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专题6 基础型式选择和设计优化_图文

专题6

基础型式选择和设计优化

内 1 工程概况

容 提



本专题以基础适应本工程沿线的地形、地质、水文条件为选型依据,根 据基础受力特点并考虑沿线部分有地下水的情况,以优化基础型式和尺寸、 降低造价、保护环境、方便施工、安全运行为目的开展基础的选型、优化和 新基础型式的研究及特殊地基处理。 专题以基础适应本标段沿线的地形、地质、水文条件为选型依据,根据 基础受力特点并考虑沿线采空区及溶岩塌陷区等不良地质条件, 以降低造价、 保护环境、方便施工、安全运行为目的开展基础的选型、优化和新基础型式 的研究及特殊地基处理。 2 本工程地形、地质条件和水文概述

拟建线路低山丘陵(岗地)段,地形呈波状起伏局部起伏较大,山间冲 沟地形平坦。低山丘陵(岗地)地下水主要为上层滞水局部为基岩裂隙水, 地下水位埋藏较深,一般大于 5.0 米;山间冲沟地下水主要为上层滞水局部 为潜水,地下水位埋深一般在 1.00~2.00 米之间。 冲积平原、河漫滩段,地形平坦,地势较低,河网水系较发育。地下水 主要为潜水,地下水位埋深一般在 1.00~2.00 米之间。 拟建线路沿线未见明显污染源,地下水对混凝土结构有微腐蚀性,对钢 筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。 3 基础选型原则及推荐基础型式

综合考虑造价、施工、运行和环保的要求,考虑基础受力的特点,优先 采用原状土类基础,针对本工程实际地质条件,以环境适应性最佳和抵御不 良地质作用为原则,主要采用板式基础、掏挖基础、钻孔灌注桩基础、人工 挖孔桩基础。推荐基础型式、适用塔型及适用地形地质条件见表 1。

I

表1
基础形式

推荐基础型式、适用塔型及适用地形地质条件表
适用的地质、地形条件 适用塔型 基础示意图

掏挖基础

丘陵区、覆盖层厚的岩石山 区

小档距直线塔

直柱板式 基础

掏挖难以成型,地下水较浅, 无法采用原状土基础的丘陵及 平地

直线塔与耐张塔

钻孔灌注桩 基础

当基础位于泥沼且地质条件 较差、淤泥层较深且基础作 用力较大时,常采用灌注桩 基础。

直线塔与耐张塔

4

基础优化原则及优化分析

以基础设计和选用最合理为优化目标和造价最低为原则,积极采用新工 艺、新技术,增加基础设计的适用性。
表2
基础型式

基础优化项目及结果一览表
优 化 项 目 地脚螺栓中心与偏心布置对比分析 直掏斜插式基础 优 化 分 析

采用地脚螺栓偏心布置可减小基础水平力 产生的弯矩作用 改变基础受力状态,减少基底的偏心作用 改变基础受力状态,减少基底的偏心作用 结合地基的承载能力, 使埋深与基础直径相 匹配,造价低 大档距直线塔与耐张塔采用挖孔桩更加经 济, 采用土重法标准值进行上拔验算, 合理 安全 采用斜柱基础可减小主柱和底板底面弯矩, 改善基础受力状态。 采用主柱偏心布置可减小主柱和底板底面 弯矩 当最大台阶宽高比超过 2.5, 采取斜柱扩展 基础可有效降低材料量。 减小主柱和底板底面弯矩, 基础具有节省混 凝土量、 基础施工不受插入式角钢加工周期 制约等优点。

原状土类基础

斜掏挖斜插基础 基础埋深及主柱直径优化 掏挖基础与挖孔桩基础分析比较 直柱与斜柱基础对比分析 主柱中心与偏心布置对比分析

开挖类基础

台阶宽高比的优化分析 斜柱斜面基础的应用
II

5

新型基础方案研究 针对本工程丘陵较多,较适宜原状土基础型式,通过优化分析,推荐十

字型基础为本工程的新基础型式。 在基础露头较小的情况下,十字型基础与掏挖式基础材料用量相当,综 合造价相差不多。随着基础露头的加高,十字型基础的混凝土量显著减少, 具有较好的经济性,此时,侧向挡板的使用,不仅改善了基础的倾覆稳定性, 同时也降低了基础的综合造价。 针对该基础型式的特点,本次设计竞赛将根据现场具体情况,在基础作 用力较大、主柱露头较高时采用十字型基础。

图3 6 环保措施分析

十字型基础

(1) 勘测阶段主要从加强勘测工作的管理和优选路径及塔位这两个方面 落实环境保护和水土保持。 (2)设计阶段 1)山区采用铁塔全方位长短腿与不等高基础配合设计,减少基面开方, 保护原始地貌,减少水土流失。 2)因地制宜的选用基础形式,优先采用掏挖基础和直柱板式基础,结合 不同地形特点选用其他基础型式。岩石基础能发挥岩石的整体性不仅能保证 基础的安全,减少本工程的材料用量,而且还能有效的保护环境。
III

3)基础配置采用“一基一表”,明示各塔位的土石方开挖、水土保持措 施等,把环保思想落实到施工中去。 4)基面和边坡的治理主要采用植被恢复和固坡、三维植被网和浆砌骨架 植草护坡等生态治理的措施;同时做好排水沟设计,做好水土保持。 (3)施工阶段 从施工道路、基面开挖、弃渣处理、牵张场地、居民拆迁安置等方面采 取措施保护环境。同时,对自然因素或人为施工等活动造成沿线水土流失, 采取控制填方与挖方工程量、优化基面排水、施工中注意地表植被的保护、 保护沿线周围的水环境并避免水土流失。 (4)运行阶段 主要从设计产品的保护和定期检查记录等方面做好环保措施。

IV

目 1 2



工程概况 .................................................... 1 研究内容及基础作用力特点 ..................................... 1

2.1 本专题研究的主要内容....................................... 1 2.2 输电线路工程基础设计特点 ................................... 1 2.3 本工程气象条件............................................. 2 3 地质水文概述 ................................................ 2

3.1 沿线地形、地貌及工程地质 ................................... 2 3.2 沿线地震动参数............................................. 5 3.3 地下水 .................................................... 5 3.4 不良地质现象 .............................................. 6 3.5 水文概述 ..................................错误!未定义书签。 4 基础选型 .................................................... 6

4.1 基础选型的原则............................................. 6 4.2 基础型式简介及工程特性 ..................................... 9 4.3 基础选型 ................................................. 11 5 推荐基础型式的优化分析...................................... 14

5.1 基础优化的基本原则........................................ 14 5.2 原状土基础的优化........................... 错误!未定义书签。 5.3 开挖类基础的优化........................... 错误!未定义书签。 6 新型基础型式 ............................................... 17

6.1 新型基础的构想............................................ 17

6.2 十字型基础设计研究........................................ 17 7 输电线路环境保护方案........................................ 21

7.1 基础环保措施 ............................................. 21 7.2 环境保护现状 ............................................. 23 7.3 勘测阶段环境保护方案...................................... 25 7.4 基础设计阶段环境保护方案 .................................. 26 7.5 施工阶段环境保护方案...................................... 28 7.6 运行阶段环境保护方案...................................... 31 8 基面综合治理 ............................................... 31

8.1 边坡处理 ................................................. 31 8.2 基面排水 ................................................. 33 9 总结 ........................................................ 34

1

工程概况

本工程为新建 220kV 输变电工程, 线路起于在建 500kV 广德变电站 220kV 构架,讫于拟建 220kV 江塘(广三)变电站(以下简称广三变) ,路径长度 约 24.6km,全线双回路架设,根据系统专业提资,导线截面为 2× 400mm2, 两根地线均采用 36 芯 OPGW 光纤复合架空地线。 2 研究内容及基础作用力特点

杆塔基础作为输电线路重要组成部分,选择合理的基础型式、优化基础 设计,不仅可以降低工程投资,而且对环境保护及今后线路的安全运行及维 护也是至关重要的。 2.1 本专题研究的主要内容

针对安徽广德-江塘 220kV 线路工程的杆塔基础进行详细的研究, 结合该 段地质水文情况,选出适当的基础型式,并对基础进行优化设计,力求达到 降低工程造价、减少消耗、缩短工期和环境保护的目的。 输电线路建设是一个全寿命周期的过程,结合以往送电工程环境影响评 价和水土保持方案编制的情况,进行了现场查勘,收集了工程区域自然、社 会环境状况及水土流失现状等相关资料,对输电线路的勘测设计、施工中可 能对环境造成的影响进行分析,并且因害设防,找出有效的预防和治理措施。 本专题研究的主要内容包括: (1)本工程地形、地质条件描述及基础受力特点分析; (2)本工程推荐的基础型式及基础的优化设计分析; (3)针对本工程地质、地形条件所采用的新基础型式研究; (4)针对本工程特殊地质条件所采取的地基处理措施分析; 2.2 输电线路工程基础设计特点

