输电线路干作业装配式螺旋钢桩基础模拟分析

开壮

云南恒安电力工程有限公司       云南  昆明        650233

摘要：平地、缓丘、冲积平原等地区输电线路建设存在传统常规挖孔桩现浇基础占地大、基础施工安全风险大且进度慢、弃土不好处理等问题。为此，工程上提出了优先采用机械化施工、减少人工开挖基础数量、研究新型环保基础等要求。基于此，对输电线路干作业装配式螺旋钢桩基础模拟进行研究，以供参考。

关键词：输电线路；干作业；装配式；螺旋钢桩基础模拟

引言

全面分析我国输电线路基础的最新研究成果，提出了输电线路基础工程的重点研究思路及方向，其中强调了“机械化施工的新型螺旋锚基础应重点开展设计计算方法与施工标准化研究”作为未来研究方向；对新型螺旋钢桩的承载特性进行了试验研究，分析各种参数对螺旋锚上拔承载特性及破坏模式的影响，为输电线路螺旋锚基础设计提供了理论依据。

1干作业装配式螺旋钢桩基础设计

干作业装配式螺旋钢桩基础桩体主体结构由大直径钢管、连续单螺旋叶片构成，与螺旋桩基础及传统常规挖孔桩主体结构差异很大。干作业装配式螺旋钢桩基础可按需预制，拼接容易，不仅可以缩短工期，还能对桩体质量进行预控，且桩像木螺丝一样，可旋转进到较深土层，实现零弃土，减少水土流失。旋进过程对螺旋叶片周侧土体进行了挤实扰动，且螺旋盘与土的机械咬合使黏着力增大，上拔荷载力较大。组成部分：干作业装配式螺旋钢桩基础主要由上部传递杆塔主材荷载的塔脚底座、中部的工字钢梁和下部的单螺旋钢桩３个部分组成，螺旋钢桩通过底座、工字钢梁（双桩以上基础设置）与铁塔相连，螺旋钢桩与底座之间采用法兰连接，全过程干作业［1］。相对普通大板基础而言，干作业装配式螺旋钢桩基础的塔脚底座、工字钢梁和螺旋钢桩具有小型化、单重轻、组装方便的特点。

2影响输电线路安全稳定的因素

2.1线路设计的影响

输电线路的科学设计是输电线路安全稳定的首要条件，在输电线路的设计过程要充分考虑输电线路周围的土壤环境和输电线路的气候环境条件，综合输电线路的设计要求和设计目的，对输电线路进行科学的设计［２］。科学的输电线路的设计方案不仅能够有效地降低输电线路在运行过程中的故障。在进行设计的时候要充分做好输电线路上的绝缘体、电线塔以及引线等的科学合理布置，保证各个电力设施之间的安全距离和安全设计要求。

2.2环境方面的影响

输电线路的周围环境对输电线路的影响是十分巨大的，输电线路周围的环境包括对输电线路电线塔基座的地面的地基情况以及输电线路周围常年的气候环境、突然环境。输电线路由于长期暴露在空气环境中，这就会产生很大的危险。在进行输电线路的设计时要充分考虑到输电线路的土壤环境的影响，土壤的电阻率对土壤有这非常重要的影响，这直接影响着土壤的电导率。

3螺旋桩抗拔承载力计算

3.1整体剪切破坏

按假定剪切破坏面的不同，将整体剪切破坏模式分为圆柱体剪切破坏和倒圆锥体剪切破坏。螺旋桩的倒锥形破坏体所受重力和其剪切破坏面上的剪切阻力组成上拔破坏时螺旋桩的抗拔力。倒锥体的体积、剪切面的面积和剪切阻力随着螺旋桩的埋深增大而增大，进而引起螺旋桩承载力的提高。但埋深大到一定值时，倒圆锥体的锥度趋向于０，转变为圆柱体，因此螺旋桩的破坏形状也可视为圆柱体剪切破坏。螺旋叶片直径大小是影响螺旋桩抗拔承载力的重要因素，螺旋叶片直径越大，破坏体的剪切面越大，螺旋桩的极限抗拔力承载力也就越大。

