输电线路铁塔基础选型设计及其优化思路

输电线路铁塔基础选型设计及其优化思路

摘要：随着人民生活水平的不断提高，各个行业都在不断地发展。电网建设是电网建设的基础，而电网建设的好坏将直接关系到电网的运营安全。在实际的配电网络架空线路建设中，多数都是将铁塔作为工程杆塔来使用，但由于其自身建设的限制，加之其工作人员短缺、分布分散，很难保证其基础建设的质量。根据高压输电线路工程的安全管理状况，对铁塔基础的选型和优化方法进行了分析，为同类工程提供借鉴。铁塔是电力输送的重要基础设施，由于铁塔在工程中的使用日益普遍，因此，铁塔在地质条件恶劣的情况下得到了广泛的应用。输电线路的铁塔基础在地质条件恶劣的情况下，其基础的选择和设计是十分必要的。本文从铁塔基础的受力特点出发，结合工程实例，讨论了铁塔基础的选型和设计。

关键词： 输电线路；铁塔基础；优化思路

前言：目前，随着各种生产和城市化的快速发展，对电力的需求量越来越大，因此，近年来，我国的输电线路建设也是如火如荼。而输电线路通常都是由高压铁塔来支持的，如果不支持，导线就会下垂，很可能会出现各种安全事故，甚至会影响到整个输电系统的正常运转。我国输电线路的总跨径日益增多，对高压铁塔的需求日益增大。随着线路长度的增大，总质量的提高也会增大，如果高压铁塔的承载能力达不到设计要求，将会对线路的安全和稳定造成很大的影响。为此，要做好对输电线路铁塔基础的选择和优化，以适应今后输电线路发展的需要。在全国范围内，输电线路、铁塔的施工都是以地基为基础，如果地基和基础出现质量问题，将严重影响线路的安全和稳定性，严重的可能造成人身伤亡，严重的危害社会的建设和发展。输电线路的长距离运输是其典型的特点，其穿越路径的自然环境直接影响着基础条件的复杂性和不稳定性。以往的大量施工经验证明，由于工程水文土质差异、滑坡、施工工艺不合理、设计偏差等原因，都会导致塔身变形、位移、不均匀沉降，严重时会导致塔身倒塌，从而引发电网安全事故。一般说来，由于地质、水文等条件的不同，往往要根据不同的作用机理，选用合适的地基，并对其进行合理的优化，从而保证铁塔的安全稳定运行。

一、输电线路工程的安全管理现状

尽管保证输电线的工程质量很重要，但是在实际的输电线工程建设和管理工作中仍存在以下问题：1）缺少完善的施工管理机制与管理措施，一些施工单位并没有完善的管理规范，在发生问题后才着手建设，会加大建设成本。由于没有明确的奖励和惩罚机制，使得现行的管理体制无法落实到具体的工作中，从而影响到高压输电线路的施工质量[1]。2)施工人员的责任心不强，对施工质量的重视程度不高，致使施工现场工作不够认真、细致，特别是在检查和管理上没有认真、仔细地检查，致使部分问题或缺陷被忽视，从而严重地影响了高压线的使用寿命。3)由于专业技术的欠缺，使得管理工作的质量较低，在实际工作中很难正确判断和排除故障，从而直接影响到高压输电线路工程管理质量

二、影响铁塔基础设计的几个因素

尽管铁塔在输电线路的整体稳定中起着举足轻重的作用，但由于各种人为因素、施工环境等因素的存在，使得铁塔地基的稳定性变得十分脆弱[2]。由于铁塔地基的好坏，直接关系到铁塔的安全和承载力，所以我们要针对影响铁塔地基的各种因素，制定相应的预防措施。由于输电线路铁塔的施工技术比较复杂，加之所处的地理位置也是千变万化的，所以，对铁塔地基的影响因素并不能一概而论，因为在不同的情况下，会产生很大的影响。通过归纳，可以得出以下结论：

（一）施工工艺

施工工艺是影响铁塔施工质量的重要因素，由于铁塔的施工技术要求很高，如果不能满足施工技术的要求，比如地基的应力、结构的变化、地基类型的选取和实际情况的不匹配、地基的设计、材料的运输等，都会对铁塔的地基产生影响[3]。因此，施工工艺是影响输电线路施工质量的重要因素。

（二）建筑的环境影响 输电线路铁塔施工项目的选址必须根据线路的走线来决定，而地质情况的差异常常会影响到施工人员的铁塔基础的设计[4]。比如：水文地质条件、工程地质条件等，若不能在设计时充分考虑，在工程建设中会出现沉降、位移、变形等问题。而这些问题将直接影响到塔基的性能。

（三）特别因素的作用

这一类型的影响因子通常属于非人为因素，其出现比较突然，而且很难判断其发生的具体时间和范围，如大风、强降水等；滑坡，泥石流，以及其他的自然灾害。可以说，在输电线路铁塔的设计中，最难解决的就是一些特殊的因素，因为人们无法避免这种情况，所以只能采取一些消极的措施。

三、铁塔基础的选择

由于输电线路要考虑到不同区域人民的生产和生活需求，所以选择的线路很难改变，这就造成了电缆电缆所处的地质条件比较复杂[5]。为确保输电线路铁塔的工作性能，必须结合工程现场的具体情况，对其进行受力特性的分析，从而确定最优的塔基类型，并全面地分析其安全性和经济性[6]。