架空输电线路工程的基础在设计、施工与检测等方面具有明显的行业特 点:
1

(1)送电线路距离长、跨越区域广、沿途地形与地质条件复杂、地基土 物理力学性质差异性大。 (2)杆塔基础所承受的荷载特性复杂,基础在承受拉、压交变荷载作用 的同时,还承受着较大的水平荷载作用。荷载特性,如荷载的大小、分布、 偏心程度以及出现频率等都决定着基础的受力特征。 (3)因基础所受荷载不同及其沿线的地质地形的差异,各工程基础型式 有所不同,即使在同一线路中,由于地形、地质条件的变化也需采用不同的 基础型式。 2.3 本工程气象条件

根据资料的统计、分析计算及论证,并参考该地区已有线路的设计运行 情况,选定本工程设计气象条件如表 2.1 所示。
表 2.1 设计工况 最高气温 最低气温 最大风速 覆冰情况 年平均气温 安装情况 大气过电压 操作过电压 年平均雷暴日 冰的比重 设计气象条件组合一览表(10 米基准高度) 气温(℃) +40 -20 -5 -5 +15 -10 +15 +15 风速(m/s) 0 0 25 10 0 10 10 15 79 0.9 g/cm3 覆冰厚度(mm) 0 0 0 10(15) 0 0 0 0

3 3.1

地质水文概述 沿线地形、地貌及工程地质

本工程线路沿线地区地貌为丘陵、岗地、岗间洼地,地势有一定起伏。 线路主要跨越河流有:无量溪河,其余均为较小河沟、水渠。线路路径在丘 陵、岗地行走时,将经过一些小的山塘、水库,这些山塘、水库为农村灌溉
2

饮水所用,防洪标准较低,线路应避免在其坝下立塔,以防溃坝洪水的影响。 线路立塔时应避开小河沟、小冲沟,选择在高处。 沿线地层岩性低山丘陵段地层岩性主要由中生界白垩系上统砂(砾)岩、 泥岩等岩石构成基岩;局部新生界第四系冲积形成的粉质粘土、卵砾石构成 上覆盖层。河流冲积平原主要由新生界第四系全新统冲积形成的粉质粘土、 粉土、中粗砂等构成上覆盖层;下覆基岩埋藏较深。 低山丘陵(岗地) : 地貌单元为低山丘陵(岗地) ,地形起伏较大,山间冲沟地形平坦,地面 高程多为 30~50 米之间。 ①粉质粘土:灰黄色,混少量砂砾石,软塑~可塑,湿,主要分布在山区 河流两侧平地或冲沟,一般层厚约 2.00~5.00m。 ②粉质粘土:褐黄色、棕黄色、棕红色,含少量氧化铁和铁锰结核,局部 混少量碎块石,可塑~硬塑,稍湿,结构松散,主要分布山体表层和岗地, 层厚约 0.50~8.00m,一般山头或山脊层薄,向山脚或岗地逐渐增厚。 ③砾卵石:以褐黄色、灰黄色主,主要成分为(石英)砂岩,粒径一般 5~ 60mm 最大粒径达 150mm,以亚圆形为主;可塑粉质粘土充填,湿,稍密~中 密。主要分布山体表层和岗地,层厚约 1.00~5.00m,一般山头或山脊层薄 向山脚和岗地逐渐增厚。 ④砂(砾)岩:以灰黄色、黄色、紫红色为主,主要矿物成分为石英、长 石、云母(白) ;具碎屑结构,水平和斜层理构造;强风化~中等风化。 ⑤泥岩(页岩) :以灰黄色、紫红色为主,主要矿物成分为石英、长石、 云母(白) ;具泥质或片状结构,水平和斜层理构造;强风化~中等风化。 河流冲积平原: 地貌单元为河流冲积平原;地形平坦,地势较低,地面高程一般在 15~25 米之间,河网水系较发育。
3

①粉质粘土:灰黄色,褐黄色,混少量氧化铁,软塑~可塑,稍湿,一般 层厚约 1.00~2.00m,为地表“硬壳层” 。 ②粉质粘土:灰色、褐黄色,可塑~可塑偏硬,湿,含少量氧化铁和铁锰 结核,一般层厚约 2.00~4.00m。 ③含砂粉质粘土:褐黄色、棕黄色、棕红色,含少量氧化铁和铁锰结核, 局部混少量砂砾,软塑,湿,层厚约 2.00~3.00m。 河漫滩(北方案约 2.5 公里,约占线路长度 10.2﹪;南方案约 2.6 公里, 约占线路长度 8.9﹪) : 地貌单元为大沙河支流河漫滩及河床; 地形较平坦, 地势较低, 一般在 20~ 30 米之间,为河网水系。 ①粉质粘土:灰黄色,褐黄色,混少量氧化铁,软塑~可塑,湿,一般层 厚约 1.00~2.00m,为地表“硬壳层” 。 ②粉土:灰色、灰黄色,主要成分为石英、长石、云母;局部夹薄层~中 厚层粉质粘土、 淤泥质土或粉细砂, 稍密, 湿~饱和; 一般层厚约 2.00~3.00m。 ③中粗砂:灰色、灰黄色,主要成分为石英、长石、云母;局部夹薄层~ 中厚层粉土或粉细砂层,松散~稍密,湿~饱和;一般层厚约 2.00~3.00m。 ④粉质粘土:褐黄色、棕黄色、棕红色,含少量氧化铁和铁锰结核,局部 混少量砾卵石,可塑~硬塑,稍湿,结构致密,层厚约 2.00~3.00m。根据 线路沿线地质调查和工程经验,地基土主要的物理力学指标值推荐如表 3-1。
表 3-1
地段 地层名称 ①粉质粘 土(软 塑~可 塑) ②粉质粘 土(可 塑~硬 塑)

地基土主要物理力学指标推荐值
粘聚力 C(kPa) 内摩擦角 o φ() 地基承载 力特征值 fak(kPa) 70~120 挖孔桩/钻孔灌注桩

重力密度 3 γ (kN/m ) 17.5~ 18.5

15~30

5~10

30~40

500~700

低山丘陵

18.5~ 19.0

30~50

8~12

150~200

40~50

700~ 1000

4

③砾卵石 ④砂(砾) 岩 ⑤泥岩 (页岩) ①粉质粘 土(软 塑~可 塑) ②粉质粘 土(可 塑~可塑 偏硬) ③含砂粉 质粘土 ①粉质粘 土(软 塑~可 塑) ②粉土 河漫滩 ③中粗砂 ④粉质粘 土(可 塑~硬 塑)

18.5~ 19.0 18.5~ 19.0 20.0~ 23.0 17.5~ 18.5

/ / /

15~25 15~20 /

180~250 180~250 250~400

50~80 120~150 80~100

2000~ 3000 4000~ 6000 2000~ 4000 500~700

15~30

5~10

90~120

30~40

冲积平原

19.0~ 19.2 18.0~ 18.5 17.5~ 18.5 17.5~ 18.0 18.0~ 18.5 18.5~ 19.0

35~40

10~15

120~150

40~50

700~ 1000 800~ 1200 /

35~40

12~20

90~100

40~60

15~30

5~10

80~120

30~40

5~10 0

10~15 12~20

80~100 100~150

25~35 30~40

/ / 600~ 1200

30~50

8~12

150~200

45~80

3.2

沿线地震动参数

根据中国地震动峰值加速度区划图(GB18306-2001,1/400 万),线路所 经地区广德市的地震动峰值加速度为 0.05g,相当于地震基本烈度为VI度。 3.3 地下水

拟建线路低山丘陵(岗地)段,地形呈波状起伏局部起伏较大,山间冲 沟地形平坦。低山丘陵(岗地)地下水主要为上层滞水局部为基岩裂隙水, 地下水位埋藏较深,一般大于 5.0 米;山间冲沟地下水主要为上层滞水局部 为潜水,地下水位埋深一般在 1.00~2.00 米之间。 冲积平原、河漫滩段,地形平坦,地势较低,河网水系较发育。地下水 主要为潜水,地下水位埋深一般在 1.00~2.00 米之间。 拟建线路沿线未见明显污染源,地下水对混凝土结构有微腐蚀性,对钢
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筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。 3.4 不良地质现象

