基础的推广应用，提升工程建设经济、环保效益，对电网标准化建设具有重要意义。2.0

装配式基础通用设计总体原则相关研究设计条件与模块划主要设计原则与方法加工及施工要求通用设计使用说明综合效益及工程应用实例2.1

总体原则输电线路装配式基础根据输电线路全过程机械化施工技术体系的指导原则，以全寿命周期的理论和方法为指导，统筹考虑采购加工、材料运输、现场施工、物资储备等工程建设各环节的主要特点，做到安全可靠、快速高效、规格通用、方便施工。2.1

总体原则安全可靠：采用合理的基础选型和设计方案，保证基础施工和工程运行安全可靠。快速高效：优选基础型式，有利于结构工厂化预制、标准化批量Th产，现场快速拼装施工，缩短工程建设时间。2.1

总体原则规格通用：简化不同基础结构中构件和连接件的规格，便于基础储备、加工和施工。方便施工：优化基础结构，减少现场构件焊接，有利于施工工艺标准化，提高施工质量和效率。2.2

相关研究选型(a)

全金属材料(b)预制混凝土块材料(c)混凝土板条与型钢组合材料(d)偏心的混凝土板条与型钢组合材料装配式基础成套技术施工设计模板加工、安装钢筋制作与安装预留孔、预埋件安装固定混凝土浇筑、养护模板拆除质量检验成品存放加工准备原材料质量检验2.2

主要研究内容输电线路装配式杆塔基础应用情况调研输电线路装配式杆塔基础下压受力特性及计算方法研究输电线路装配式杆塔基础防腐蚀研究输电线路偏心装配式基础试验研究2013年，为全面了解近年来输电线路装配式基础的应用情况，公司基建部开展了系统内调研。2.2.1装配式杆塔基础应用情况调研2.2.1装配式杆塔基础应用情况调研为了合理确定输电线路装配式基础通用设计的技术条件，使得基础通用设计具有良好的适应性和先进性，工作组先后开展了铁路系统及其他行业调研、网省公司应用情况书面调研、装配式基础在输电线路灾后抢修工作中应用情况调研、以往真型试验调研，主要结论如下：输电线路装配式基础在省公司应用的比例较低，多用在单回路、低电压等级的直线塔输电线路中；装配式基础主要用在粘性土、砂质土、冻土等地质条件下方便运输的输电线路工程中；应用装配式基础的输电线路基本无腐蚀性，在腐蚀地区采用环氧沥青涂层、涂刷防腐漆或柔性玻璃钢等防腐措施；应用装配式基础的类型主要为混凝土板条型钢组合装配式基础、预制混凝土基础、型钢装配式基础；装配式基础构件间连接方式为普通螺栓连接，基础通过地脚螺栓与上部杆塔结构连接；装配式基础的工程应用制约因素在于输电线路工程复杂装配式基础应用范围有限，且存在运输吊装困难，设计方法不成熟，施工工艺复杂等不利因素。为了合理确定输电线路装配式基础通用设计的技术条件，使得基础通用设计具有良好的适应性和先进性，工作组先后开展了铁路系统及其他行业调研、网省公司应用情况书面调研、装配式基础在输电线路灾后抢修工作中应用情况调研、以往真型试验调研，主要结论如下：2.2.2 基础下压受力特性及计算方法研究p

fa/

rfrfamaxp

1.2

f /

pmin

0A Wy Wxp

F

GG

Mx

M

ymax露高砼板条砼横梁角钢支架F

G M M

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x

A Wy WxaP

N

fA板条底板面积A：?底板投影面积n*b*L?底板包围的整体面积B*L（1）

理论研究45°+φ/245°-φ/2o普朗特尔公式的滑动面形状装配式基础的极限承载能力分析模型3.2.2试

验装配式基础的地基浅层潜在滑动面形状地基土极限承载力理论表明，板条下塑性区扩展及相邻板条间应力相互叠加，存在土拱效应，近似等效为刚性体，共同抵抗上部荷载。（2） 数值模拟（3)

