铁塔基础计算与优化Word下载.docx

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当偏心荷载作用时，除符合式上式要求外，尚应符合下列要求：

Pmax≤1.2f

Pmax－作用于基础底面边缘的最大压应力标准值（N/m2）。

下面以鼓型铁塔7718（18m）基础为例，在普通地质条件下（无地下水），以埋深为主控制条件，皆在刚好满足上拔力的条件下进行计算，讨论采用深埋与浅埋的优化设计结论。

1、设计条件（土重法）

A、控制气象条件如下：

气象条件

项目

温度

（℃）

风速

（m/s）

冰厚

（mm）

最低气温

-40

最大风速

-5

30

覆冰

10

B、塔型：

7718（18m），使用导线LGJ-240/40,安全系数2.75，避雷线GJ-50,安全系数3.75,转角60°

，根开5032m，经计算拉腿（仅考虑拉腿）标准值（单位：

kN）。

上拔力:

T=393.6，上拔力时X方向水平力:

Tx=47.6，上拔力时Y方向水平力:

Ty=2.2。

下压力:

N=89.2，下压力时X方向水平力:

Nx=10.0，下压力时Y方向水平力:

Ny=21.6。

C、地质参数:

土层数:

2第1层：

土壤类型:

回填土，土层厚:

0.5m，土壤的计算容重:

15.0kN/m3，土壤的计算浮容重:

10.0kN/m3，地基承载力标准值:

100.0kN/m2，土壤的计算上拔角:

15.0度。

第2层：

粉土，土层厚:

5.0m，土壤的计算容重:

17.0kN/m3，土壤的计算浮容重:

10.0kN/m3，地基承载力标准值:

170.0kN/m2，土壤的计算上拔角:

25.0度。

混凝土的容重:

22.0kN/m3，钢筋混凝土的容重:

24.0kN/m3。

2、埋深3.2米的基础

采用台阶式基础（见图1）：

图1

⑴、上拔稳定计算:

上拔稳定设计系数:

γR1=2.5γR2=1.5

TA＜[T]（393.6kN＜399.655kN）

设计满足要求。

⑵、下压稳定计算:

P＜f（70.68kN/m2＜210.8kN/m2）

Pmax＜1.2*f（99.18kN/m2＜252.96kN/m2）设计满足要求。

单拉腿钢筋混凝土的体积：

Vt=7.26m3

单基钢筋混凝土的体积：

Vf=7.26×

4=29.04m3（假设四腿等大）。

经配筋计算基础钢筋总重量：

1070（kg）。

3、埋深2.85米的基础

采用台阶式基础（见图2）：

图2

TA<

[T]（393.6kN<

394.152kN）设计满足要求。

P<

R（60.61kN/m2<

195.13kN/m2）

Pmax<

1.2*R（76.7kN/m2<

234.15kN/m2）设计满足要求。

Vt=9.74m3

Vf=9.74×

4=38.96m3（假设四腿等大）。

984（kg）。

4、埋深2.45米的基础

采用深埋台阶式基础（见图3）：

图3

[T]（393.6kN<

397.81kN）

P<

R（54.0kN/m2<

184.81kN/m2）

Pmax<

1.2*R（64.77kN/m2<

221.77kN/m2）

Vt=13.47m3

Vf=13.47×

4=53.88m3（假设四腿等大）。

698（kg）。

5、对比分析

表1　铁塔基础计算结果一览表

名　称

基础上拔抵抗力/kN

需用混凝土/m3

需用钢筋/kg

底面宽度/m

需挖深度/m

需挖土石方量/m3

图1

399.655

29.04

1070

2.8

3.20

25.1

图2

394.152

38.96

984

3.3

2.85

31.0

图3

397.81

53.88

698

3.6

2.45

31.8

通过以上几种不同埋深的基础计算对比可以得出：

⑴、在普通土质且基础上拔力基本相同的请况下，随着基础埋深的减小，混凝土的用量明显增多，由于送电线路地处偏远的特点，混凝土量增多，也就会引起水泥、沙石和水的运输增多等一系列问题，这里虽然钢筋用量逐渐减小，但减量不明显，需挖土石方量在不考虑放坡的情况下也有增多的趋势，基础底面逐渐增大，送电线路工程多在野外或山区，大面积的开挖和大量的堆积土石方，势必增加植被破坏和水土流失，对环境将造成更大的破坏，在环境保护日益受到人们关注的今天，这一点更应该引起我们的重视。