根据沿线地质调查,本线路低山丘陵地段大部分岩体稳定,当山体覆盖 层较厚且为松散碎石土、山势陡峭(或人工切坡形成较大临空面)处,基础 施工过程中或工程运行,特别是在雨水作用下可能有少量小面积滑塌等不良 地质作用,需采取护坡、挡土墙、撇洪沟和恢复植被等整治措施,保证杆塔 基础安全稳定。 山(岗)间冲沟、河流两侧漫滩及河湖积平原地段:由于地势低洼、地 基土质松软、地下水埋藏较浅,可产生流砂、基坑坍塌涌土等不利施工因素。 本线路沿线主要分布河流为无量溪河及东亭河,河流两岸未见明显冲刷 掏蚀现象,堤岸基本稳定。 3.5 岩土工程条件评价 本线路主要在低山丘陵(岗地) 、冲积平原、河漫滩行走,低山丘陵段沿 线岩土工程条件较好,冲积平原段沿线岩土工程条件一般,适宜工程建设, 一般可采用天然地基;河漫滩地段地基土工程特性相对较差,其承载力相对 较低,若天然地基不能满足设计要求,宜采用桩基处理,可采用钻孔灌注桩 基础,宜选④层粉质粘土作为桩端持力层。 3.6 沿线交通情况 本线路沿线地形以丘陵、平地为主,可利用的道路有 S230 省道、X018 县道及沿线乡村道路,总体交通条件较好。 4 4.1 基础选型 基础选型的原则

4.1.1 设计主要依据 我国制定了《架空送电线路基础设计技术规定》 ,本规定以概率理论为基 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
6

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。 本专题以《110kV~750kV 架空输电线路设计规范》 (GB 50545-2010)以 及《架空送电线路基础设计技术规定》作为本工程线路基础设计的主要依据。 基础稳定、基础承载力、基础配筋计算采用荷载的设计值进行计算;地基的 沉降、基础位移和裂缝计算采用荷载的标准值进行计算。 (1)基础的上拔和倾覆稳定,应采用下列极限状态表达式

γf ? TE ? A( γ γ γ ? ....) K、 S、 C、
式中:γ f ——基础的附加分项系数;
T E ——基础上拔或倾覆外力设计值;

A( γ K、 γ S、 γ C、 ? ....)——基础上拔或倾覆的承载力函数;
γ
K

——几何参数的标准值;

γ S、 γ C ——土及混凝土的重度设计值,

当位于地下水以下时,取有效重度; (2)基础底面压应力,应采用下列极限状态表达式: 1)当轴心荷载作用时
P ? f a /γ rf

式中: P ——基础底面处的平均压应力设计值;
f
a

——修正后的地基承载力特征值; ——地基承载力调整系数,宜取γrf =0.75;

γrf

2)当偏心荷载作用时,除应按照上式计算外,尚应按照下式计算:
P max ? 1.2 f a /γ rf

式中: Pmax ——基础底面边缘的最大压应力设计值; 4.1.2 重要性系数选取 架空送电线路设计的首要任务是确保其运行的可靠性。送电线路是一个 特定系统,该系统是由一系列的部件组成,包括杆塔、基础、导地线、绝缘
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子金具串,属概率论串联事件。如果某一个部件的故障概率比其他部件至少 高一个数量级,那么系统的故障概率可以近似由该部件的故障概率决定。基 础的设计原则必须和杆塔设计原则结合,两者的配合可以通过基础作用力来 传达,单纯改变基础设计的安全度是没有理由也没有必要。基础设计按现行 规范取值后不再单独考虑重要性系数。 4.1.3 基础方案选择 (1)控制工程造价的要求 基础工程是输电线路工程体系的重要组成部分,它的造价、工期和劳动 消耗量在整个线路工程中占很大比重, 选择适合的基础方案并进行优化设计, 将有效缩短工期、降低工程造价。 (2)线路安全运行的需要 输电线路基础设计的优劣关系整条线路的安全运行,一旦某个铁塔基础 出现塌陷、滑坡、拔出等安全事故,整条线路运行将面临瘫痪,因此针对不 同的基础负荷、地质及地形条件因地制宜选择基础型式,不仅可以降低工程 成本,而且为线路的安全运行提供了必要的保障。 (3)环境保护的要求 不同的基础型式具有不同的特点,承载能力、材料耗量、土石方量以及 对环境的影响等各不相同。工程建设会不可避免的将对自然环境造成一定的 破坏,这就需要设计人员根据塔位不同的基础荷载条件、地质、地形及周边 环境因地制宜选择基础型式,充分利用每个基础的优点,减少土石方,并应 在施工完成后采取有效措施恢复自然面貌,将工程对环境的影响减小到最小 程度。 4.1.4 基础方案选择的原则 (1)结合本工程地形、地质特点及运输条件,综合分析比较,选择适宜 的基础型式;
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(2)在安全、可靠的前提下,尽量做到经济、环保,减少施工对环境的 破坏; (3)应尽可能采取合理的基础型式,减小基础所受的水平力和弯矩,改 善基础受力状态。 (4)应尽可能充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。 (5)针对煤矿采空区等不良地质特性提出处理措施。 (6)针对坑壁松散易坍塌的基坑提出处理措施。 4.2 基础型式简介及工程特性 输电线路常用基础汇总表
示 意 图 工程特性及优点 1、充分利用了原状土 承载力高、变形小的特 性。 2、“以土代模”,土石 方开挖量小、弃土少, 施工方便,节省材料。 3、 消除了回填土质量不 可靠带来的安全隐患。 除具有直掏挖基础的优 点以外,还具有斜立柱 主角钢插入式基础主柱 坡度与塔腿主材坡度一 致的结构特点,水平力 和弯矩大大减小。 存在的问题和 缺点

表 4.2-1
序 号 基础 型式

直掏挖 基础 掏挖扩 底原状 土基础 斜掏挖 基础

对地质条件有 一定的要求。

1

对斜掏挖施工 工艺、 地质条件 要求高。

2

岩石 基础

岩石嵌 固式基 础

充分发挥了岩石力学性 能,具有较好的抗拔性 能,混凝土量及耗钢量 低,开方量小,对环保 破坏小。

该基础型式对 地质条件要求 比较高, 需逐基 鉴定岩体的稳 定性、 覆盖层厚 度、 岩石的坚固 性及岩石风化 程度, 以确定使 用该基础型式 的塔位以及具 体型式

9

序 号

基础 型式







工程特性及优点 1、充分发挥了岩石力 学性能,具有较好的抗 拔性能,地基变形比其 它类型都小。 2、 它以水泥砂浆或细石 混凝土和地脚螺栓灌注 于钻凿成型的锚孔中, 从而大量地降低了基础 材料的耗用量,特别是 运输困难的高山地区更 具有明显的经济效益。 1、 充分利用了原状土承 载力高、 变形小的特性。 2、“以土代模”,土石 方开挖量小、弃土少, 施工方便,节省材料。 3、可用于基础负荷较 大,地形较差的塔位。 斜立柱插入式角钢基础 主柱坡度与塔腿主材坡 度一致,水平力和弯矩 大大减小,基坑土石方 量较直柱式小,钢筋量 较低,混凝土方量小, 综合造价低。 地脚螺栓固定容易,设 计及施工经验非常成 熟,混凝土方量较小, 造价低 与柔性板式基础相比, 刚性台阶基础具有施工 简单、周期短和耗钢量 小但混凝土量偏大的特 点。

存在的问题和 缺点 采用岩石基础 须逐基鉴定岩 体稳定性、 覆盖 层厚度、 岩石坚 固性及风化程 度等情况, 岩石 地基的工程地 质鉴定方面比 较复杂。

直锚式 岩石 基础

3

人工挖 孔桩

1、施工工艺要 求较高。 2、施工费用偏 高。 1.土体扰动较 大, 回填土虽经 夯实后亦难恢 复到原状土结 构强度。 2.开挖量大、 植 被破坏和水土 流失严重, 弃土 易造成滑坡, 影 响基础稳定。 3.在山区斜坡 地面处的塔基 位置往往形成 人工高边坡, 容 易崩塌滑坡造 成基础滑移。 需要修建泥浆 池, 对环境有一 定破坏, 造价较 高。

斜柱板 式基础

4

开挖回 填类 基础

直柱板 式基础

台阶式 基础

5

钻孔灌 注桩 基础

承载力高、质量可靠, 在地质条件差的地区费 用相对较少

鉴于本工程沿线地貌低山丘陵、河流冲积平原,微地貌单元有岗地、漫 滩等,因此推荐角钢塔基础型式采用挖孔桩基础、掏挖基础和钢筋混凝土板 式基础;局部河流漫滩地段采用钻孔灌注桩基础;钢管杆基础采用灌注桩基 础。
10

