架空输电线路长短桩连梁基础稳定特性研究

架空输电线路长短桩连梁基础稳定特性研究

曾庆智 杨诚

（中山电力设计院有限公司广东中山528403）

摘要架空输电线路地基基础中的连梁是指独立桩基基础之间的连系梁，起到调节沉降差和加强基础整体嵌固刚度的作用，被广泛应用在输电线路工程中。目前连梁基础均采用等长桩的方式设计，能够保证工程技术安全性的要求，但在工程经济方面仍然有很大的提升空间，而针对长短桩连梁基础的研究相对较少，其相关成果是输电线路连梁基础技术可行性分析和节能增效综合经济性评估的重要前提及设计依据。基于百合输电线路设计软件建模及数值仿真计算，本文针对架空线路的典设塔型，研究了长短桩连梁基础的稳定特性，对不同地质、基础作用力、基础设计方案等因素进行了分析总结，研究结果对架空线路连梁基础优化设计可行性及经济性综合评估具有重要指导意义。

关键词：架空输电线路；连梁；长短桩

第20卷第3期石健将等 一种输入端自然均流/高电压增益组合式变换器研究1

0引言

连梁是架空输电线路基础中的重要组成构件，往往承受轴向力和剪切作用力。连梁通过传递荷载，将独立桩基联结成整体式基础，能够有效减小桩身内力、桩顶位移，提高桩基整体的强度和稳定性，且连梁具有施工便捷、节省材料等优点，目前在我国输电线路中广泛运用。

长短桩充分利用地基土的承载能力，具有减少基础沉降和差异沉降，协调桩-土之间的共同作用的特点。然而，实际工程设计中通常套用《建筑地基处理技术规范》中的复合模量来计算，即将短桩等效为桩间土。这种方式是一种近似的半经验方法，并没有考虑短桩自身的特点，也未考虑长短桩之间的相互作用。因此，有必要对长短桩连梁基础的承载特性及其主要影响因素进行系统的分析。

本文基于百合输电线路设计软件平台建模和数值仿真，基针对66kV架空线路的典设塔型，开展了长短桩连梁基础稳定特性研究，考虑了不同地质、基础作用力、基础设计方案等因素的影响，研究结果表明针对输电线路长短桩连梁桩基设计可行性及经济性综合评估具有指导意义。

1计算模型

1.1 地质参数

根据，分别选择典型粘性土、砂土、粉土、碎石土作为研究算例的地质配置。结合线路等级、工程要求和计算的适用性，选用《国网家电网公司输变电工程典型设计66kV输电线路分册》[1]中具有代表性的直线塔和耐张塔杆塔共5种型号进行仿真计算，具体地质参数见表1所提供，对比算例中用到的杆塔型号具体参数见表2。

表1 仿真选用的地质参数

表2 仿真选用杆塔型号及基础作用力

1.2 基础模型

根据地质参数在百合输电线路基础建立基础设计模型，基础型式采用灌注桩连梁，采用桩径0.8m、埋深5.7m，梁高0.7m，梁宽0.5m的设计方案。

经过百合技术设计软件平台对不同地质条件下灌注桩连梁基础进行建模后，通过数值计算可求得各基础模型下桩基上拔内力、下压内力。进而根据以下公式计算承载力基安全裕度[2]：

其中[Tk]为桩基上拔承载力，Tk为桩基上拔内力最大值，γ1为上拔稳定安全裕度；

其中[Nk]为桩基下压承载力，Nk为桩基下压内力最大值，γ2为下压稳定安全裕度；

其中x0、φ0、δHH、δMH、δHM、δMM为桩基设计地面处水平位移、水平转角、单位水平作用力下水平位移、单位水平作用力下转角、单位弯矩下水平位移、单位弯矩下转角，Δ为桩端水平位移。

2 地基基础承载力及稳定性分析

本章对长短桩连梁基础的上拔稳定性、下压稳定性以及基础位移进行分析，探究地质参数、基础作用力、基础设计方案等环境及工程因素影响。

2.1地质参数的影响

对表1中涉及的8种地基下进行了仿真模拟分析计算。图1展示了不同地基下上拔承载力安全裕度、下压承载力安全裕度和水平位移的计算值分布情况。由分布结果统计可得，位移安全裕度的变化幅度最大，硬塑粘土下高达90%，可塑粘土下约

