维普资讯 http://www.cqvip.com 第２０卷第３期 ２００３年６月 供用 电 ２９ 送电线路钢管杆基础的设计 汕头电力设计室摘要张东升 本文根据钢管杆所受的外力及地质条件，详细计算钢管杆所受的弯矩及基础的配置。说明合理的设 计方法可以大大节约钢管杆的基础混凝土及其配筋量。 关键词钢管杆风荷载弯矩柔性基础 中图分类号：ＴＭ７５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６－－６３５７（２００３｝０３－－００２９－－０３ 现在，城市规划部门越来越重视总体规划。 在新规划区往往预留有高压走廊或在道路中间预 留有绿化带，要求电力部门采用钢管杆取代普通 的架空线四腿铁塔 尽管采用钢管杆会比采用普通四腿铁塔的投 １１３２９ｋｇ，梢径Ｄ１—０．６ｍ，根径Ｄ２—１．２ｍ。钢管 杆及基础的剖面图如图１（图中标注单位ｍｍ）。 ２钢管杆所受的外力及地质的情况 （１）钢管杆所受的外力：水平档距Ｌｈ一 １８０ｍ，垂直档距Ｌｖ＝２ＯＯｍ，转角度数Ｑ一９０。，导 线为ＬＧＪＸ－－２４０／４０钢芯稀土铝绞线（截面积为 ２７７．７５ｍｍ２，直径为０．０２１６６ｍ，单位重量为０． ９６４３ｋｇ／ｍ），地线为ＧＪＸ一５０稀土钢绞线（截面 资大，但也有办法把投资降到最低。一般来说，采 用钢管杆的送电线路其档距和导、地线最大使用 应力都较常规（采用普通四腿铁塔）情况小一半左 右，这样对钢管杆抗弯矩的要求适中，减少钢管杆 的用料，使工程对钢管杆的投资最经济；而合理的 基础设计是节省其投资的关键问题。如果线路的 地质情况是坚硬的粘土或砂质土等地质条件较好 的，可以采用深埋的阶梯式刚性基础，其设计很简 单，此处不赘述。本文只考虑地质条件（如沿海地 区多为淤泥、淤泥质土等，其地耐力强度在５０００ 至７０００ｋｇ／ｍ２之间）较差的情况。 通常采用双回路的钢管杆，下面通过具体的 计算实例，对钢管杆的基础及配筋设计加以分析。 积为４９．４６ｍｍ２，直径为０．００９ｍ，单位重量为０． ４２３７ｋｇ／ｍ），导线最大使用应力６．Ｉｋｇ／ｍｍ２，地 线最大使用应力１６ｋｇ／ｍｍ ，最大风速Ｖ＝３５ｍ／ｓ （风向与线路内角平分线同向），如图２。 钢管杆 大风方向 ～ ＼ １钢管杆本身情况 双回路转角钢管杆的呼称高Ｈ呼一１２ｍ，杆 ＼， 线路方向 图２钢管扦受力情况 （２）地质情况：一般软塑粘性土，地下水位为一 ０．３ｍ，地耐力７Ｏｏｏｋｇ／ｍ２，土的天然容重１６００］￣ｄ＇ ｍ３，土的浮容重１１００ｋｇ／ｍ３，混凝土的比重 ２４００ｋ￣／ｍ３，混凝土的浮容重１４００ｋｇ／ｍ３。考虑开 挖的困难，基础埋深控制在地下１．８ｍ的上面。 ３按设计规程的计算公式及取水平档距 为１８０ｍ，计算风速为３５ｍ／ｓ计算结果得 （具体算式略） 图１钢管杆及基础单线图 （１）每相导线Ｉ Ｘ一２４０／４０所受的风荷载 Ｐ１导一２５１ｋｇ。 头１０．５ｍ，钢管杆全高２２．５ｍ，杆重Ｇ重一 维普资讯 http://www.cqvip.com ３０ 供用 电 ２００３年第３期 （２）每相导线ＬＧＪＸ－－２４Ｏ／４Ｏ的最大张力丁１ ０．３ｍ的抛石浇ＣｌＯ混凝土作为基础的垫层。 。 （３）基础的抗倾覆计算：该基础的混凝土体积 Ｖ１—８．６×８．６×０．５＋３．２×３．２×０．７ ＋３．１４１６×０．９ ×２．２＝４９．７５ｍ。 １６９４ｋｇ （３）每相导线ＬＧＪＸ一２４０／４０在最大风速 ３５ｍ／ｓ的情况下，对钢管杆的最大水平作用力（与 最大风同向）由导线所受的风荷载和导线最大张 力的合力组成，Ｐ导＝２５７３ｋｇ。 （４）每根避雷线ＧＪＸ一５Ｏ所受的风荷载Ｐ 避 其中在地下水位一０．３ｍ以上的混凝土体积 为Ｖ１上一４．８３ｍ。，地下水位以下的混凝土体积为 下４４．９２ｍ。 １１４ｋｇ。 基础正上方的覆土体积 Ｖ２—８．６×８．６×１．３—３．２×３．２×０．７ （５）每根避雷线ＧＪＸ一５Ｏ的最大张力Ｔ２— ７９１ｋｇ。 ３．１４１６×０．９ ×０．６＝８７．５ｍ３ （６）每根避雷线ＧＪＸ一５Ｏ在最大风速３５ｍ／ｓ 的情况下，对钢管杆的最大水平作用力（与最大风 同向）由避雷线所受的风荷载和避雷线最大张力 的合力组成，即Ｐ避一１１９９ｋｇ。 （７）钢管杆杆身的风荷载Ｐｚ—ｌｏｌ４ｋｇ （８）在最大风速３５ｍ／ｓ的情况下，设钢杆基 其中在地下水位一０．３ｍ以上的覆土体积为 上＝２１．４ｍ３，地下水位以下的覆土体积为 下 ６６．１ｍ 。 该钢管杆基础的抗倾覆力矩由三部分（基础 本身重力、基础正上方的覆土、钢管杆的垂直总荷 载）产生，其值为 础高度Ｈ。一３．４ｍ（见图３），钢管杆所受的外力 （风及导、地线的张力）对基础底面的弯矩 一 ３６８，７４１ｋｇ·ＩＴＩ。 ［（Ｖ１上×２４００＋Ｖ１下×１４００）＋ （Ｖ２上×１６００＋ 下×１１００）＋Ｎ］×Ｂ／２ ［（４．８３×２４００＋４４．９２×１４００）＋ （９）钢管杆的垂直总荷载Ｎ一１２，６５６ｋｇ。 ４基础的设计 （１）设计思路：因本地质条件较差，不可采用深 埋的阶梯式刚性基础，只能采用板式柔性钢筋基础， 考虑基础开挖的困难，基础埋深控制在地下１．８ｍ之 （２１．４Ｘ １６００＋６６．１×１１００）＋１２６５６］× ４．３—８３４５７Ｏｋｇ·ｍ（地下水位以下的基 础及覆土重力按浮容重计算） 按设计规程的要求，对于转角型，倾覆稳定的 安全系数为Ｋ安一２．２，该基础的安全系数为Ｋ安 上。究竟采用多宽的板式柔性基础足够抵抗钢管杆 的倾覆作用，必须经过实际的试运算，然后确定合适 的基础型式及尺寸，对于本工程实例，采用如图３的 基础型式可以满足要求（图中标注单位ｒｎｌＴｌ，混凝土 标号为Ｃ２Ｏ，下面的计算数据均指该基础）。 （２）基础地基的处理：采用９．Ｏｍ×９．Ｏｍ× ｗ基／ｗ杆一８３４５７０／３６８７４１—２．２６＞２．２，满足 （４）基础的下压稳定计算 基础的混凝土重力Ｑｆ一４９．７５×２４００— 规程的要求。 １１９４ＯＯｋｇ，基础正上方的覆土重力Ｇｏ一８７．５× １６００—１４００００ｋｇ，钢管杆的垂直总荷载Ｎ一 均布 厂 墨 平分线方ｌ句 ‘ 、ｌ Ｉ．．．．．．．．．．．一Ｉｘ方向 ｌＩ ．．．．．．．．．．．＿Ｊ ２７００ ７００ １８００ ７００ ２７００ ２７００ ｊｏｏ １ ８ Ｏ０ｊｏｏ ２７００ 图３基础及其布置图 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００３年第３期 供用 电 ３１ １．７×７３６３９／（Ｏ．８７５×０．４３×２４００） １３８．６ｃｍ０ １２６５６ｋｇ，基础底面压应力为： Ｐ一（Ｎ＋Ｑｆ＋Ｇｏ）／Ｂ。 （１２６５６＋１１９４００＋１４０００）／８．６。 ３６７８ｋｇ／ｍ。 