计算云图位移云图应力云图无垫层有垫层无垫层有垫层有垫层时，浅层土体受力基本均匀。（4）

现场试验3.2.2试

验混凝土板条试验（安徽绩溪）金属板条试验（北京房山）金属板条试验（北京房山）混凝土板条试验（安徽绩溪）1002002001005010050100501005010050

100850100100150150

100150100100 15010015013503003001001002001002001002001002001002001600100100

100100100100100100100100

1001100225225375375450450a)板条间距50mmb)板条间距100mmc)板条间距150mmd)板条间距200mm450450不同间距条件下的金属板条、混凝土板条的下压试验。监测不同深度、不同位置处的土压力变化规律。1002002003003001001001001001001001001001001001001100埋深较浅时（-100mm），板条空隙处的土压力值均显著小于板条下土压力值；随着埋深逐渐增加(-300mm)，差值逐渐减小；深较深时（-500mm），土压力值基本相等。3.2.2试

验1）理论研究：相邻板条间存在土拱效应，可近似将浅层土体等效为刚性体。2）数值模拟：有垫层条件下，板条下与中空处的位移或应力基本一样。3）现场试验：底板板条土压力盒埋深达到混凝土板条宽度的2.5~3倍时，各点处的压力分布相对比较均匀；特别是埋深达到5倍板条宽度时，压力分布的差别可忽略不计。装配式基础底板为型钢板条或混凝土板条时，下压计算应按照底板板条包围的整体面积B*L进行计算。2.2.3

装配式基础防腐研3.2.究3

防

腐腐蚀技术材料选择连接件施工工艺与质量控制工程模拟条件：砂埋、浸水、干湿循环检测方法：试块在60d、120d、180d、270d、360d的力学性能与耐久性。土工布＋沥青高氯化聚乙烯喷涂聚脲环氧树脂405060d120d0.50.70.6（1）混凝土防腐：环氧树脂0103020抗压强度

/MPa180d270d360d0.40.30.20.10抗渗压力

/MPa60d120d180d270d360d度比图抗压强对抗渗压力对比图（2）

钢材防腐普通钢（1）工程模拟条件：浸水、砂埋、浸水+砂埋循环和浸水干湿循环；（2）检测方法：研究其腐蚀后形貌特征及力学性能。耐候钢镀锌钢镀锌耐候钢(a)普通角钢 (b)耐候角钢 (a)普通角钢 (b)耐候角钢角钢防腐：镀锌((e)镀锌普通角钢+环氧煤沥青(f)镀锌耐候角钢+环氧煤沥青(g)普通角钢+聚脲(h)镀锌普通角钢+聚脲c)镀锌普通角钢

(d)镀锌耐候角钢

(c)镀锌普通角钢

(d)镀锌耐候角钢(e)镀锌普通角钢+环氧煤沥青(f)镀锌耐候角钢+环氧煤沥青(g)普通角钢+聚脲(h)镀锌普通角钢+聚脲角钢样品腐蚀条件屈服强度（MPa）断裂伸长率（%）普通角钢盐溶液长期浸泡46932普通角钢盐沙层长期埋置49926普通角钢盐溶液+干湿循环47529普通角钢盐沙层+干湿循环41826耐候角钢盐溶液长期浸泡47928耐候角钢盐沙层长期埋置50826耐候角钢盐溶液+干湿循环45934耐候角钢盐沙层+干湿循环44225装配式基础连接件包括：与铁塔相连的地脚螺栓、连接各构件间的螺栓与螺母等。地脚螺栓一般不做热镀锌防腐处理要求。如在腐蚀严重的地区或者沿海地区使用，可进行镀锌。螺栓与螺母等连接件采用热浸镀锌层防腐。防腐措施序号腐蚀等级防腐蚀措施1强采用热浸镀锌角钢，外涂聚脲涂层，表面渗锌螺栓。2中采用热浸镀锌角钢，外涂环氧煤沥青，热浸镀锌螺栓。3弱、微采用热浸镀锌角钢，普通螺栓。序号腐蚀等级防腐蚀措施1强预制构件采用三掺C40混凝土；垫层混凝土最低强度等级C25，最小厚度100mm。2中预制构件采用三掺C35混凝土；垫层混凝土最低强度等级C25，最小厚度100mm。3弱预制构件采用三掺C30混凝土；垫层混凝土最低强度等级C20，最小厚度100mm。4微可不考虑防腐措施，按照常规设计。（1）钢构件采用热镀锌钢材。（2）连接螺栓：弱腐蚀环境条件下采用普通镀锌螺栓；中等腐蚀环境条件下采用不锈钢螺栓。（3）混凝土板条：根据不同腐蚀环境参考《工业建筑防腐蚀设计规范》选择相应的水泥品种和外加剂。（4）基础角钢支架、连接螺栓及混凝土板条外表面均涂刷环氧涂料，弱腐蚀环境条件下涂刷厚度≥300μm，中等腐蚀环境条件下涂刷厚度≥500μm。（5）微腐蚀地区基础下铺设100mm厚碎石垫层，弱腐蚀地区基础下铺设100mm厚C20素混凝土垫层，中腐蚀地区铺设100mm厚沥青混凝土垫层。2.2.4