4.3

基础选型

4.3.1 平地地区基础选型 通过现场实地勘测和调查,本工程线路约有 50%为冲积平原区和山间凹 地区,为黏性土地区,地下水较浅。 根据上文中常用基础汇总表的内容, 大开挖类基础适用于此类地质条件。 (1) 开挖类基础简介 开挖类基础是平地(地下水较浅的粉质粘) 、泥沼线路工程应用最为广泛 的基础型式,适应性较广,施工工艺最为成熟,施工质量最为稳定,适用的 地质条件为地基土为粘土、粉土、碎石土、素填土、碎石土等,地基承载力 特征值 100~180kPa。目前,我国输电线路常用的大开挖基础种类有以下几 种:
表 4.3-1 开挖类常用基础型式及其特点一览表

基 础 型 式



础 简 图

基 础 组 成 配筋 直柱 +不配 筋底 板



力 特 点

适用情况

刚性台 阶式基 础

直柱钢 筋混凝 土板式 基础

配筋 直柱 + 配 筋的 台阶 式底 板

斜柱钢 筋混凝 土板式 基础

配筋 斜柱 + 不 配筋 的台 阶式 底板
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各类开挖式基础 适用的地质条件 为地基土为粘 土、粉土、碎石 土、素填土、碎 石土等,地基承 载力特征值 80~ 1)与直柱台阶式基础相 180kPa,有无地 比,基础底板配筋,台 下水均可,土壤 阶宽高比可放大到 2.5, 状态软塑~可 基础耗用同样的混凝土 塑,不适合直接 的情况下,可获得较大 掏挖成形。 的底板,利于获得较多 在地下水较浅 处,底板钢筋不 的抗拔土体。 2)主柱与底板垂直,主 易绑扎。其他情 柱根部因承受较大双向 况采用配筋的台 弯矩作用而成为最为不 阶式底板(直柱 板式基础、斜柱 利位置。 板式基础),当 减小偏心弯矩和水平 荷载较大而地基 力,受力特点与斜柱台 承载力相对较 阶式相同,但基础底板 小,需要最大限 配筋,台阶宽高比可放 度地扩大底板 大到 2.5。 利于抗拔及下 时,采用配筋的 压。 连续变截面底板 1)为满足刚性角要求, 通过增加台阶数和台阶 高度来增加底板宽度。 2)利用基础及其上覆土 体的自重来承担基础的 上拔力

基 础 型 式



础 简 图

斜柱扩 展柔板 基础

基 础 组 成 配筋 斜柱 + 配 筋的 连续 变截 面底 板



力 特 点

适用情况 (斜柱扩展柔板 基础)。

是斜柱板式基础的改进 型, 解决大荷载下 B1/H1 >2.5 的问题; 底板处基 坑可采用掏挖施工,充 分利用了地基土的抗剪 强度,增大了基础抗拔 承载力,减少了混凝土 用量。

针对本段的地质条件,在开挖类基础中选择斜柱板式基础和直柱板式基 础作为典型基础, 分别采用直线 2E2-SZ1 型和转角 2E2-SJ1 型的基础作用力, 对以上四种基础进行综合技术经济比较,对比结果详见以下两表:
表 4.3-2 基 础 类 型 埋深(m) 混凝土量(m ) 钢筋量(kg) 土方量(m ) 造价(万元) 表 4.3-3 基 础 类 型 埋深(m) 混凝土量(m ) 钢筋量(kg) 土方量(m3) 造价(万元)
3 3 3

直线塔基础经济指标对比表 刚性台阶式基 础 2.6 18.6 674.5 51.7 2.34 直柱板式基础 2.1 12.1 1048.3 32.4 1.87 转角塔基础经济指标对比表 刚性台阶式基 础 3.4 49.7 1930.2 136.5 5.86 直柱板式基础 3.4 39.7 3548.1 136.7 6.06 斜柱板式基础 3.6 37.26 3339.5 119.6 5.91 斜柱扩展柔板 基础 2.5 41.6 3460.8 143.3 6.29 斜柱板式基础 2.2 11.7 1143.0 30.9 1.99 斜柱扩展柔板 基础 2.0 10.9 980 32.5 1.82

注:以上表格数据为一基塔四个基础的材料用量。

由上表可见,对于作用力较小的直线塔,由于斜柱扩展柔板基础材料量 较小,施工费用较低,其经济性最好,而刚性台阶式基础由于开方量大,虽 钢筋量最低,但总造价仍高于斜柱扩展柔板基础,经济性不佳。从环保效益 的角度思考,应优先考虑斜柱板式基础和斜柱扩展柔板基础。因此推荐本段 作用力小的直线塔优先采用板式基础。
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4.3.2 低山丘陵(岗地)基础选型 通过现场实地勘测和调查,本工程线路约有 40%为低山丘陵(岗地)地区 根据上文中常用基础汇总表的内容,掏挖类基础和岩石地基基础适用于 此类地质条件,本专题通过对这两大类基础的综合技术经济比较,确定本工 程推荐的基础型式。 (1)掏挖类基础简介 掏挖基础和人工挖孔桩基础,施工时以土代模,直接将钢筋骨架和混凝 土浇入掏挖成形的土胎内,充分利用原状土承载力高、变形小的优点。施工 过程中避免了大开挖,减少了对环境的破坏,同时也避免了对土体的过分扰 动,充分发挥地基土的承载性能,所以可节约基础材料和施工费用。而且机 械搬运量少,节省了模板,免除了回填土的工序,施工方便。 但是此类基础对地质条件要求较高,只适用于地质条件较好、地下水位 低且开挖时易成型不坍塌的地基。目前,我国输电线路常用的掏挖基础种类 有以下几种: 表 4.3-5
基础 型式
Ho

掏挖类基础常用基础型式及其特点一览表
基 础 简 图
b

基础 组成

受 力 特 点 1)以天然土构成的抗拔土体与基础 自重相互作用而保持基础的上拔稳 定,最大限度地利用天然原状土的 强度,具有良好的抗拔性能和较大 的横向承载力。2)由于原状土基础 可考虑侧向土对基础的有利影响, 相同基础尺寸时,立柱及基础底板 的弯矩均小于开挖回填基础,从而 减少了立柱的钢筋配置,改善了基 底受力。

适 用 情 况 1) 无地下水, 可塑或硬塑 土。 2)各类掏挖 基础适用的 地质条件基 本相同: 地下 水不高且开 挖时易成形 不坍塌的土

直柱全掏 挖基础

D

Hc

配筋直 柱+不 配筋的 圆台底 板

H Ht

13

基础 型式

基 础 简 图

基础 组成

受 力 特 点

适 用 情 况

b

直柱半掏 挖基础

D

Hc

配筋直 柱+不 配筋的 圆台底 板

人工挖孔 桩基础

配筋直 柱+不配 筋的扩 底

质。 3)直柱全掏 1)是针对大荷载作用下全掏挖基础 挖基础是使 的一种改进型式。当基础作用力较 用最广泛的 大时,全掏挖基础主要受下压强度 基础型式, 也 控制。需要较大底板尺寸,而增大 是最早使用 底板就会导致立柱尺寸随之增大。 的基础型式。 采用立柱部分开挖回填方式, 可以 4)当下压荷 通过增设台阶的方式底板尺寸加 载较大时, 需 大。有效解决底板的正截面承载力 要扩大底板, 问题。 半掏挖基础 2)采用半掏挖,原状土的抵抗力未 解决了下压 被充分利用。 荷载较大的 问题, 基础立 柱尺寸可不 受底板尺寸 的限制。 5)在基础立 柱加高处, 为 使侧向稳定 1、充分利用了原状土承载力高、变 满足倾覆稳 形小的特性。 定性采用带 2、 “以土代模” ,土石方开挖量小、 挡板直柱掏 弃土少,施工方便,节省材料。 挖基础。 3、可用于基础负荷较大,地形较差 6)斜柱全掏 的塔位。 挖基础综合 了斜柱基础 和掏挖基础 的优点。 是掏 挖基础的最 新发展方向。

H Ht

5

推荐基础型式的优化分析

在上文论述中,不仅对各类基础型式间的特点及适用范围做了阐述,而 且结合不同地质条件分别进行了基础选型,推荐了本工程适宜采用的基础型 式。本章专题中对本工程广泛采用的掏挖基础、板式基础和原状土类基础等 分别进行优化分析,力求达到减少材料量和降低造价的目的。 5.1 基础优化的基本原则

基础优化属于基础设计中“计”的内容,即对既定的基础型式进行计算 与布置,对原定基础数据的核实与具体化,是基础设计的深化工作。 在选定基础型式的基础上,通过对整个结构经济性、环保性、耐久性的
14