（一）工程实际案例

在一条即将架设输电线路的道路上，为了增强输电线路的稳定性，必须对铁塔的地基进行加固。为增强铁塔地基的稳定性和安全性，在进行地基土层指数的调查和测量时，应在设计前进行。根据铁塔地基的选择，铁塔的地基类型应该是联接的，从表1上可以看出，地基的强度是二层，这样就可以通过分析和计算来确定塔基的基本参数。

综上所述，结合型铁塔地基相对于独立型铁塔地基，整体性能较好，稳定性较高，同时考虑到该区域松软土层较多，线路受力较一般的情况，最终选定了联合塔基。但在选择铁塔地基时，必须先计算地基承载能力和最佳控制值，而联合式铁塔地基的承载能力一般不能超过设计值的5/4；其次，在软土条件下，结合型铁塔基础的深度较浅，采用这种方法可以改善基础的排水性能，并能改善原有基础的表面原状土层对整体工程的影响。同时，由于内部和外部因素的作用，软粘土层的联合式铁塔地基容易产生沉降积累。其中，由于内部因素的作用，铁塔地基容易出现以下两种变形：一是由于负荷分配不平衡而产生的合理变形，这是一种合理的铁塔形式位移，随着时间推移，它会逐渐变得稳定；二是由于铁塔在施工过程中的荷载分配与设计的布置有偏差，在局部范围内，其破坏程度不大，但是从整体上的变形积累效果来看，会对铁塔的安全造成很大的影响。由于外部因素的影响，铁塔地基的变形主要表现为：地基的变形，即地基地基受铁塔的重力挤压而产生的沉降；二是由于风力、地下水季节性变化、温度周期性变化以及基础结构不均匀等因素引起的基础沉降。

（二）塔身结构的受力分析

一般情况下，影响铁塔地基的设计和选择的因素有两个：一是地基上的地基物理参数。由于输电线路是已知的，所以在进行塔基设计前，可以对其进行分析和测量。第二，塔身和塔基的受力状况和地基的变形规律；这是经过多次试验和分析得出的结论，这里的铁塔地基之所以选择联合地基，是因为当地的土壤结构，而地基的地基是粉砂土，土壤比较脆弱。而在联合塔基施工中，需要对塔基进行整体浇筑，这一难题得到了很好的解决。为了更好的理解铁塔的受力状况，通常使用 ANSYS软件对其进行分析，从而得到其在不同位置上的承载力。为了确保铁塔的稳定，一般都会采用钢筋混凝土作为地基，但地基的刚度与地基的厚度差距太大，很可能会导致地基的下沉和变形。即使地基的沉降量很大，地基上的应力也会持续，因此，地基的稳定性受到很大的影响。而当地基的刚性达到一定程度时，很有可能发生弯曲、压缩等变形，超过一定的变形，就会导致基础的断裂。因此，对于地基的软土，应采取联合地基的方法，同时还要考虑到地基的具体尺寸、形状等问题。 四、设计优化

在这个项目中，铁塔基础的设计优化，就是因为它的稳定性和安全性要比一般的铁塔要好得多。由于场地土壤疏松，受力条件要求较高，因此建议采用联合式铁塔的地基形式。首先，在进行地基设计时，必须对地基的承载力进行计算，而联合式铁塔地基的承载力通常不超过设计值的80%，这是为了确保地基的稳定最优。其次，联合式铁塔的地基深度较浅，而且是由浇注而成，所以，这种地基形式可以很好的排水，也可以将上层的坚硬层加固，但因为底层的土壤比较松软，所以地基很有可能会出现下陷和位移，如果是正常的变形，当沉降和位移达到一定程度后，就会自动调整到最佳状态，而施工失误导致的变形，就会对整个铁塔产生巨大的影响。最后，由于地形、气候等因素的影响，铁塔的沉降和位移也会受到一定的影响，因此，必须在设计时充分考虑到变形的因素，以确保在最大压力下的变形幅度不超过20 mm。

结论：铁塔地基是保证铁塔稳定和安全运行的重要保证，所以对其进行选择和设计十分必要。此外，还应根据各种地质条件和水文条件，对铁塔地基进行优化。只有如此，才能得出最优的设计方案，从而使整个铁塔的质量更上一层楼。近几年，我国的电力工业得到了快速的发展，电力工业已经成为推动国家经济发展的一个重要支柱产业。但是，中国在发展的同时，也应该注意到我国电力设施的发展还存在着很多问题，并提出了相应的改进措施。输电塔是电力系统中的一个关键环节，它的设计质量将对整个系统的安全运行产生很大的影响。

参考文献：

[1] 朱宁. 输电线路铁塔基础选型设计及其优化对策研究[J]. 中国设备工程, 2022(2):130-131.

[2] 郑存波. 输电线路杆塔结构优化设计的探讨[J]. 华东科技:综合,

2022(1).

[3] 李津汉, 刘立海, 姚欣楠,等. 一种铁路通信铁塔设计高度快速优化确定方法及系统:, CN114676491A[P]. 2022. [4] 李亮, 左元龙. 特高压输电线路杆塔单双角钢过渡节点承载力数值模拟研究[J]. 中国勘察设计, 2022(S02):4.

[5] 张松. 高压输电铁塔结构优化设计方法研究与应用[J]. 电力设备管理,

2022(1):69-71.

[6] 徐铂裕. 架空输电线路铁塔基础偏心测量装置的设计及应用[J]. 电气技术与经济, 2022(002):000.