送电线路特种地基经济合理性分析与研究

2015-07-15 102 0

   随着电网发展进入智能化时代,电网功能、形态和特性正在深刻变化,输电线路电压等级的提高及同塔多回线路的增多,铁塔基础受力增大,基础的钢筋、混凝土量也随之增加。作为送电线路工程重要组成部分的基础工程,其造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占比很大。据统计,输电线路基础工程施工工期约占整个工期的50%,运输工程量约占整个工程运输量的80%,费用约占工程本体造价的15%~20%。为了减少铁塔基础混凝土及钢筋用量,降低铁塔基础施工费用,减少对自然环境的破坏,应根据地形地质条件选择合适的基础型式并进行优化设计,可以有效降低整个工程造价、为线路的安全运行提供必要的保障作用。
 
  下面结合辽宁地区220kV及500kV送电线路常用的基础型式,从技术经济指标方面作对比分析。总结出送电线路基础选型的基本原则,并对送电线路特种地基中的斜插式基础、薄壳式基础作分析。
 
  一、结合工程实际分析不同基础在不同地质条件下的经济指标
 
  1.针对辽宁省某220kV线路工程双回路直线塔在不同地质类别、材料运输条件(人力运输按0.5km,汽车运输按20km考虑)及施工方式,分别就掏挖基础、灌注桩基础、阶梯基础三种基础型式做详细的技术经济比较,详见下表。
 
  表1地基土类为普通土地质条件下技术经济比较
 
  基础类型 铁塔类型 混凝土量(m3) 基础钢材(kg) 基坑土方量(m3) 造价(元)
 
  掏挖基础 直线 23.580 792 23 32725
 
  灌注桩基础 直线 74.600 4852161886
 
  阶梯基础 直线 29.412 980 204 42132
 
  表2地基土类为坚土地质条件下技术经济比较
 
  基础类型 铁塔类型 混凝土量(m3) 基础钢材(kg) 基坑土方量(m3) 造价(元)
 
  掏挖基础 直线 23.580 792 23 32725
 
  灌注桩基础 直线 74.600168162
 
  阶梯基础 直线 29.412 980 182 42804
 
  表3地基土类为松砂石地质条件下技术经济比较
 
  基础类型 铁塔类型 混凝土量(m3) 基础钢材(kg) 基坑土方量(m3) 造价(元)
 
  掏挖基础 直线 23.580 792 23 33132
 
  灌注桩基础 直线 74.600 4852227753
 
  阶梯基础 直线 29.412 980 213 48779
 
  2.针对辽宁省某500kV线路工程双回路直线塔不同地质类别,材料运输条件(人力运输按0.5km,汽车运输按20km考虑)及施工方式,分别就掏挖基础、灌注桩基础(一基铁塔基础16个桩)、阶梯基础三种基础型式,做详细的技术经济比较,详见下表。
 
  表1地基土类为普通土地质条件下技术经济比较
 
  基础类型 铁塔类型 混凝土量(m3) 基础钢材(kg) 基坑土方量(m3) 造价(元)
 
  掏挖基础 直线 53.820 1500 52 68433
 
  灌注桩基础 直线 387.728 36836 237 759698
 
  阶梯基础 直线 127.192 1100 615 144994
 
  表2地基土类为坚土地质条件下技术经济比较
 
  基础类型 铁塔类型 混凝土量(m3) 基础钢材(kg) 基坑土方量(m3) 造价(元)
 
  掏挖基础 直线 53.820 1500 52 68433
 
  灌注桩基础 直线 387.728 36836 225 760850
 
  阶梯基础 直线 127.192 1100 532 147030
 
  表3地基土类为松砂石地质条件下技术经济比较
 
  基础类型 铁塔类型 混凝土量(m3) 基础钢材(kg) 基坑土方量(m3) 造价(元)
 
  掏挖基础 直线 53.820 1500 52 69437
 
  灌注桩基础 直线 387.728 36836 246 1000042
 
  阶梯基础 直线 127.192 1100 704 174411
 
  从220kV及500kV输电线路工程各类基础技术经济比较中不难看出,在三种地基土类中,掏挖基础每基造价远远低于灌注桩基础、阶梯基础,经济效益较显著。阶梯基础每基造价也远小于灌注桩基础,分析原因主要是灌注桩基础钢材消耗量及混凝土量大所致。如考虑塔基征占地费用及环境保护因素,灌注桩基础综合造价会低于阶梯式基础。因此应根据一定的原则进行送电线路的基础选型。
 