Ho

分析,基础埋深、基础尺寸(包括桩基础的桩径和桩数、板式和掏挖式基础 的底板宽度、立柱断面尺寸等)、基础布置形式、与铁塔的连接方式等方面 进行优化,优选出适合具体塔型及塔位的基础形式。 在基础优化时,遵循下面的原则: (1)充分考虑各种地形、地质及水文条件,在基础埋深、基础尺寸等 方面进一步深化工作; (2)针对基础受力特点,采取有效措施(如预偏心、桩基布置形式优 化等)减少水平荷载对基础产生的弯矩,改善基础受力状态; (3)考虑到输电线路各塔位处微地形、水文地质条件的差异性和离散 性,采取有效的设计优化措施,降低基础的工程量和工程投资。 5.1.1 具体优化措施 (1)改善基础受力 针对各种基础及荷载特点采取改善基础受力措施,不仅可增强基础的可 靠性,而且对降低基础工程量都是非常有益的。常用的措施主要有优化基础 布置(主要指多桩基础)、采用合理的铁塔与基础连接方式、底脚螺栓预偏 心设置等。 (a) 立柱坡度选择 相同荷载情况下,斜柱基础与直柱基础相比,因斜柱基础立柱中心的斜 率与铁塔主材坡度相同,使基础水平荷载对基础的影响降至最低。基础采用 斜柱式后,与基础轴线垂直的水平力减少 70%~80%,而轴向基础作用力仅 增大 1%~2%,从而大大改善了承台立柱、底板的受力状况,基础的侧向稳 定性得到显著提高,同时也较大地降低了混凝土和钢筋用量。斜柱基础一般 用于大开挖基础,工程中对合适的塔型和塔位应积极选用斜柱基础。 (b) 底脚螺栓预偏心设置 对于采用地脚螺栓与铁塔连接的直柱基础,为减少水平荷载对基础产生
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的基底弯矩,可预先给地脚螺栓设置一定的偏心值,使下压或上拔力产生的 弯矩抵消一部分水平力产生的弯矩,改善立柱及基底受力,从而降低基础混 凝土量和耗钢量。 (c) 基础布置优化 对多桩承台基础,水平力的作用会使承台底产生弯矩,使得承台底各桩 受力不均匀。而现有的基础设计方法和设计软件,一般都选取受力最大的桩 作为埋深和配筋的依据,其余基桩均与最大桩相同。因此对多桩承台基础的 设计优化,在选择经济合理的持力层后,主要通过调整承台及立柱设置,使 得承台底各桩受力均匀加以解决,减少水平力产生的弯矩对桩受力的不均, 达到整个桩基的均衡受力。 (2)基础尺寸优化 基础尺寸主要包括基础经济埋深、基础底板和立柱断面尺寸。 基础经济埋深主要由持力层深度、承载力、变形和稳定性要求等控制。 基础设计中应结合各个塔位的施工条件及各种基础型式的临界埋深,通过控 制综合造价,通过计算下压稳定、上拔稳定两个控制条件同时达到极限控制 条件下,优化出最经济的埋深和底板宽度。 基础底板尺寸包括底板宽度及相应的厚度。基础底板宽度不应孤立的考 虑,而是应与基础埋深综合考虑。底板厚度的取值主要考虑剪切、冲切承载 力和构造要求。 立柱断面尺寸应满足强度和构造要求,在此前提下,尽量减小断面尺寸, 降低基础工程量。 5.1.2 其它优化措施 杆塔基础的尺寸大小与所承受的荷载、塔位地质条件都密切相关,合理 选取和分析荷载及水文地质等外部条件是塔基优化设计的前提。因此,除基 础本身布置方式、尺寸大小等方面的优化设计外,也可采取针对塔基外部条
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件的适当优化措施,以达到进一步降低基础工程量和工程投资的目的。 (1)细化转角塔基础荷载分档 转角塔一般按 20?~30?转角一档计算基础作用力, 使得每档塔的基础作用 力(N 或 T)相差很大。对于每档塔中转角较小的塔,采用按照统一分档的基 础作用力,设计计算的基础是不经济的。因此,转角塔基础设计时,可采用 小分档转角如 10?一档精确计算的基础作用力。 (2)逐腿设计基础 输电线路跨越区域广,沿线地形、地貌与水文地质条件复杂,地基土物 理力学性质差异性大,对铁塔根开较大的塔位,即使同一铁塔不同塔腿微地 形、地质也可能有一定差别。因此,必要时,基础设计可根据具体的地层地 质条件,逐腿优化设计。 6 6.1 新型基础型式 新型基础的构想

(1)在安全、可靠的前提下,尽量采用原状土基础和岩石基础,做到经 济、环保,减少施工对环境的破坏; (2)尽可能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。 (3)新型基础造价必须是经济的,比常规基础的造价低。 6.2 十字型基础设计研究

在山区、丘陵及垄陇岗等地区,线路为采用不等高基础与铁塔长短腿的 配合使用,经常需要将基础主柱加高,在原地面直接开挖。随着基础主柱的 加高,基础的侧向稳定性就成为掏挖基础的控制因素,为满足倾覆稳定性的 要求,往往需增大基础埋深及主柱直径,导致混凝土量大大增加。 针对这种情况,设计研究了一种新型带挡板的掏挖基础(十字型基础), 该基型在国内线路工程中已有应用,并通过专项试验研究。
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该基型基坑仍然采用掏挖成型的施工方法,也就保留了掏挖式基础的各 项优点,并针对掏挖式基础荷载加大、主柱加高时侧向稳定不能满足倾覆稳 定性的特点,设置侧向挡板,利用侧面原状土的土抗力,抵消水平力产生的 倾覆弯距,从而减小了基础柱身的弯距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。 6.2.1 设计方法 十字型基础是一种全新的基础型式,其设计方法在以往的规范中没有规 定 , 现 根 据 其 受 力 机 理 简 述 如 下 , 基 础 结 构 简 图 见 图 6.2-1 。

图 6.2-1 图中:M0、H

十字型基础示意图

分别为基础外力的弯矩、水平力; 分别为侧挡板、转轴 O、基础底到顶面的距离;

h L、X A、h d 0、D

分别为基础主柱的直径、扩底直径。

基本假设:⑴ 土压力分布按 m 法; ⑵ 基柱刚度相对土足够大,可以看作刚性。 即:满足 h ? 2.5 / ? m 式中变形系数: ? m
? m d ?5 ?? ? ? EI ?
1

m:地基系数;d:计算宽度;EI:基柱的抗弯刚度。 此时基础在外力作用下绕基柱上某点 O(距地面 xA 处)转动一小角度ω
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后,由侧向土抗力和基底反力与外力处于平衡状态。由于基础侧向挡板的存 在,其侧向受力平衡发生了改变,建立相应的力学模型见图 6.2-2:

(图二)

图 6.2-2 ∑Y=0, 式中: H-PL-Pt=0 H PL

力学模型

为基础外力的水平力; 为基础侧挡板的土抗力;

PL=Δ yL·CrL·AL =(xA-hL)·tgω ·m·hL·AL Δ yL 为基础侧挡板的水平位移; CrL 为基础侧挡板深度处土的地基系数; AL 为基础侧挡板的有效面积 ; Pt 为基柱侧向土抗力。

Pt=∫oh Δ y·Cr·d·dx =∫oh (xA-x)·tgω ·m·x·d·dx = ∑M=0, 式中:
mdh 2 tg? (3x A ? 2h) 6

M0+H·h-ML- Mt-MD=0 M0 为基础外力的弯矩;
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H·h

为基础外力的水平力对基底产生的弯矩;

ML 为基础侧挡板土抗力对基底产生的弯矩; ML=PL·(h-hL) =(xA-hL)·tgω ·m·hL·AL·(h-hL) Mt 为基柱侧向土抗力产生的弯矩;

Mt=∫oh·Δ y·Cr·(h-x)·d·dx =∫oh(xA-x)·tgω ·m·x·(h-x)·d·dx
3 = m dtg?h (2 x A ? h)

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MD 为基础底面土抗力产生的基底弯矩; M D= σ ·w =D/2·tgω ·C0D·w =D/2·tgω ·10·m·w =5D·w·m·tgω C0D 为基础底面土的地基系数; W 为扩底截面抗矩。 将上述各式代入后联立求解得: tgω ≈ω =
3

6H m dh (3x A ? 2h) ? 6m hL AL ( xA ? hL )
2
2

xA= dh (4M 02? 3Hh) ? 60HDW ? 12hL AL M1
2dh (3M 0 ? 2Hh) ? 12hL AL M1

其中: M1=M0+H·hL 。 从上述公式可见,当基础外型尺寸和地质参数确定后,在基础外载的作 用下,即可求出基柱横向转轴的位置 xA 及转角ω 和基底弯矩 MD,然后便可 以按《基础规定》的方法验算基础的竖向和横向稳定及基础的强度。 6.2.2 经济性比较 掏挖式基础与十字型基础的经济指标比较结果见表 6.2-1。
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表 6.2-1 岩土参数 直线塔基础 作用力 基础类型 主柱露头(m) 混凝土(m3) 钢材(kg) 土方(m3) 基础造价 (万元) 12.33 659 11.53 3.61