60%，变化区间在30个百分点内。

图 1 66B02-J2

图 2 66B02-J3

图 3 66B03-Z4

图 4 66B03-J1

图 5 66B03-J2

对比发现，上拔稳定安全裕度整体变化趋势较为平缓，与土壤类型的关系不大，各塔型下不同地质件变化幅度不超过5%，分析认为：上拔稳定性主要由基础自重及土壤侧摩阻提供，而自重占比较大，所以不同地质下上拔稳定性差异不大。

而下压稳定安全裕度与位移在不同地质下变化加以较大，且二者呈现正相关的关系，分析其受力机制，下压承载力主要由土壤端阻力提供，不同土壤的端阻力差异较大，桩基水平位移主要与地基系数、内摩阻角、凝聚力相关，是地质属性的综合作用效果，进而表现出下压稳定与位移安全裕度与地质关系较大。

2.2基础作用力的影响

本节进一步讨论基础作用力对基础稳定性的影响，此处选取粘性土、粉土作为参考值进行仿真计算，选取66B02-J2、66B02-J3、66B03-Z4、66B03-J1以及66B03-J2的基础作用力，仿真结果见图 6~图 7所示：

图 6粘土可塑下各塔基基础稳定安全裕度

图 7粉土中密下各塔基基础稳定安全裕度

由图 6、图 7中可知，基础作用力对连梁基础稳定性影响较大。分析认为，连梁基础作为整体式基础，在承受塔基作用力时，根据桩土相互作用在不同桩基上分配荷载，由于塔脚作用的不平衡性，会导致不同桩基承受的作用力不同，进而影响安全裕度的计算值，因此基础作用力是基础设计中需要考虑的因素。

2.3 基础设计方案的影响

本节进一步讨论基础设计方案对基础稳定的影响。仿真模拟计算中，采用三种不同的不等长桩基方案，分别为6m等长桩、9m等长桩、6m短桩加9m长桩的不等长桩，杆塔选取66B02-J2进行计算。仿真计算结果如图 8~图 10所示。

图 8不同基础方案上拔安全裕度计算值

图 9不同基础方案下压安全裕度计算值

图 10不同基础方案位移安全裕度

由图 8中可以看出，设计方案对上拔安全裕度幅值影响较为明显，从6m等长桩基至9m等长桩基的上拔安全裕度可带来60%的幅值；与此同时，上拔安全裕度同样出现一定程度的改变，且长短桩方案安全裕度优于等长桩方案；位移安全裕度变化幅度很小。

分析认为：越长的桩越利于抗拔，但同时对地基的压力更大，过长桩基容易造成地基抗压失稳，所以连梁桩基设计时并非桩越长约安全；长短桩组合时能加强基础的整体刚度，在抵抗桩基变形及变位上起有利作用；根据基础作用力的不平衡性，连梁桩基长短桩配合能有效发挥整体作用，在桩基抗压上比等长桩更有利。

3 结论

基于百合软件平台建模和数值仿真，针对66kV架空线路的典设塔型，开展了长短桩连梁基础稳定特性研究，考虑了不同地质、基础作用力、基础设计方案等因素的影响，研究结果表明：

1)上拔稳定性主要受基础设计方案影响，有很高的安全裕度，通常不会作为工程项目的控制项；

2)长短桩连梁桩基相较于等长桩基具有更好的抗压稳定性；

3)长短桩连梁基础相较于等长桩基在位移控制上效果相当；

4)长度桩连梁基础相较于等长桩基更加节省材料，同时由于短桩更易于施工，更一步节约施工成本，具有更高的经济效益；

研究结果揭示了不同地质情况下长短桩连梁基础稳定特性，对输电线路长短桩连梁桩基设计可行性及经济性综合评估具有指导意义。

参考文献

[1]刘振亚. 国家电网公司输变电工程典型设计66kV输电线路分册[M]: 中国电力出版社，2006.

[2]国家能源局, DL/T5219-2023 架空输电线路锚杆基础设计规程[S].

[3]城乡建设部, GB 50007-2011建筑地基基础设计规范[S].

[4]城乡建设部, JGJ 94-2008建筑桩基基础设计规范[S].

[5]中国电力工程顾问集团、中国能源建设集团. 电力工程设计手册 [M]. 中国电力出版社, 2019: 619-643.