摘要：优质的线路设计可以提升电能传输的效率，现代供电系统服务的范围、对象与传统模式存在差异，也对送电线路设计提出了更高要求。基于此，本文以送电线路铁塔斜柱式基础的应用优势作为切入点，对其力学、经济学等价值给予简述，再以此为基础，结合工程实例重点分析线路设计中送电线路铁塔斜柱式基础的应用，以期通过分析明晰技术优势，为后续设计工作提供参考。
关键词：送电线路；斜柱式基础；线路设计；斜率控制
前言：斜柱式基础是一种铁塔建设方式，是指在送电线路铁塔的主干部分设计一定的倾角，该方式看似降低了铁塔的稳定性，但由于铁塔直接连接地面，传力、导力系统没有被破坏，力平衡依然得到保持。现代社会电力系统建设越发完善，基础设备类别、数目也不断增加，应在现有上强化设计，并进行推广、应用，针对线路设计中铁塔斜柱式基础的应用优势和方式加以分析有一定的现实意义。
1.送电线路铁塔斜柱式基础应用的优劣势
1.1力学优势
由于基础立柱倾斜率与铁塔主材倾斜率相同，斜柱式基础的力学平衡没有受到影响，与直柱式基础相比，作用在基础上的上拔或下压力得到了进一步的传导，直接到到达基础底板，作用在基础上的上拔或下压力大大降低，作用在基础主柱上的水平力也因此减少，整个铁塔基础受力更为合理。研究人员曾系统的进行过受力差异分析，在理想条件下，斜柱式基础在承重力方面低于直柱式基础，二者差异随着负载水平的增加而增加，直到斜柱式基础垮塌，但由于输电线路往往不存在较大的外荷载，这种差异并不会影响斜柱式基础的工作性能。与此同时，进一步分析表明，93％左右的下压力可以通过斜柱式基础传导至地下，而直柱式基础传导下压力的平均比例只有81％左右，二者差距明显。
1.2经济优势
斜柱式基础在传力、导力上的优势衍生出了经济上的优势，这种优势主要体现在建设耗材方面。采用斜柱式基础的情况下，作用在基础上的上拔力、下压力以及水平力都降低了，基础主柱截面因此可以减小，钢筋以及混凝土的用量同步降低。以普通高压送电线路为例，采取直柱式基础，钢筋和混凝土的消耗量取标准值1，斜柱式基础在这两项耗材上的用量分别约为0.83、0.79，建设一处铁塔可以降低成本约18.2％。目前全国各地广泛进行电力基础设施，应用斜柱式基础可以使成本总额得到有效控制，经济上的优势明显。
1.3施工难度的增加
斜柱式基础的优势建立在优质设计和施工的基础上，倾斜率的变化会明显导致重心的转移，给施工带来一定困难，为进一步提高施工技术力量，应摸索出一套符合现场实际施工要求的施工方法。以斜率选取为例，斜柱式基础的斜率会影响传力性能和材料用量，在倾斜角度为0时，影响级别也是0，随着倾斜角度的增加，传力性能得到优化，材料用量则不断减小，最大倾斜角度理论值为90°，但实验证明，如果斜率超过14°17′（默认铁塔高度17米），将导致铁塔重心严重偏移，材料用量也会开始增加，力学和经济学优势不复存在。这即是说，斜柱式基础的应用存在一个临界点，必须精准给予计算，同时综合考虑风力、土质条件等因素，才能确保施工有效性。
2.实例分析
2.1工程概况
以某工程为例，目标对象为110kV线路工程，工程分为8个标段，每个标段的工况大致相同，本次分析对象为第六标段，止于黄河东岸，工程预计总建设长度为9.1km，设计铁塔数目63基，包括直线塔39基、耐张塔18基、直线转角塔5基以及终端塔1基。第六标段处于矮丘陵和平原过渡区，存在河谷地貌以及少量山区，但总体以平原为主。施工方在拟定施工方案时，决定采用全掏挖基础和斜柱扩展柔板基础，设计斜柱式基础铁塔33基。由于施工难度大，要求控制尺寸准确，主要包括基础立柱倾斜率的控制、模板的加工制作、地脚螺栓尺寸定位的控制三个方面。
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2.2基础立柱倾斜率的控制
在本文的第一章第三节中，介绍了斜柱式基础施工的劣势，其中的关键是倾斜率控制，为保证工程质量，立柱倾斜率必须经过严格的计算，如果计算不准确，不仅影响基础主筋的加工，也影响基础的整体受力情况[1]。由于施工地点处于平原，需要考虑的斜率影响因素相对较少，给定两个立柱倾斜率计算公式：
A2/2=A1/2+H*tg(α)；B2/2=B1/2+H*tg(β) A2/2.
