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摘要：本文针对承德地区某220kV工程杆塔基础进行详细的研究，结合该段地质水文情况选出适用的基础型式，并对基础进行优化设计，力求达到降低工程造价、减少劳动力消耗、缩短工期和环境保护的目的，为该地区同类工程基础设计起到一定的指导作用。
关键词：承德地区；掏挖基础；挖孔桩基础；板式基础
本文针对承德地区某220kV工程杆塔基础进行详细的研究，结合该段地质水文情况选出适用的基础型式，并对基础进行优化设计，力求达到降低工程造价、减少劳动力消耗、缩短工期和环境保护的目的，为该地区同类工程基础设计起到一定的指导作用。
1基础工程现状及问题
杆塔基础作为输电线路的重要组成部分，它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重；并且随着电压等级的升高，基础在整个线路造价中的比例逐渐升高。
我国目前输电线路存在的主要问题：
（1）我国已在建筑物、桥梁等基础上做了很多研究工作，但由于输电线路受力的特殊性，建筑物、桥梁等的研究成果很难运用到输电线路上。
（2）随着近年输电线路工程的飞速发展，输电线路基础领域研究和试验了很多新型基础型式，例如原状土类的斜柱掏挖基础、锚杆基础，预偏心大板基础，以及主柱偏心的钻孔灌注桩、管桩基础和沉井基础，但均由于诸多原因而没有在输电线路杆塔基础工程中得到广泛的推广应用。
（3）在施工中，现有的施工机具难以进入现场，钢筋、混凝土的运输和基础的开挖等较为困难；在软土地区，水网密布，各种施工机具难以进入现场，各种基础型式的施工比较困难。因此需要研制轻巧、高效的施工机具以解决施工方面存在的问题。
2工程主要设计条件
承德地区某220kV工程全线同塔双回路架设，共计94.062km，曲折系数为1.15。沿线海拔在400～1600m之间，沿线地形分布为山区70%，高山大岭30%，高山大岭段交通条件较差。导线选用2×JL/G1A-630/45型钢芯铝绞线，地线采用OPGW。30年一遇，离地10m高的基本设计风速为29m/s，导线最大覆冰厚度取10mm，计算杆塔荷载时，地线设计冰厚较导线冰厚增加5mm，覆冰时对应风速为10m/s，最高气温+40℃。
沿线地形地貌以变质岩、火成岩为主的低山，局部中低山区，断陷盆地及河谷平原区。地层岩性主要为黄土、粉土、粉土混碎石、卵石及基岩。
黄土状粉土，具有非自重湿陷性，湿陷等级为Ⅰ～Ⅱ级。沿线地势较低的山间丘陵地带、缓坡地带普遍分布，厚度一般大于10m，湿陷深度一般小于5m。建议地基承载力特征值：fak=150kPa。卵石，层厚4～10m。建议地基承载力特征值：fak=300kPa。
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），基本地震加速度值为0.05g，对应的地震基本烈度为6度。杆塔和基础均可不考虑地震影响。
勘测期间，低山、中低山地区未见地下水，常年最高地下水位大于10m，可不考虑地下水对基础的影响。河谷平原地区地下水位4～7m，地下水位变幅为1～2m，考虑洪水及河流侧向补给，最高地下水位建议按0.0m考虑。线路沿线地下水和地基土对混凝土结构具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性；对钢结构具有弱腐蚀性。
无其他不良地质情况。沿线跨越潮河、牤牛河两条主要河流及其支流。沿线无大范围内涝积水区，无较大水利规划。
3基础选型
（1）结合该工程地形、地质特点及运输条件，经综合分析比较后选择适宜的基础型式；
（2）在安全、可靠的前提下，尽量做到经济、环保，减少施工对环境的破坏；
（3）充分发挥每种基础型式的特点，针对不同的地形、地质，选择不同的基础型式；
（4）针对湿陷性黄土等不良地质特性提出特殊的基础型式和处理措施。
4基础优化
在满足基础承载力要求、保证基础本身足够的刚度和强度下，对基础进行合理的优化，以达到降低基础工程综合造价的目的。基础设计优化主要包括基础本身尺寸大小优化、基础与杆塔连接方式优化、基础计算模型优化等方面。下文分别对推荐采用的板式基础、挖孔桩基础进行优化。
4.1板式基础优化
4.1.1台阶宽高比的优化分析
基础底板是否配筋与铁塔基础作用力的大小、地质情况、交通状况、混凝土与钢筋土石方造价比等因素有关，需统筹考虑。通过实际分析，当基础埋深和台阶高度一定时，随着上拔作用力的增大，优化计算出的基础最大台阶高宽比不断增大。结合本工程的铁塔上拔力计算发现，使得通过优化计算出的基础最大台阶宽高比均在2.0以上，说明底板需要配筋；而当铁塔上拔力继续增大时，计算出的基础最大台阶宽高比将会超过规范规定的2.5（表中标注≥2.5的部分），为满足规范规定的高宽比，则需要调大台阶高度，说明当基础上拔作用力大于1600kN时斜柱板式基础已不再是最佳基础方案。
4.1.2开挖类基础优化结论
（1）当基础埋深和台阶高度一定时，随着地基承载力的降低，优化计算出的基础最大台阶高宽比不断增大；
（2）依据本工程的作用力优化计算出的基础最大台阶宽高比均在2.0以上，说明底板需要配筋；
（3）对于无法开挖成型的地质情况，可以采用主柱板式直柱基础，以方便施工；
（4）当地质条件较好时，应尽可能地接近最优埋深，从而有效地减小基础底板尺寸，节省材料量，降低造价。
4.2挖孔桩基础单桩和多桩带承台方案选择的优化
对于在地质条件较好（如粘性土），地下水位不高，开挖时不易形成坍塌的土质地区，推荐使用挖孔桩基础。对于土质或岩石较好的地质条件，根据实际情况可以采用单桩、四桩带承台或者八桩带承台的挖孔桩方案。针对工程上部荷载的情况，全线采用单桩即可满足要求。
4.3掏挖基础的优化
结合直柱基础的受力机理，分析不同埋深对基础受力的影响，我们可以得出下述结论：当设计埋深等于最佳埋深时，基础在满足上拔及下压稳定的同时，在水平力作用下，桩侧土的压应力也刚好等于地基的承载能力，此时为最佳受力状态。
因此，基础的埋深优化，须结合地基的承载能力，使埋深与基础直径相匹配，以使基础达到最佳埋深时的受力状态，这样基础最为经济合理。经过大量计算，基础埋深满足H=4.5～5.5D时，基础综合造价最低。
5结语
本文依据承德地区某220kV工程塔型和基础作用力，结合实际地质水文情况选出适用的基础型式，并以结构受力合理、降低造价为目的对基础进行优化设计，力求达到降低工程造价、减少劳动力消耗、缩短工期和环境保护的目的，为该地区同类工程基础设计起到一定的指导作用。
参考文献：
（1）DL/T5219-2014架空送电线路基础设计技术规定.北京：中国电力出版社，2014.
（2）JGJ94-2008建筑桩基技术规范.北京：中国建筑工业出版社，2008.
（3）GB50545-2010110kV～750kV架空输电线路设计规范.北京：中国电力出版社，2010.