专题6基础型式选择和设计优化

专题6基础型式选择和设计优化I内容提要1工程概况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。II表1推荐基础型式、适用塔型及适用地形地质条件表基础形式适用的地质、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基础优化项目及结果一览表基础型式优化项目优化分析原状土类基础地脚螺栓中心与偏心布置对比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直掏斜插式基础改变基础受力状态，减少基底的偏心作用斜掏挖斜插基础改变基础受力状态，减少基底的偏心作用基础埋深及主柱直径优化结合地基的承载能力，使埋深与基础直径相匹配，造价低掏挖基础与挖孔桩基础分析比较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，合理安全开挖类基础直柱与斜柱基础对比分析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。主柱中心与偏心布置对比分析采用主柱偏心布置可减小主柱和底板底面弯矩台阶宽高比的优化分析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。斜柱斜面基础的应用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。III5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3十字型基础6环保措施分析（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。IV3）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。目录1工程概况....................................................12研究内容及基础作用力特点.....................................12.1本专题研究的主要内容.......................................12.2输电线路工程基础设计特点...................................12.3本工程气象条件.............................................23地质水文概述................................................23.1沿线地形、地貌及工程地质...................................23.2沿线地震动参数.............................................53.3地下水....................................................53.4不良地质现象..............................................63.5水文概述...................................错误!未定义书签。4基础选型....................................................64.1基础选型的原则.............................................64.2基础型式简介及工程特性.....................................94.3基础选型.................................................115推荐基础型式的优化分析......................................145.1基础优化的基本原则........................................145.2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...............................................176.1新型基础的构想............................................176.2十字型基础设计研究........................................177输电线路环境保护方案........................................217.1基础环保措施.............................................217.2环境保护现状.............................................237.3勘测阶段环境保护方案......................................257.4基础设计阶段环境保护方案..................................267.5施工阶段环境保护方案......................................287.6运行阶段环境保护方案......................................318基面综合治理...............................................318.1边坡处理.................................................318.2基面排水.................................................339总结........................................................3411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：2（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设计气象条件组合一览表(10米基准高度)设计工况气温(℃)风速(m/s)覆冰厚度(mm)最高气温+4000最低气温-2000最大风速-5250覆冰情况-51010（15）年平均气温+1500安装情况-10100大气过电压+15100操作过电压+15150年平均雷暴日79冰的比重0.9g/cm33地质水文概述3.1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3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