  二、送电线路基础选型的基本原则
 
  1.技术合理性。这是送电线路基础选型最重要的指标,一般只要满足基础上拔稳定、下压稳定、倾覆稳定,变形在允许值范围内,基础自身强度符合标准即可。
 
  2.施工技术的可行性。线路基础在全路径内分布,沿线交通运输条件一般比较差,施工机械进场困难,限制了机械化施工的应用,在基础选型时应充分考虑这一因素。对不良地基提出特定的基础型式和处理措施。
 
  3.经济性技术要合理。应针地工程地形、地质特点及实际施工特点,在综合分析对比的基础上,选取合理的基础型式。注意其中造价高低是一项重要指标。
 
  4.遵循可持续发展原则。在安全、可靠的基础上,尽量避免施工作业对环境的破坏是线路与沿线环境的主要结合点。
 
  三、斜插基础的经济技术分析
 
  (一)斜插式基础
 
  1.斜插式基础的优势
 
  斜插式基础是将铁塔腿部主材插入基础主柱,用锚钉或角钢与混凝土锚固。斜插式基础之所以能节省材料,主要是因为铁塔主材所产生的内力直接传递到基础底板。基础底板处由塔腿水平力产生的弯矩与直埋台阶式基础相比很小,所以底板配筋也很小,按构造配筋即可满足要求。
 
  2.斜插式基础的缺陷
 
  斜插基础的施工难度比较大,主角钢操平、找正、固定比较复杂,对施工工艺要求较高比较费工时,对施工操作人员的技术要求比较高。
 
  3.斜插式基础的受力分析
 
  常规基础主柱采用直柱设计,主柱弯矩随基础埋深加大而逐步加大。采用与铁塔主材倾斜度一致的斜插基础后,水平力和垂直力产生的弯矩基本能抵消主柱钢筋主要由上拔力的大小确定。因此,主柱宽度在满足构造和受力要求下,尽量采用较小断面尺寸可以节约混凝土。分析得出基础埋置越深,混凝土方量和基础钢筋就越少,土石方量越多。
 
  4.结论
 
  通过以上的统计分析可知,并非所有的送电线路采用斜插基础都能取得很好的经济效益,从经济性方面看,只有在基础的荷载比较大时采用斜插基础才有更加合理的经济效益,它有利于基础的整体稳定性和发挥自身的强度,能达到节省材料和降低造价的目的。斜插基础在辽宁地区也应被更广泛应用于高压输电线路工程中。
 
  四、薄壳基础的经济技术分析
 
  1.薄壳基础的优势
 
  薄壳基础虽然是一种空心薄壁的空间结构,但却具有较大的强度和刚度。它与大块式基础相比,具有土方量小、节约材料、节省劳动力和加快施工进度等优点。通过经济分析,采用薄壳基础代替大块式基础,可节省混凝土30%~50%,节约钢筋10%~20%。薄壳基础不但沉降量小,而且倾斜也较小。
 
  2.薄壳基础的缺陷
 
  薄壳基础要求有较高的施工质量,其中关键是土胎的形成和浇筑混凝土,土胎挖至壳顶标高,进行二次放线,用人工一层层剥土,土胎应保持原状土不受扰动。若有超挖,则需夯填素土重新成型。由于对施工人员的施工质量、施工经验要求很高,这就局限了薄壳基础在送电线路工程中的应用。
 
  3.薄壳基础的沉降与为倾斜
 
  根据资料分析,在相同上部结构荷载及地基承载力条件下,薄壳基础的沉降量较大块式基础的沉降量要小。一般在泥沼地区施工的送电线路地基一般会采用桩基础,需要对地基进行处理。如果采用薄壳基础,会避免了打桩,降低了工程造价,又加快施工进度。
 
  4、结论
 
  根据上述论述与分析,首先应解决认识问题,正确对待薄壳基础形式。只要正确认识,积极解决存在的问题,相信薄壳基础的推广应用,还是具有广阔的发展前景的。
 
  参考文献
 
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