输配电线路杆塔基础抗倾覆能力计算方法分析

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摘 要：输配电线路杆塔基础的抗倾覆能力关系到杆塔的牢固度、稳定性，也影响到杆塔架线功能的发挥。实际的杆塔基础稳定性受到多种因素的影响，要将多种影响性因素纳入考虑范围。文章分析了输配电线路杆塔基础抗倾覆能力计算方法。

关键词：输配电线路；杆塔基础；抗倾覆能力；计算方法

杆塔基础的基本作用就是将杆塔的重力逐渐伸向地下土体，其主体作用力同导线向绝缘子传递力量大致相同。参照相似的原理，绝缘子应该按照线路的具体特征来选择规格、精心审计，以此来满足各个类型导线的张力。与此类似，杆塔基础的设计也要确保满足各类载荷，这样才能真正提高杆塔基础的牢固度。

1 输配电线路杆塔基础设计的依据

1.1 地质条件

输配电线路杆塔基础上设计首先要明确杆塔地基所处地理环境、地质条件、岩土特征、地下水位等，根据这些客观条件来设计杆塔基础。

1.2 载荷特点

输配线路杆塔基础需承受多种载荷条件，具体见图1所示。

Z方向存在竖方向的载荷，与此相对应的X/Y则存在水平载荷，其中Z-Y.Z-X面上也存在倾覆力矩，X-Y平面则存在扭矩。实际的输电线路杆塔基础设计要考虑到多种变化性因素，例如：不同载荷的变化、载荷频率、分布等。同时，也要考虑到杆塔基础的型号、大小、质量等因素。

1.3 地基与岩石的承载特征

地基自身是否达到标准的承重水平，能承受的载荷大小，重载荷是否将带来破坏面，破坏的深度、程度等。破坏面的类型不同对应的地基岩土载荷传递模式也有所差异。

1.4 土与岩石的承载特征

重点从土体、岩石等的强度、变形特点、空隙水应力等方面出发，以及土体的排水性能等来综合得出杆塔基础的承载特征。

1.5 施工方案

实际的杆塔地基施工中所采用的施工方法也至关重要，方法的选择将影响到地基系统的承载能力，所采取的方法不当或者未能正确履行施工程序，都可能影响地基承载力。

2 杆塔基础于土体的抗拔能力

2.1 地基受损的主要模式

杆塔基础包括多种类型，例如：直轴型基础、直埋式基础、底板型基础等。其中轴型基础有着自己的受破坏方式，具体为：在地基和土体连接位置出现土的剪切型破坏，其形状为圆柱状。此类基础，略微将其向上拔起，使其承受上拔力，其所处区域土体内可能有间条块剪切面层出现，此时的滑移运力相对有限，然而，在外力逐步施加的基础上，土体内部则会有较强的滑移剪切力，杆塔地基的滑移则将变大，最后可能逐步形成连续性剪切滑移，会形成一种破坏力，逐步朝着土体与杆塔地基连接的位置靠近，实际运行过程中，如果滑移剪切未出现，杆塔地基也可能会遭到间条状剪切面的不良影响，从而出现倒锥形面，根部也可能出现圆柱状的剪切面。底板型基础，其遭破坏的模式相对复杂，会受到实际的杆塔地基深度、土体条件、性质、施工技术等的影响。通常来说，地基底板的形状不会影响破坏面大小和破坏程度，如果底板形状是长方形，内部剪切面则将形成立方柱形，地表的破坏形状则可能为倒锥形、圆柱形等。

2.2 端部阻力

底板型杆塔地基，随着混凝土的浇筑，其一端会出现拉力，拉力大小主要受混凝土底部与土体配合度影响，如果杆塔地基向上拔起，那么于地基底部，土体的抗拉强度则可能出现一端阻力，具体用以下公式表示：

Qtu=AtipSt

遇到特殊的土体，例如：排水条件差，载荷作用下土体颗粒间则可能出现端部吸力，杆塔基础在向上拔起时，其顶部将接受向上的拔力，底部则将出现吸力，这两大力会施加于杆塔地基底部，具体的力量大小通常在一个大气压以内，具体用以下公式表示：Qtu=AtipSs

其中，Ss为吸应力，该力量会逐渐变小。

2.3 直轴型地基的侧面阻力

对于直轴型地基来说，其上拔与下压过程中都将产生一定的侧面阻力，它们的计算方法大致相当，也就是：Qsu=Qsc，然而二者之间也存在一定的差异，也就是所谓的泊松效应，具体体现为：土体的膨胀、收缩等可能导致土体的水平应力逐渐上升或降低，这样土体的抗剪强度、侧面阻力等将对应地上升或下降。土应力将会出现一定程度的变化，可用下面公式表示：

其中，6h≈Es/EmVm/1+Vstr/r6a

6h-土体水平应力变化；Es-土体弹性系数；Vs-土的泊松比；6a-地基所承受的轴向应力。

2.4 底板型地基的侧面阻力

其计算方式同于直轴型地基的计算，实际上拔过程中的侧面阻力计算用以下公式：

Qsu=侧表面？子（Z）dz

当剪切面形状为长方形时，此公式还可以写成：Qsu=2（B+L）BuDγzk（z）tgδdz

上式中，B和L分别代表基础底板的宽和长。

通常地基底板的形状、大小等将决定剪切面形状，因为剪切面处于土体内部，所以，δ的数值要特殊处理。

2.5 抗上拔能力的计算方法

（1）锥形法。该计算法的原理为：抗上拔阻力来源于土体、基础重量等，实际的方法应用和锥角大小有关。锥角=0，忽视土体水平应力、抗剪强度等，为最小抗拔力；锥角>0，土体重量作为计算依据，用来替代土应力与抗剪强度等。实际的锥形法计算过程中需要先明确锥角大小，再对应计算，实际的土质与地基形态都各不相同，锥角大小也有所差异，锥形法计算有条件限制。（2）曲面法。曲面法计算原理体现为：设抗上拔力为在一个曲面范围内土体、地基质量以及剪切力之和。曲面可以被看成为某一锥形，出现破坏作用，实际的计算过程中忽视土应力。曲面法的应用有一定条件限制，通常用在线路杆塔地基较浅，其所处土体固结度较弱的环境中。（3）剪切法。当圆柱剪切面中出现破坏现象，可以计算得出这一剪切面的剪切阻力大小，将其作为土应力函数。实际的输配电线路杆塔基础也可能受到地下水位高低的影响，从而使得杆塔地基的抗拔能力也受影响，对此实际的计算过程中，正确的方法就是考虑到地下水位达到极值的情况，来对应做出设计。

3 结束语

配网线路杆塔地基抗倾覆能力计算，要将抗拔能力纳入计算考虑范围内，这其中主要包括基础与土体的重，端部阻力大小等。实际的杆塔基础抗倾覆能力计算要深入考虑多方面影响性因素，采用正确的计算方法。

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