掏挖基础与十字型基础经济指标比较 fak=200kPa,r=23kN/ m3 ,θ =20°,无地下水 T=1104kN,Tx=164kN,Ty=146KN, N=1284kN,Nx=188kN,Ny=167kN 掏挖基础 0.7 11.92 684 13.13 3.56 13.91 768 12.11 4.02 十字型基础 掏挖基础 1.5 11.85 706 13.81 3.58 十字型基础

由表 6.2-1 可以看出,在基础露头较小的情况下,十字型基础与掏挖式 基础材料用量相当,综合造价相差不多。随着基础露头的加高,十字型基础 的混凝土量显著减少,具有较好的经济性,此时,侧向挡板的使用,不仅改 善了基础的倾覆稳定性,同时也降低了基础的综合造价。 针对该基础型式的特点,本次设计竞赛将根据现场具体情况,在基础作 用力较大、主柱露头较高时采用十字型基础。 7 7.1 输电线路环境保护方案 基础环保措施

7.1.1 合理选择路径和塔位 合理选定路径及塔位,不仅是线路工程建设降低工程造价的需要,对环 境保护也是至关重要的。 在选线和定位时,尽量避开低洼地、陡坡和易发生塌方、滑坡及其它不 良地质地段。无法避让时,对该类地质地段尽量采用直线转角塔或在塔头间 隙和荷载允许的条件下采用直线塔带小转角等措施,尽量避开恶劣的地形以 选择合适的塔位,减少对环境的影响。 7.1.2 优化塔基断面测量 塔基断面的测量直接关系到塔腿的长短腿配置及基础露头的选择,从而 直接影响到工程的造价及对环境的影响程度。
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塔基断面的测量对一般地形以塔位桩为中心测量 8 个方向的断面,复杂 地形需测量塔位地形图。 7.1.3 不等高基础与铁塔长短腿配合使用 为贯彻“环保型输电线路”的设计理念,结合以往工程设计的成功经验, 山区、丘陵等地区线路设计均采用不等高基础与铁塔长短腿的设计模式。 上述地区塔型的规划均设计成全方位高低腿塔型,即四条塔腿均可根据 实际地形进行调节组合,以适应塔位处的地形条件。接腿长度一般从 3.0m~ 8.0m,级差 1.0m,再配合高低基础(基础露头一般从 0.2m~2.7m)调节基础 露头(实际只需露头 0.2m~1.2m,不降基深埋在土中) ,作为塔腿长度的调 节补充,一般塔位均能做到“零基面” ,对特别陡的塔位也能通过接腿加长或 设计塔脚架、增加立柱露头等形式基本做到不降基面,使输电线路对环境的 不利影响降至最低程度。 (1)等长腿配等高基础方案 以往输电线路工程设计中,山区输电线路基础普遍采用等长腿,配合等 高基础。基础施工会产生很大的开方量,同时也破坏了植被和原状土体的稳 定,由此而引发下列问题: 1)土石方开挖量大,不仅费用高,而且易形成高边坡,施工时若对弃土 处理不好,会形成弃土滑坡,影响塔基安全稳定。 2)改变了塔位处的自然地形、地貌,破坏了原有的植被,极易形成水土 流失,对塔位环境造成损害而影响塔基稳定。 (2)长短腿配等高基础方案 为了克服等长腿配等高基础方案的缺陷,其后采用了长短腿配等高基础 的方案。但该方案对于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”坑,斜坡地面坡度越大形成的“簸箕”坑 就越深,开挖土石方后的坑壁易产生水土流失和塌方,也破坏了原有土体稳
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定状态,给线路运行带来安全隐患。 (3)高低立柱基础配合铁塔长短腿 山区线路每个塔位的微地形是不同的。由于铁塔长短腿的使用不能做到 无级调整,往往只能达到基本上同原自然地形、地貌吻合,会留下一定范围 的高差需要用基础主柱露头高度去调整。铁塔全方位长短腿与不等高基础的 配合使用,有效地解决了其它方案中出现的小“簸箕”问题,做到基本不开 基面, 因此, “全方位高低腿塔与不等高基础” 可以最大限度地适应实际地形, 保持山地原有的地形地貌。 7.1.4 选择合理的基础型式 在土质条件适宜的情况下,优先考虑采用原状土基础或岩石基础,避免 基坑采用“开挖—回填”方式,充分利用原状岩土力学性能,改善基础受力 的同时,减少了土石方开挖量。更为重要的是塔位原状岩土未遭破坏,有利 于塔基稳定,并减少对环境的不良影响,有显著的社会、经济、环境效益。 7.1.5 基面综合治理 从土石方开挖及弃土处理、基面排水、护面及人工植被和施工措施等方 面对塔基进行综合治理,把线路建设对环境的影响降至最低。 7.2 环境保护现状

输电线路多呈条带状布置, 以铁塔为支撑行成一个相对独立的电力走廊。 虽然单基铁塔占地面积并不大,但线路长,走廊总面积数量可观。由于高压 输电线路的特殊性,其建成后又不能被当地直接利用,高压输电线路的建设 一定程度要影响当地土地利用。 线路运行期影响环境的主要因素有一下几点: 1、改变局部自然生态环境; 2、土地占用; 3、输电线路下方及附近存在的合成电场、磁场对人、畜和植物产生的影 响;
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4、输电线路产生的干扰波对邻近有线和无线电装置产生的影响; 5、特高压线路的电晕噪音。 鉴于上述观点,在条件许可的情况下,输电线路路径大多选择偏远地区 或山区。以往,在山区线路施工过程中,由于地形的限制,每个塔位需根据 塔腿根开大小平整一块场地。考虑施工裕度等因素后,塔位施工平台少则几 十平方米,多则上百平方米。所以在施工时,基面的土石方开挖量(包括基 础基坑开挖)非常大,个别铁塔的土石方开挖量甚至高达近千立方米。因此, 常存在如下一些问题: (1)诱发多种形式的水力、重力侵蚀,危及工程安全:工程施工期是水 土流失最严重的时期,如不做好施工期间的临时防护和相应的管理措施,在 施工区域内将产生雨滴击溅侵蚀、面蚀等多种形式的水土流失。工程土石方 的开挖损坏了塔基原有土体结构的稳定性,如不进行有效的防治,必将引发 多种形式的重力侵蚀,局部地段暴雨时可能造成滑坡,给工程的安全造成一 定的影响。 (2)损坏植被、影响工程区及周边生态环境: 由于基面的开挖,大量 多余土石方往往顺山坡滚下,形成较长的“滚坡”现象,滚坡所到之处自然 植被将受到不同程度影响。长时间后植被根系腐烂,加之上层土石方的重力, 如遇雨水冲刷则极易形成塌方。 (3)工程造价高:从工程建设的角度讲,由于降基面使塔位标高降低, 因而塔的高度需增加;大面积的土石方开挖和基面开方,不仅方量大,施工 费用高、工期也长,显然开挖土石方和增加塔高将引起工程造价增加。 山区大开发引起的水土流失问题已引起电力部门的重视,并逐步采取了 各种有效措施,例如改良基础型式、调节基础立柱高度、条件允许时尽量采 用岩石基础等措施,以减少土石方开方量。我国水土流失十分严重,1991 年 6 月 29 日《水土保持法》开始实施,标志着国家对水土流失问题的重视提到
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了新的高度。近年来国家每年都投入大量的资金用于水土流失的治理。工程 建设造成的水土流失如果不采取及时、合理的预防和保护措施,将会产生一 定的水土流失危害。 因此电网建设中一直都致力于设计环保线路的理念,倡导绿色设计、绿 色施方的理念,极为重视线路设计中的环境保护,体现线路和自然的和谐, 遵循土石方综合利用、生态效益优先、防护措施优化的原则,坚持环保方针, 坚决遏制新的人为生态破坏。 7.3 勘测阶段环境保护方案