偏心装配式基础实验研究在结构型式上，型钢支架倾斜设置，支架顶点在基底的投影点与基底中心不重合；在连接方式上，型钢支架与上部塔腿间采用类似插入式连接，通过十字焊接板和螺栓将塔腿主斜材与基础支架支腿连接，连接方式简洁，省去了塔脚板及支架顶部的连接钢板。底板3.12m×3.12m，埋深3.13m3.2.2试

验试验研究内容十字焊接板性能？进行真型试验验证偏心支架装配式基础的受力性能？施工流程a）基坑开挖a）基坑开挖b）浇筑垫层b）浇筑垫层c）组装底板与横梁c）组装底板与横梁d）组装支架d）组装支架e）回填夯实e）回填夯实与塔材角度一致的上拔试验试验加载工况与杆塔受荷状态及方向一致，分别在主材、正面斜材、侧面斜材等3个方向施加。与塔材角度一致的下压试验试验加载工况与杆塔受荷状态及方向一致，分别在主材、正面斜材、侧面斜材等3个方向施加。3.2.2试

验竖向上拔+水平工况试验上拔试验与塔材角度一致的上拔试验竖向上拔+水平工况试验与塔材角度一致的下压试验31002792应力图型钢支架应力较小，处于弹性状态，自身未出现破坏；短腿型钢支架的顶端与底端应力较大，长腿型钢支架的中部应力较大，设计时需加强。5000380017°2485(地表裂缝平均半径)3000.2试

验基础变形图3120(a)地表裂缝图 (b)地表裂缝分布 (c)基础上拔角先出现地表隆起现象，逐渐形成以基础为中心的环向裂缝，但塔腿受拉方向的裂缝宽度（5m）显著大于另一侧的裂缝宽度（3.8m）。根据地表裂缝位置经反算得到基础上拔角α为17度。十字焊接板受压试验当荷载达到1512kN时，出现12根8.8级M20螺栓剪切断裂。根据DL/T5154，12根8.8级M20承剪承载力计算值为1206kN。QS曲线呈线性构件处于弹性状态试验结论（1）基础真型试验：满足设计荷载要求。（2）十字焊接板试验：十字焊接板构件始终处于弹性工作状态。（3）在工程应用时要增加连接螺栓数量或提高连接螺栓强度。斜置角锥支架的偏心装配式基础通过支架布置型式与连接方式上的优化，基础受力更加合理、有效节约钢材用量，通过试验验证，可在线路工程中推广应用。2.3

设计条件与模块划分设计条件地质、地形条件基础作用力模块划分（1）结构型式(2)

模块划分2.3.1

设计条件设计条件包含电压等级、地形条件、地基土类别及力学参数及基础作用力。（1）

电压等级及地形条件电压等级110kV220kV330kV500kV750kV地形条件不受地下水影响的平地、丘陵腐蚀环境不得在强腐蚀地区使用（2）

地基土类别及力学参数地基土组别地基土类别承载力特征值土容重上拔角宽度修正系数深度修正系数临界深度/底板宽fak(kPa)γ(kN/m3)αηbηdhc/B1黏土及粉质黏土、粉土12016200.31.522砂石土200172534.43（3）