综合考虑，深度在可行的范围内，深基础比浅基础经济。

⑵、通过以上计算与分析，我们不难看出，对于正方形基础的不同埋深情况跟台阶式基础相同，这里就不在赘述。

二、在复杂地质条件下，台阶式基础和正方形基础的优化

以鼓型铁塔7735（18m）基础为例，在有地下水的地段，采用台阶与正方形基础设计的方式，分别按照深埋与浅埋两种方式进行计算，得出的基础从深度、混凝土用量、钢筋用量方面进行比较，得到优化后的基础设计。

1、设计条件（土重法）

使用导线LGJ-150/25，地线GJ-35，转角60°

，上拔力327.95kN，下压力377.35kN，垂线40.1kN，根开4.9m。

有地下水，水深-1.5m，基础钢筋混凝土的容重按14kN/m3计算，地基土的浮容重按10kN/m3计算。

2、　采用深埋正方形基础（见图4）：

图4　深埋正方形基础（水）

单腿钢筋混凝土的体积：

Vt=0.8×

0.8×

3.8+2.6×

2.6×

0.5=5.81m3

Vf=5.81×

4=23.24m3（假设拉、压腿同体积）

单腿钢筋混凝土重（1.5m以下按含水层计算）：

Qf=1.088×

22+（1.344+3.38）×

14=90.08kN

铁塔的上拔力：

T=344.33kN≥327.95kN（满足上拔要求；

经验算，也满足下压要求）

单基共需钢筋：

G钢=1188.87kg

3、　采用浅埋正方形基础（见图5）：

图5　浅埋正方形基础（水）

Vt=2×

2×

2.5+3×

3×

0.7=16.3m

Vf=16.3×

4=65.2m3（假设拉、压腿同体积）

单腿钢筋混凝土重力（1.5m以下按含水层计算）：

Qf=2×

1.7+3×

0.5=203.6kN

T=329kN≥327.95kN（满足上拔要求；

经验算，同时满足下压的要求）

单基需用钢筋：

G钢=1210.50kg

4、采用深埋台阶形基础（见图6）。

图6　深埋台阶形基础（水）

Vt=11.33m3

Vf=45.32m3

T=344.43kN≥327.95kN（满足上拔要求）

G钢=896.84kg

5、采用浅埋台阶形基础（见图7）。

图7　浅埋台阶形基础（水）

Vt=15.86m3

Vf=63.44m3

T=332.246kN≥327.95kN（满足上拔要求）

G钢=476kg

6、以上几种计算方法结果对比，见表2。

表2　铁塔基础计算结果一览表

基础形式

图4

深埋正方形

23.24

1188.87

2.6

4.3

图5

浅埋正方形

65.24

1210.50

3.2

深埋台阶形

45.32

896.84

3.0

3.7

图6

浅埋台阶形

63.44

476

4.0

2.4

通过以上几种计算方法对比可以看出：

⑴、采用深埋正方形基础最节省混凝土，不节省钢筋，制模简单，需挖深度最深，较节省投资。

⑵、采用浅埋正方形基础，混凝土用量是深埋正方形基础的一倍左右，不节省钢筋，同等条件下不如浅埋台阶式基础，也不节省投资，所以不可取。

⑶、采用深埋台阶形基础跟深埋正方形基础各有利避，混凝土较多，制模较复杂，但节省钢筋，较节省投资。

⑷、采用浅埋台阶形基础最节省钢筋，需挖深度最浅，混凝土较多，制模较复杂，它适应于基础较难挖和地下水较高的地段，不节省投资。

如流沙地质情况下，基础埋深每增加一公分，都会对施工带来相当大的困难，挖方随着深度的增加成倍的增加，有些特殊情况下，不采取有效的施工方案根本就挖不下去，这种情况下势必要求把基础做的浅之又浅。

三、结语

在无地下水的地段同形式基础宜采用深埋式基础，就深埋正方形基础和深埋台阶形基础而言，由于正方形基础底面大直接连与主柱之上，属柔性基础，所以底板需配钢筋网进行加强，造成钢筋用量大，但混凝土用量却大为减少，而台阶式基础的自身构造使其成为一个整体，属刚性基础，底面无需配筋，较节约钢筋，但混凝土量有所增加，两者各有利弊，可根据实际请况做相应得选择。

在有地下水和较难挖的地带宜采用浅埋台阶式基础，具体情况具体对待。

【参考文献】：

1.GB50061-97,66kV及以下架空电力线路设计规范

2.DL/T5092-1999,110Kv~500kV架空电力线路设计技术规程

3.电力工程高压送电线路设计手册