7.3.1 加强勘测工作的管理 外业勘测是施工设计的一个重要环节, 它直接关系到铁塔与基础的选型。 为了将本工程设计成绿色环保工程, 在外业设计工作中我们将采取以下措施: (1)认真做好前期准备工作,将各种杆塔的使用条件、各种呼高的铁塔 根开及保护范围详尽列表,供各专业设计人员使用。并制订详细的操作步骤, 以保证现场设计工作的顺利进行,不出现错误和遗漏。 (2)参加本工程的设计人员都将选择有丰富设计经验的人员。在工程实 施前将组织设计人员专门学习,要始终贯彻环保的思想和理念。 (3) 在满足现有规范的要求下, 进一步加强现场塔位的勘测工作, 逐基、 逐腿细化山丘地形基础的设计和配置。 (4)各专业设计人员必须将每基塔位的地质、测量数据资料在塔位现场 整理完毕并拍摄详尽的照片,以确保每基塔位原始资料的全面与准确。 (5)要求测量人员提高塔基保护范围内的测量精度。结构专业的设计人 员必须在现场详细记录,绘出塔位的地形地貌图,并在图中标出基础保护范 围的平距及高差,同时要和勘测专业的数据吻合,针对每基塔位确定合理的 保护措施,如护坡、排水沟、挡土墙、人工植被。 (6)勘测人员应该仔细调查沿线地形地貌特征、不良地质现象的发育情
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况及其危害性,并提供详实地质参数,对路径方案的环境保护提出建议。 7.3.2 优选路径及塔位 合理选定路径及塔位,不仅是线路工程建设降低工程造价需要,同时对 环境保护也是至关重要。本工程在优选路径时,采取以下方案: (1)从保护生态环境角度出发,线路路径尽量避开自然保护区,尽量减 少占用林地,减少树木砍伐,减少对水土保持设施的破坏,防止水土流失。 (2) 线路塔基尽量避开陡坡和不良地质段, 减少基础施工范围和工程量。 避让陡坡,减少了基础开挖工程量,减少了弃土弃渣;避让不良地质段,避 免了塔基的不稳定因素,可避免造成水土流失。 (3)尽可能减少线路走廊的宽度,所有铁塔在跨林区采用高塔跨越林区 的方式,以减少林木砍伐,保护生态环境,减少水土流失,最大程度的减小 对原始地形地貌的破坏。 (4)对线路靠近乡镇和跨越河道、公路、铁路的位置做了进一步详尽的 收资和踏勘,尽可能减少房屋拆迁。 (5)贯彻“预防为主”的原则,把水保和环保的理念落实到整个工程设 计中去。如在经济、安全前提下,针对山区地形特点,适当增加转角塔的应 用,控制“风偏削坡”的出现,减少水土流失和保持原有生态环境。 7.4 基础设计阶段环境保护方案

基础工程是输电线路工程体系贯彻环保精神的重要环节,它的造价、工 期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重,选择适合的基础方案并进行 优化设计,将有效缩短工期、降低工程造价。 本工程结合以往输电线路工程的设计经验,针对本工程地理条件和铁塔 规划综合确定,优先选择了原状土基础、高低立柱基础配合长短腿铁塔和新 型环保基础,可减少基础工程量、材料运输量,缩短工期,降低工程造价。 同时,对保护环境、防止水土流失和安全运行具有重要的意义。
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7.4.1 优先选用原状土基础 原状土基础施工时以土代模,直接将钢筋骨架和混凝土浇入掏挖成形的 土胎内,充分利用了原状土承载力高、变形小的优点。施工过程中避免了大 开挖,对原状土和基面植被破坏较少,能有效的减少基坑开挖量及小平台开 挖量,减小施工弃土对表土的破坏,降低施工对环境的影响,保护了塔基周 围的自然地貌,减少了水土流失。 根据本工程地形地质条件,上部荷载的情况,通过基础选型与优化,主 要采用的原状土基础有岩石锚杆基础、岩石嵌固基础、人工挖孔桩基础和掏 挖基础。 这几种基础的环保优势: (1)能充分发挥原状土的特性,不仅具有良好的抗拔性能,而且具有较 大的横向承载力。 (2)机械搬运量少,节省材料和模板,减少回填土工作量,加快施工进 度、降低工程造价; (3)节约开挖土石方量、方便施工,保护植被,有效防止地表水渗入。 根据现场地形,当无法采用原状土基础时才考虑采用斜柱板式基础等其 它类型基础。

图 8.4-1 原状土基础和板式基础施工土方量对比 由上图可以看出,原状土基础的开方量远小于大开挖基础,施工弃土量 也大大降低,边坡距离采用加深基础达到设计要求,避免了加筑挡土墙,对
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于植被保护和减少水土流失也具有重要意义。 7.4.2 新型环保基础的运用 随着对人们对环境保护的不断重视,以往的普通基础型式难以满足环保 要求,尤其是特高压输电线路设计中,不仅要确保基础的安全性,还要尽可 能减少对塔位周围环境的破坏。这就要求我们在此基础上不断创新,以满足 输电线路的可持续发展。 在不断总结以往工程经验的基础上,针对本工程岩石山区的地质条件, 结合环境保护的要求,通过优化分析,推荐采用掏挖岩石锚杆复合基础、掏 挖岩石嵌固复合基础、板式复合岩石锚杆基础、岩石嵌固复合锚杆基础。 7.5 施工阶段环境保护方案

建设项目的水土流失及环境破坏主要发生在施工过程中。施工中扰动原 有地貌,产生一定的松散堆积物,开挖回填将形成开挖面和边坡。如不采取 有效防护,在暴雨和大风条件下,松散堆积物和开挖面极易产生水土流失。 因此,施工中应尽量采用先进的施工手段和合理的施工工序组织施工。 7.5.1 施工图中明示环保措施 针对本工程水土保持和环境保护的要求,在施工过程中须对每一个塔位 提出施工要求,所以基础配置表中的内容包括塔基的基本信息,包括塔基配 置情况、塔型呼高、定位高、柱顶标高、塔腿高度、地质资料、转角方向以 及护坡、挡土墙的规格、尺寸、施工注意事项等等。这样大大方便了施工单 位,可以让施工单位更为直观的理解我们的设计方案,把环保思想落实到施 工中去,避免一些施工时易出的差错和易忽略的问题。 7.5.2 施工临时道路 施工临时道路包括施工简易道路和人抬简易道路。 施工临时道路过程中,优先勘察原有山区的小路,如原有路无法到达塔 基位置则在原有道路的基础上修建施工道路,修建施工道路时首先应最大限
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度地减少占用林草植被的面积,做到挖填结合,减少弃土、弃渣量。挖方形 成的边坡采用工程或植物防护,完善排水设施,施工结束后,清渣平整、人 工恢复植被。对于人抬简易道路,首先应尽量减少破坏压埋范围,施工结束 后自然恢复植被。针对该地区的地形地貌,提出如下水土保持措施: (1)道路修建过程中对地表削平、填筑等形成的柔软边坡及时采取工程 防护措施,利用原有树木作为边坡支撑物,采用夯实和加固的措施确保边坡 稳定。 (2)妥善解决路基路面排水问题,减少冲刷。 (3)临时道路修建期间,尽量少破坏两边的林木,可以减少道路边坡的 水土流失,还可以降低交通噪声和飘尘污染。 (4)在工程施工结束后,施工简易道路仍然保持其原有的机耕路功能, 其水土保持措施主要是对项目建设区的耕地进行土地平整,实行复耕,对荒 地和机耕路两侧应播撒草籽,尽快恢复植被。人抬简易道路可不拆除加固的 石块和木架等措施,既可以方便当地居民的生产和生活,又能防止水土流失。 (5)临时道路不得改变原地貌的坡体稳定性,也不得改变原地貌的径流 方向。 7.5.3 施工材料运输多样化 山区地形陡峭,植被茂密,塔材与基础工程材料运输是施工的难点,建 议根据现场情况灵活采取多种运输手段,铁塔材料可采用人力运输、架空索 道运输等。对于基础工程的材料,根据江西地区设计的经验,可根据当地的 情况采用马帮运输。骡马耐力强,善行山路,每匹骡子最多可以驮 200 公斤 的施工材料。大大减轻了工人们的负担,不仅加快了施工进度起到了重要的 作用,而且不用新建道路,可尽量减少对山区自然环境的破坏。 7.5.4 基面开挖 在确保安全和质量的前提下,尽量减小开挖的范围,避免不必要的开挖
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和过多的破坏原状土,以利于环保要求和塔基边坡的稳定。基础开挖尽量保 持坑壁成型完好,并做好弃土的处理,避免坑内集水及影响周围环境,基础 坑开挖好后尽快浇筑混凝土。基础拆模后,经监理验收合格回填时,回填土 按要求进行分层夯实,并清除杂草、树根等杂物。 7.5.5 牵张场地 牵张场地应选择合理,一般应选择租用较为平整的荒地作为牵张场地, 在树木、草地较密的地段采用搭竹架的方法,将导线和牵引线与地表植被隔 开,避免放线和牵引过程中对植被的破坏。组塔拉线与放线尽可能减少各种 材料堆放的占用面积,作业人员不得踩压植被,不得大面积砍伐树木、损坏 林草。工程临时占地采取自然恢复植被或复耕等方式恢复植被,植物覆盖度 的提高,将使生态环境得到一定的改善,对工程建设地区水土保持及生态环 境建设具有很好的效果。 7.5.6 弃渣处理 塔基基坑开挖回填后会产生一定量的弃渣,具有弃渣分散、量也不大等 特点,集中处置困难。通常塔基弃渣就近在塔基占地范围内作填筑处置。这 样的弃渣处置方式可以节约(弃渣占用的)土地资源,减少工程建设的扰动 面积,减少水土流失,还节省弃渣运输费用。弃渣回填后,经土地整治可以 撒播草籽绿化或进行复垦,具有较好的水土保持效益。 除此之外,对于无法回填的弃渣,平原区域一般均可就地平衡,建议对 丘陵山区塔位弃渣应征得同意后选择不危及塔位安全的低洼处集中堆放,做 好弃土边坡保护,对弃渣处置不管是平整还是集中堆放均应采取种草等植被 恢复措施,根据场地条件选择合适的草种进行植被恢复。对于个别塔位,如 终端塔,如果出现单基塔弃渣量较大且无法回填的情况,则应采取工程措施 进行防护,如在堆土的下方修一道挡土墙,将弃土放入挡土墙内,不让弃土 流失山下,影响生态环境。
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7.6

