福州北至金华500kV输电线路基础的选型设计_许世基
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第20卷第4期(总第79期) 福建电力与电工 2000年12月福州北至金华500kV输电线路基础的选型设计
(福州 350003) 福建省电力勘测设计院 许世基
摘要 分析了几种线路工程基础的特点;确定了福建—华东联网500kV福金线路基础的设计方案——以角钢直插式斜柱基础为主要基础型式,辅以岩石基础和拉线门型塔基础。
关键词 500kV线路 基础型式 直柱式 角钢直插式 斜柱基础 岩石基础
1 前言
随着电压等级的提高,铁塔基础承受外力增大,基础立柱长度、基础体积及工程量也随之增加;据有关资料,输电线路基础工程施工工期、运输量和费用分别占整个工程的50%、60%和5%～20%。
为了减少铁塔基础的混凝土及钢筋用量,缩短施工工期,降低铁塔基础建设费用,合理选择基础型式就显得非常重要。
福州北至金华500kV输电线路全长约355km,每千米一般有2～3基铁塔。
本文将对如何在该工程中选用技术先进、安全经济的基础型式作一介绍。
2 主要基础型
目前,国内500kV线路工程基础常用的型式有刚性基础和钢筋混凝土柔性基础。
柔性基础又分为直柱式和角钢直插斜柱式两种,另外还有掏挖式和半掏挖式基础。
(1)刚性基础 该基础施工工艺简单,质量易于保证,但由于基础混凝土用量较大,综合造价偏高,使用范围受到制约。
(2)直柱式钢筋混凝土柔性基础 该基础采用钢筋混凝土底板,基础台阶厚宽比不受1∶1限制,能比较充分地利用地基及上覆土重的作用,因而综合造价仍比普通混凝土刚性基础低。
但这种基础型式没有消除水平力对基础的不利影响,其底板和立柱的配筋量较多。
(3)钢筋混凝土角钢直插式斜柱基础 该基础立柱的轴向与铁塔主材的轴向一致,因此水平方向的基础作用力仅为直柱式基础的30%,而轴向基础力仅增加1%～2%,结果基础立柱、底板的受力状况大为改善,基础混凝土量和钢筋量仅为直柱式基础的20%。
而且,由于水平力减小,基础承压强度相应减小,使基础的侧向倾覆稳定性得到显著提高。
这种基础由于取消了塔脚板和底脚螺栓,将塔腿主材直接锚入基础中,达到节省材料、降低造价的目的,实践证明它是安全、经济、实用的。
但对施工精度要求较高,施工周期也比普通混凝土刚性基础及底脚螺栓式钢筋混凝土直柱柔性基础略长。
(4)掏挖式基础 该基础可以充分利用原状土,从而降低材料用量,降低工程造价,但它要求覆盖层厚,且要配备一定的施工机械。
半掏挖式基础可以部分利用原状土,也有较好的经济效益,水口—郊尾500kV线路就采用了这种型式的基础。
根据工程地质及自然条件,我们对刚性基础、直柱柔性基础、半掏挖基础、角钢直插式斜柱柔性基础的材料用量和造价进行了计算,Z M21直线塔的基础计算结果见附表。
附表 ZM21铁塔采用不同型式基础的
材料用量和造价
设计条件基础型式C20混凝土/m3钢材/k g造价/元
硬塑
无地下水
直柱刚性基础26.0876676847
直柱柔性基础16.12155656404
半掏挖基础18.2458455230
角钢直插式
斜柱基础
11.1689240658 可以看出,在同等地质条件下,角钢直插式钢筋混凝土斜柱基础的混凝土用量最少,钢筋用量比直柱柔性基础和半掏挖式基础略高。
与半掏挖基础相比,直插斜柱基础每基塔混凝土可节省7.08m3,而钢材仅增加308kg,综合造价低了14975元,若计算省去底脚板(约250kg),则插入式基础的优势更加明显。
3 采用角钢直插式斜柱基础的可行性
福建—华东联网福州北至金华500kV输电线路,全长355km,其中福建段长170km,浙江段长185km,沿线途经地段主要是中低山、剥蚀丘陵及部分冲洪积平原;主要地层为花岗岩类地层,凝灰岩地层和第四纪类地层,上覆粉质粘土和强风化岩石层,部分为冲洪积平原沉积层。
沿线地震基本烈度分为两段,福州北—宦溪为7度区,其余地段为6度区或以下。
从工程地质条件看,具备了采用直插式斜柱基础的条件。
目前斜柱基础有底脚螺栓连接和主角钢插入两种连接方式,前者靠底脚螺栓与铁塔主材连接,后者铁塔主角钢直接插入基础柱中。
插入式的斜柱基础传力简捷明确,且可省去铁塔塔脚板,在技术上、经济上的意义更大,因此拟采用角钢插入式斜柱基础。
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1996年底,我院与福建省建筑科学研究院(简称省建科院)联合对水口—泉州500kV线路角钢直插式斜柱基础进行了二组上拔试验,工作条件接近线路基础实际情况,测试在残积土中斜柱基础在各级荷载下角钢及钢筋应力分布、斜柱基础的位移以及底板上土压力变化情况。