地形、地质条件地质条件：除岩石外的其他土体。地形条件：平地或丘陵等。地下水要求：基底以上无地下水。（4）基础作用力基础作用力涵盖了国家电网公司输电线路通用设计110kV单双回路、220kV单双回路、330kV单双回路、500kV单双回路与750kV单回路直线杆塔的基础作用力。根据国家电网公司输电线路通用设计杆塔基础作用力进行分组设计，国家电网输电线路通用设计杆塔基础作用力范围见表5.1-3。电压等级塔型T/kNN/kN110kV单双回路直线塔101-677126-777220kV单双回路直线塔136-921184-1116330kV单双回路直线塔189-1781251-2213500kV单双回路直线塔356-2705444-3445750kV单回路直线塔532-2383736-28082.3.2

模块划分国外输电线路（1）

结构型式加拿大某输电线路采用的钢格构装配式基础老挝某115kV输电线路工程中全金属钢结构装配式基础在国外低电压等级的输电线路工程中，装配式基础结构型式简单，组装便利，施工便捷。美国电力公司试验装配式基础结构美国电力公司先后在粗粒土中开展了27个现场试验，并应用到了IEEE规范中。国内铁路行业（1）

结构型式国内通信塔基建筑塔吊基础全金属装配式基础220千伏早广线（1975年投运、2013年线路改造，应用1基）220千伏金丹1、2号线接入长湾变线路（2006年投运，应用1基）混凝土板条与角钢组合的装配式基础220kV塔中-且末输电线路工程，220kV台远-塔中输电线路工程预制混凝土基础青藏±400kV直流联网工程（青海段）、格尔木~拉萨±400kV直流输电线路工程

国内常用装配式基础型式

(a)直柱固结型

(b)直柱胶结型

(c)底脚直埋型

(d)主材直插型

装配式基础类型（从连接方式分类）装配式基础类型（从材料角度分类）(a)

全金属材料(b)预制混凝土块材料(c)混凝土板条与型钢组合材料(d)偏心的混凝土板条与型钢组合材料基础型式基础型式：全金属装配式基础、混凝土板条与角钢支架组合的装配式基础(a)金属基础(b)混凝土板条基础(c)偏心混凝土板式基础（2）

模块划分根据电压等级、基础型式、地基土类别等参数确定装配式基础通用设计模块，基础模块命名原则。基础埋深，单位分米基础底板宽度，单位分米地基土类别，1、2、3基础型式，A、B电压等级，1、2、3、5、7模块划分命名原则模块从左到右字符选取原则，首字符取电压等级首个数字（1、2、3、5、7）表示电压等级；第二个字符取基础型式，A代表金属技术，B代表混凝土板条基础；第三个字符取地基土类别，1代表黏土及粉质黏土、粉土，2代表砂土，3代表碎石土；第四个字符取基础埋深，两位数，单位为分米；第五个字符取基础底板宽度，两位数，单位为分米。装配式基础通用设计包括7个模块、21个子模块、262种基础型式，其中1A、1B、2A、2B等4个模块由浙江院设计，3B模块四川咨询公司和浙江院联合设计、5B、7B等2个模块由四川咨询公司设计，模块划分见表5.2-1。装配式基础通用设计模块划分模块号子模块号 电压等级（kV） 基础型式地基土类别适用地形适用塔型1A1A1110金属基础黏土及粉质黏土、粉土不受地下水影响的平地、丘陵直线塔1A2砂土1A3碎石土1B1B1110混凝土板条基础黏土及粉质黏土、粉土不受地下水影响的平地、丘陵直线塔1B2砂土1B3碎石土2A2A1220金属基础黏土及粉质黏土、粉土不受地下水影响的平地、丘陵直线塔2A2砂土2A3碎石土2B2B1220混凝土板条基础黏土及粉质黏土、粉土不受地下水影响的平地、丘陵直线塔2B2砂土2B3碎石土3B3B1330kV混凝土板条基础黏土及粉质黏土、粉土不受地下水影响的平地、丘陵直线塔3B2砂土3B3碎石土5B5B1500混凝土板条基础黏土及粉质黏土、粉土不受地下水影响的平地、丘陵直线塔5B2砂土5B3碎石土7B7B1750混凝土板条基础黏土及粉质黏土、粉土不受地下水影响的平地、丘陵直线塔7B2砂土7B3碎石土模块划分结果汇总110kV直线塔，设计6个子模块、64种基础；220kV直线塔，设计6个子模块、76种基础；330kV直线塔，设计3个子模块、42种基础；500kV直线塔，设计3个子模块、43种基础；750kV直线塔，设计3个子模块、37种基础。2.4 主要设计原则与方法结构型式设计原则基础稳定计算原则基础上拔稳定按土重法计算，水平力折减系数按现浇基础考虑。基础下压计算时，假定基底反力呈线性分布，按底板整体面积进行计算。2.4.1.2