式中，A2/2表示基础底板下平面正面半中心距，B2/2表示基础底板下平面正侧面半中心距，A1/2表示基础正面半根开，B1/2代表基础侧面半根开，H指铁塔整体高度，基础立柱正面坡度以tg(α)表示，基础立柱侧面坡度以tg(β)表示。按照计算式带入实地测量参数，计算获取基础底板下平面正面半中心距为3.753m，基础底板下平面正侧面半中心距为3.227m。
2.3基础模板制作尺寸的控制
模板制作应在规范的施工设计指导下进行，要求满足基础立柱的正、侧面坡度及立柱宽度要求，按照本次施工的实际情况，给出三个计算公式：
AD（立柱的正面）=AB=BC=CD=a；AA1（立柱的侧面坡度）=2 a/Sinθ；BB1（立柱宽度）=DD1=a Sin(β)
式中，a代表基础立柱宽度，θ代表基础斜柱坡度角。第六标段总长度为9.1km，设计铁塔数目63基，其中33基为斜柱式基础铁塔，不同施工地点存在一定的差异，影响基础立柱的长短参数。要求在进行设计时出具具备指导价值的模型，同时保证该模型能够于标准模板较为相似。为提升设计的可行性，建立一个标准模板的同时，按照A1、B1、C1、D1（斜柱式基础的四个受力点）延伸变化的基本情况，制作A2、B2、C2、D2以及A3、B3、C3、D3直到An、Bn、Cn、Dn若干模型，最多不超过8个，在具体施工中，以最接近的模型作为参考进行建设。
2.3地脚螺栓尺寸定位的控制
地脚螺栓是保证斜柱式基础被牢固固定的基础，第六标准部分螺栓规格小，采用了整体下放的方式，在空旷处控制好小根开，绑扎、固定，之后四根地脚螺栓一起下放。丘陵附近的螺栓规格较大，没有整体下放，采用单根下放、逐一处理的方式进行作业，为保证单根临时固定的效果，工程施工过程中大量应用了活动式模板，对大小根开、中心线的调整是实时进行的，确保偏心、保护层参数满足设计要求。此外，对小根开控制和基础半对角线线长进行了单独处理，使用箍筋固定地脚螺栓小根开，效果较为良好。完成临时固定后，在四个地脚螺栓间拉交叉十字线，并寻找交叉点，与重锤锤尖相对，考虑到螺栓在自重影响下出现的位置偏移，额外应用粗铁丝进行了绑扎[2]。
在工程作业过程中，斜柱式基础的建设和应用效果较为良好，33基铁塔均能够如期完工。耗材方面，较预算节约了大约9％，工期缩短了17天，总支出降低了12％。此外，工人员使用了BIM模拟技术和有限元分析法，提升了施工效率。
总结：通过分析送电线路铁塔斜柱式基础在线路设计中的应用，获取了相关理论内容。铁塔斜柱式基础较直柱式基础具有一定优势，能够更好的满足传力需求，也能够降低材料用量，提升经济效益。在应用斜柱式基础时，要做好倾斜率和基础模板制作尺寸的控制工作，应用模拟技术了解相关参数，并给予必要的调整优化，此外还要重视施工技管理，确保工程质量。
参考文献：
[1]王长胜.送电线路铁塔斜柱式基础在线路设计中的应用[J].中国新技术新产品，2014(23):126-127.
[2]高彬，曾二贤，冯衡.输电铁塔斜柱式基础设计力系转换方法研究[J].电网与清洁能源，2014，30(03):36-39.
论文作者:祁重良
论文发表刊物:《电力设备》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/12
标签：基础论文; 铁塔论文; 立柱论文; 线路论文; 螺栓论文; 地脚论文; 优势论文; 《电力设备》2018年第5期论文;