真型实验顺利通过,证明设计是正确的,从而为在福州至金华500kV线路采用角钢直插式斜柱基础提供了重要理论依据。
水口—泉州500kV线路是我省第一条500kV线路,也是我省第一次采用角钢直插式斜柱基础的线路工程。
根据实验结果,我们在荷载较小的ZM51塔试用了40基直插式斜柱基础。
虽然此种基础型式对施工精度要求较高,工艺较复杂,但通过该工程的实践,设计施工单位都积累了一定经验。
此后,我院在设计水口—福州北郊II回220kV线路,林中—城头220kV线路及棉花滩—曹溪220kV线路等3个工程的设计中全面推广应用角钢直插式斜柱基础,从而大大地降低了工程造价,取得了很好的经济效益。
角钢直插式斜柱基础至今为止已在全国多条500kV线路中应用。
实践证明,这种基础型式是安全、经济和实用的,施工中的困难是可以解决的。
通过以上分析、论证,推荐角钢直插式斜柱基础为主要基础型式。
4 岩石基础
岩石基础主要包括岩石群锚基础和岩石嵌固基础。
岩石群锚基础在福金线工程山区及高山大岭覆盖层稍浅的微～中风化岩中采用,它能充分利用岩石的抗剪强度,可以大大减少基础混凝土和钢材量、基础土石方工程量,从而大大减少运输工作量,降低了基础造价,是线路工程在这种地质条件下首选的基础型式。
岩石嵌固基础用于强风化岩石地带,它可以较好地利用原状岩石的抗剪强度,较大地降低基础材料的消耗量,在节省工程投资上具有明显的效果。
我院与省建科院在1996年底结合水口—泉州500kV线路工程,对岩石嵌固式基础进行了真型试验,试验顺利通过,且摸清了抗拔与抗倾覆能力,为将来该型式基础的设计提供了可靠的实验数据。
在以后的工程中,我们在岩石风化程度较轻的强风化岩石上,大胆使用群锚基础和嵌固基础结合的方式,上面嵌固基础,下面群锚桩,共同承担铁塔传下的作用力,进一步降低了岩石嵌固基础的工程量,并使岩石基础的型式又有所发展。
福金线工程白岩山—中房、莲花心—八都等为花岗岩类地层,覆盖层一般厚1～5m,相当长的路段上覆盖层仅1～2m,是真正的岩石基础。
可逐基鉴定岩石的状况,视岩石的具体情况,选择相应的基础型式。
5 拉线门型塔基础
拉线门型塔柱下基础受力简单,数值小,经比较计算,塔柱下基础采用钢筋混凝土柔性基础比用混凝土刚性基础造价低。
因此确定福金线工程拉线门型塔柱下采用钢筋混凝土柔性基础。
技术经济比较表明,地下水位较深的地区,拉门塔拉线基础采用预制钢筋混凝土拉线盘最经济、施工方便、且易于保证质量。
但对0.9×1.8的大拉线盘,因为较重,考虑运输等方面的原因,应采取现浇方式,0.8×1.6及以下拉线盘可采用预制方式。
6 结论
综合以上分析,在福金线工程的一般地段主要采用角钢直插式斜柱基础;在山区及高山大岭覆盖层稍浅的微～中风化岩中采用岩石群锚基础;在部分裸露或覆盖层浅的强风化岩石地带采用岩石嵌固基础;拉线门型塔柱下采用钢筋混凝土柔性基础,拉线基础采用预制或现浇式钢筋混凝土拉线盘。
为了减少降基及土石方开挖量,保护自然环境,在铁塔设计中采取全方位不等高腿,在基础设计上再配合高低基础,以大大降低工程造价,达到最佳效果。
(收稿日期:2000-09-13)
具有发电和变电功能的高压发电机
A BB公司已同瑞典电力公司签定了向一座燃烧生物质能的热电联产电厂供货的合同。
供货设备具有发电和变电组合功能的高压发电机,其总投资为5700万美元,A BB的合同费用约为1000万美元。
该机组额定电功率38M W,热功率71M W。
电厂的燃料主要是森林和锯木厂的废料。
来自额定功率为110M W锅炉的蒸汽将供给由高、低压缸组成的双缸汽轮机,汽轮机再去驱动高压发电机发电。
高压发电机的绕组由标准的高压电缆制成,这样能使它以比常规发电机高得多的电压发电。
常规发电机的电压一般限制在30kV以下,而瑞典的这台高压发电机不需升压变压器和中压开关装置,直接连到现有出厂变电站上。
这样发电厂就会更紧凑,降低总损耗约400kW;电厂总效率将提高一个百分点。
由于电厂部件比常规电厂少,在同样的安全系数下,预计电厂可用率也会提高。
该电站位于瑞典中部一个约9万人口的小城镇上。
这个地区以前的电力全部由外面供给,热力由地区供热厂供给。
新电厂将紧邻原有燃油供热厂而建,并将和它联合供热,从而减少石油消耗。
[摘自《中国电力》2000,(9)]
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