构件设计计算原则钢结构计算：角钢支架按桁架结构进行受力计算，金属基础底板槽钢主次梁按受弯梁计算，槽钢构件截面保持平面假定。混凝土板条计算：基础混凝土梁构件和槽钢构件截面应变保持平面假定，设计中不考虑混凝土受拉情况抗拉承载力，混凝土梁构件正截面承载力按平截面假定基础上的极限平衡法计算。2.4.2

设计方法基础设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用可靠度指标度量基础与地基的可靠度，在规定的各种荷载组合作用下或各种变形的限值条件下，满足线路安全运行的要求。2.4.3

材料选用角钢采用Q235B碳素结构钢和Q345B低合金高强度结构钢及Q420-B级高强角钢，槽钢采用Q345B低合金高强度结构钢；混凝土强度等级不小于C35；普通螺栓采用6.8级和8.8级热浸镀锌螺栓和螺母；地脚螺栓采用Q345优质碳素钢、35号优质碳素钢和42CrMo合金结构钢；钢筋采用HPB300和HRB400级钢筋。2.5

加工、施工技术要求2.5.1

技术标准钢构件加工应参照《输电线路铁塔制造技术条件》（GBT

2694）执行；混凝土构件加工应参照《预制混凝土构件质量检验评定标准》（GBJ

321）执行。（3）基础施工应遵照《110～750kV架空送电线路施工及验收规范》（GB

50233）执行，采用吊车等大型设备施工尚应遵守《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》（JGJ

276）的相关规定。2.5.2

一般要求一般材质钢构件加工厂应具有110kV及以上角钢塔加工资质，高强钢材质钢构件加工厂应具有220kV及以上角钢塔加工资质。混凝土构件根据加工地点的不同分为现场预制和工厂预制。一般工程宜采用工厂预制，并优先采用模具制造。现场预制应征得业主单位同意，并采用具有足够刚度的钢模板。构件加工企业应具备相应的资质等级要求，并建立完善的预制构件Th产质量管理体系，具有必备的放样、加工Th产、试验检测能力。2.5.2

一般要求构件加工前应进行技术交底，并由加工企业放样和编制构件加工图，内容包括零件图、预制构件模具图、配筋图、预埋吊件及有关专业预埋件布置图等。预埋吊件的位置、型式和承载力应取得基础安装单位的认可。构件在厂内应进行必要的试验和检验，做好试验和检验记录以备追溯，构件出厂前应进行全基础试组装，经设计和监理认可后方可出厂交付。2.6

通用设计使用说明2.6.1

基础型号说明基础名称由两部分组成：模块代号—基础底板宽—基础埋深。基础的板宽和埋深以分米为单位表示。例如5B1-3524表示适用于500kV输电线路的装配式基础，基础型式采用混凝土板条与型钢支架组合的装配式基础，适用的地基土为粘土及粉质粘土和粉土，基础底板宽为3.5m，埋深为2.4m。2.6

通用设计使用说明2.6.2

装配式基础的选用在确定线路电压等级后，根据地形、地质条件、基础作用力大小，选择合适的基础。下压基础只要在杆塔无论哪种工况条件下，其最大上拔力及对应的水平不大于与基础能