运行阶段环境保护方案

架空输电线路运行对环境不会造成大的影响和威胁, 因为它不污染空气、 大地和水。在选择线路路径时,已经十分重视避让人口稠密地区、工矿设施 和矿藏、自然保护区、森林、风景区、名胜古迹等可能产生重大影响的区域, 使工程对环境的影响降低到了最低限度。 运行期间,维护人员应定期检查并记录地基基础情况,做好维护工作, 对于设置散水的基础,应注意保持原设计坡度和厚度,并保护好场地排水护 坡设施,发现积水地段,应及时用土填平夯实,保证排水畅通。 (1)在居民集中区及人群活动频繁区域设置高压标志,标明有关注意事 项。 (2)加强对线路走廊附近居民有关高压输电线路和环保知识的宣传、教 育和培训,使人们对高压输电线路有正确的认识。 (3)要采取适当的措施,告诫人们要减少在输电线路走廊下的活动,农 业耕作的连续时间不要太长。 8 基面综合治理

基面治理不仅是保证线路安全运行的重要措施,同时也是输电线路水土 保持的一项重要内容。基面综合治理是针对山区线路铁塔按传统的方法确定 基面所存在问题,采取相应的预防和治理措施,主要包括边坡处理和基面排 水。 8.1 边坡处理

以往山区线路工程施工中,由于部分塔位基面未按相关要求处理,故在 雨水冲刷、侵蚀下,易产生边坡剥落和坍方。山区铁塔基面边坡主要包括天 然地形构成的自然边坡(如山坡、岸坡和斜坡等)和人工挖方形成的工程边 坡。 边坡破坏主要表现为表层剥落和沟蚀、崩塌和坍塌、滑坡和滑移;不仅
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造成水土流失,破坏下山坡植被,而且危及塔基稳定,给电力安全运行带来 隐患。 目前,山区基础边坡的主要处理措施包括工程治理、生态治理两大类。 8.1.1 工程治理措施 工程治理主要包括坡率法、浆砌块石、加筋挡土墙、抗滑桩、挂网锚喷。 各种方法及与环境的适应情况如下表所列。
表 8.1-1 治理 方法 适 用 范 围 塔位边坡的工程治理方法 特 点 环境适 线路工程 应性 应用情况 多 多 少 极少 极少

(1)适用于上陡下缓、坡后 坡率法 壁有稳定岩土的边坡; (2)常用于浅层滑坡; 浆砌 适用于土质或强风化岩质边 块石 坡。适用性强 加筋 适用于基岩和滑动面浅的浅 挡土墙 层滑坡。

施工简便、经济、安全可靠。 一般 但高度一般不超过 10m。

施工简便,受雨水冲刷后砼易 差 开裂;对护坡高度有限制。 施工简便,破坏山体平衡少, 一般 收效快。 但不适用于深层滑坡。 可处治深层滑坡。但费用高, 抗滑桩 适用地形较缓的中深层滑坡。 一般 施工时间长。 (1)适用于地形较陡、横向 施工较快,造价低,可处治中 挂网 基岩不深的中浅层滑坡; 层滑坡。锚杆长度有限,不适 较好 锚喷 (2 ) 在 15m 内应有锚固基岩。 用于深层滑坡。

8.1.2 生态治理措施 边坡生物处理是指利用植物,单独或与其它构件配合对边坡进行防护和 绿化、植被恢复的一种综合性技术。在线路工程中可采用的包括植被固坡、 三维植被网和浆砌骨架植草护坡三种方式。
表 8.1-2 治理方法 植被固坡 适 用 范 围 护坡三种方式介绍 特 点 环境适 线路工程 应性 应用情况 较少 较少 较少

开挖后风化严重的岩质边坡 结合当地实际情况,采用适 好 和坡面稳定的较高土质边坡 合当地生长的植被物种 三维植 各类土质边坡强风化岩石边 活性植物并结合土工合成材 好 被网 坡和土石混合边坡 料,形成植被网 浆砌骨架 兼有浆砌块石护坡和植物护 施工简便、经济、安全可靠。 好 植草护坡 坡的优点
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8.1.3 护坡型式比较分析 选择输电线路常用的浆砌块石护坡与其他两种生态护坡进行比较分析, 其经济技术指标表如下所示:
表 8.1-3 护坡措施 浆砌块石护坡 块石骨架植被护坡 三维网植被护坡 几种护坡形式经济性比较 厚度(mm) 500 250 50 单价(元/m2) 200 130 40 造价比(%) 100% 65% 20% 对环境的影响 大 小 小

从上表可以看出,植被护坡的经济性是十分明显的。线路工程中由于材 料运输费用比例比一般工程要高的多,浆砌块石护坡的材料消耗量大,运输 成本比例也会更高。所以在线路工程中应用植被护坡,经济性会更好。 尽管目前现行的设计、施工经验及生态养护技能有限,但是植被护坡是 适应现代社会发展需要,并与环境保护相协调的一种有效方式,在电力线路 建设中应逐步推广应用,特别是本文中介绍的植被护坡、三维网植被护坡和 块石骨架植被护坡施工方法相对简单,易于学习掌握,因此在本线路工程中 推荐采用植被固坡、三维植被网和浆砌骨架植草护坡进行基础边坡处理。 8.2 基面排水

通畅良好的基面排水,有利于基面挖方边坡及基础保护范围外临空面的 土体稳定。 塔位有坡度时,除塔位位于面包形梁,山顶或山脊外,对可能出现较 大汇水面的塔位需在塔位上坡侧(如果基面有降基挖方,距挖方坡顶水平距 离≥4 米处),依山势设置环状排水沟,以拦截和排除周围山坡汇水面的地表 水。 排水沟护壁问题可视塔位附近的地质情况区别对待, 对土质含沙量较高、 无粘性,或表层为强风化岩石、颗粒很松散、无植被或植被很稀疏地段的排 水沟需采取砌护壁的措施。需要指出的是:开挖排水沟的弃土,不得随意抛 在沟边或塔位上方的坡顶;排水沟施工应与降基面、基坑开挖同步进行。 另一方面,在施工图设计时降基挖方的基面作出留有内高外低的排水坡
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度的规定,坡度一般为(0.5~1.0)%。基面排水坡度尽可能向基础保护范围 大的缓坡方向倾斜,以便基面雨水从此方向排出,减缓雨水对塔基及下山坡 山体表面的冲刷,利于水土保持。 9 总结 通过《基础型式选择和优化及环保措施研究》专题使本工程基础设计达 到了如下目标: (1)依据铁塔规划的塔型和基础作用力,根据本工程地质勘测报告和水 文勘测报告,参照我国已建成的输电线路的经验以及现行规范的要求,根据 地形地质划分,本工程主要采用板式基础、掏挖基础、岩石嵌固基础和岩石 锚杆基础。 (2)以结构受力合理、降低造价为原则,对本工程主要采用的基础型式 进行了优化分析,如地脚螺栓偏心、插入角钢、基础埋深、台阶高宽比等的 优化。 (3)综合考虑经济效益、社会效益和环境效益,对线路勘测、设计、施 工、运行等各环节提出环境保护措施,最大限度的减少了基础工程对环境的 影响。 (4)基面和边坡的治理主要采用植被恢复和固坡、三维植被网和浆砌骨 架植草护坡等生态治理的措施;同时做好排水沟设计,做好水土保持。

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