3.2局部渐进性剪切破坏

随着螺旋桩埋深的增大，螺旋桩拉拔出现类似太沙基地基承载力理论中的局部剪切破坏，即土体局部渐进性剪切破坏模式。在弹性平衡状态下的拉拔过程中，螺旋桩的螺旋叶片推着前方的锥形压密核一起移动；当螺旋叶片前方土体形成的塑性区贯通时，土体向螺旋叶片四周流动，螺旋桩出现拉拔破坏。杆体表面与土体之间的摩阻力和螺旋叶片承载力组成螺旋桩的抗拔力。螺旋叶片的承载力及锚杆表面的摩阻力均随螺旋桩埋深的增大而增大，即在埋深未达到临界深度之前，螺旋桩的埋深越大，其抗拔承载力越大；当埋深达到临界深度时，螺旋桩的抗拔承载力达到峰值并趋于稳定。当螺旋叶片间距较小时，螺旋桩的极限承载力要小于所有单螺旋叶片螺旋桩极限承载力之和，计算方式有所区别。当螺旋叶片间距较小或者为连续螺旋叶片时，用单个螺旋叶片承载力之和来计算其承载力得到的数值比实际承载力大。

4基础有限元分析

4.1抗拉极限状态分析

双螺旋桩抗拉极限荷载下的最大应力为126.2MPa，出现在土层分界线处。由此可以断定，土层对双螺旋桩的抗拉极限受力影响最大，双螺旋桩在相同荷载作用下优势极为明显。

4.2抗压极限状态分析

双螺旋桩抗压极限荷载下的最大应力同样出现在土层分界线处。双螺旋桩最大应力值为120.2MPa，在相同荷载作用下，双螺旋桩优势极为明显。

4.3桩顶水平位移分析

由于连续螺旋钢桩并未广泛使用，且无相关的设计规范要求，对桩顶位移大小仅参考类似规范。根据相关技术规范、规程要求，预制桩、钢桩等在塑性土中锚固长度为2～4m时，相应的单桩在地面处水平位移不超过10mm。在极限荷载作用下，双螺旋桩抗水平位移能力显著，在最大荷载为170kN作用下，最大水平位移为4.7mm，桩顶水平位移小于地面水平位移限值10mm，在合理范围内，满足规范要求。在实际工程当中，水平荷载单独作用极为少见，水平荷载通常作为桩头荷载的水平分量，即在抗剪力达到近200kN时，倾斜荷载随着倾斜角的不同而增大，双螺旋桩的承受能力可达到设计上拔力和水平荷载的两倍。

5优化输电线路

5.1确认不正确杆塔，加强基础型号的选择

针对高压输电线路电气设计环节而言，应加强对施工过程的重视，了解杆塔的作用，发挥出固定效果，使高压输电线路不必受到外界干扰因素的影响，促使线路能够长期稳定的运行。应避免出现杆塔型号选择不正确的问题，选取符合线路设计要求的杆塔，以增加对高压输电线路电气设计方案的正面影响。设计人员在选择杆塔时，不仅要重视成本结构，更应了解杆塔的固定性能，给予线路相应的保护，以确保杆塔结构以及型号的选择正确，增加高压输电线路电气设计环节的有利因素。与此同时，应加强敷设线路的考察工作，掌握线路的运行特点，选取合适的型号作为基础杆塔，全面分析施工区域的地貌、地形特征，做好周密的考察计划，增加在杆塔型号选择环节的科学性、合理性因素，进而实现对成本的控制。

5.2重视全过程设计，注重线路抗冰防雷设计

高压输电线路电气设计环节，应重视地域环境等影响因素。可结合我国地貌地形进行分析，对不同地区的环境以及气候条件进行了解，降低对高压输电线路电气设计工作带来的干扰，促使设计方案是可行的。但由于气候因素会对高压输电线路造成直接的影响，冰冻、雷雨等自然灾害亦会导致高压输电线路瘫痪。因此，可以在传统设计方案的基础上进行分析，了解目前线路常易遭受的影响，避免由于冰冻或雷雨问题，导致高压输电线路出现漏电、短路等问题。及时执行补修以及抢修方案，从源头上制约故障问题的发展，增加在高压输电线路电气设计环节的主动性，以避免电力企业消耗过多的成本，使线路能够稳定运行。

结束语

我国经济已经实现了飞速发展，在近几年的发展过程中，为了满足人们不断增加的电能需求，供电企业不断地开展电力工程建设，建立了庞大的电网系统。输电线路承担着电能的传递和输送，并且输电线路也是目前电网系统中使用的数量最多的、分布最广的设施。。由于我国幅员辽阔，人口分布密集，架空输电线路在输电线路的设置上往往采用架高，并且采用高压的形式进行输送。输电线路在日常运行的过程中经常会受到天气或者是气候的原因对其造成的影响，尤其是夏天的雷电对输电线路的影响是最大的。

参考文献

[1]左峰,陈楷夫,时雨,左石,孙谋成.巴西输电线路螺旋桩基础的施工研究[J].吉林电力,2018,46(05):21-22+33.

[2]陈铭.新型螺旋钢桩的承载特性研究[D].南昌大学,2018.