底板变阶截面的上层配筋面积： Ａｇｊ＝一Ｋ４×Ｍ ／（Ｏ．８７５×ｂｏａ ＸＲｇ） ＰＭ 一（Ｎ＋Ｑ，＋Ｇｏ）／Ｂ ＋Ｍｘ／Ｗｙ １．７×４４６４０／（０．８７５×０．４５×２４００） ８０．３ｃｍ２ （１２６５６＋１１９４００＋１４０００）／８．６。 ７１５６￣１．２×７０００ｋｇ／ｍ２ ＋３６８７４１×６／８．６。 （其中Ｋ 为钢筋的安全系数，取１．７；Ｒｇ为 钢筋的设计强度，取２４００ｋｇ／ｃｍ。；＾ｏ压为下层钢筋 至底板上表面的高度；ｈｏｄ为上层钢筋至底板下表 面的高度。） 本基础满足地耐力的要求。 注：Ｍｘ指平行于Ｘ方向的力矩ｗ杆，Ｗｙ指 平行于Ｙ方向的抵抗矩Ｂ。／６。 因本钢管杆的基础底板主要承受固定于内角平 分线方向上的弯矩，承受的垂直荷载Ｎｏ很小，抵抗弯 矩起作用的钢筋（ＡｇＴ＝１３８．６ｍ４及Ａｇ上－－８０．３ｃｒｄ） 必须均匀布设于（如图３）线路内角平分线Ｘ方向上， 与之垂直的Ｙ方向只配置 勺造筋即可。 （６）基柱的配筋 本基础的基柱因受弯矩和下压力的作用，必须 （５）底板的配筋计算（参考图４）。 底板的压应力公式： ６ＭＡＸ—Ｎｏ／Ｂ。一．Ｍｘ／Ｗｙ ［（７．１７＋５．５９８）×２４Ｏ０＋１２６５６］／８． ６。＋３６８７４１×６／８．６。一４０６３ｋｇ／ｍ２（方 向朝下受压） ６Ｍ 一５８５—３４７８一一２８９３ｋｇ／ｍ２（方向朝上 受拉） 注：Ｎｏ指作用于底板的轴心荷载，包括底板 以上的混凝土重力及钢管杆的垂直总荷载。底板 下表面变阶处的压应力６下 一１８７９ｋｇ／ｍ２（方向朝 下受压）。 配筋，为了节约钢材，可要求厂家在加工钢管杆的 地脚螺栓时，采用适长的地脚螺栓，使地脚螺栓直 接伸至底板的板中，从而充分利用地脚螺栓来抵抗 弯矩的作用，省去基柱的配筋。在设计过程，基柱 的长度按要求定，长度越短钢管杆的弯矩越小。 ５总 结 上面介绍的计算方法同样适应于直线钢管 底板上表面变阶处的压应力６上 一一７０９ｋｇ／ ｍ。（方向朝上受拉）。 注：底板上、下表 面变阶处的压应力的 计算按直线内插法。 底板下表面偏心 杆，涉及的参数按规程取值。 本文介绍的钢管杆基础的设计有如下优点： （１）用一个基柱、一个刚性变阶、底板组成的 柔性基础，既大大减少基础的混凝土量，减少基坑 。 的开挖，又满足地质条件较差的要求。 （２）用适长的地脚螺栓，省去基柱的配筋。 （３）采用一个变阶的基础型式，可更好的牢固 受压时的弯矩： Ｍ＿压一（６ＭＡＸ＋ 图 底板荷载计算图 ６下１）／４８×（Ｂ—Ｂ１）。 ×（２×Ｂ＋Ｂ１）一（４０６３＋１８７９）／４８ ×（８．６—３．２）０×（２×８．６＋３．２） 基础柱与底板的连接作用。 （４）一般对于４５。以上的转角杆，底板受的弯 矩的方向固定在线路内角的平分线Ｘ方向上，按 计算结果配上层和下层钢筋，与之垂直Ｙ方向可 ７３６３９ｋｇ·ｍ 底板上表面偏心受拉时的弯矩： Ｍ＿拉一（６Ｍ ＋５ｊ＝１）／４８×（Ｂ—Ｂ１）。 ×（２×Ｂ＋Ｂ１）一（２８９３＋７０９）／４８ ×（８．６—３．２）。×（２×８．６＋３．２） 以只配置构造筋。但对于直线杆及４５。以内的转 角杆，底板受的弯矩的方向不一定固定在线路内 角的平分线上，底板上、下层的两个方向Ｘ及Ｙ 方向应配同量的钢筋。 收稿日期：２００２年１Ｏ月１６日 张东升汕头电力设计室 汕头市金砂路５５号５ｌ５０４１ ４４６４０ｋｇ·ｍ 底板变阶截面的下层配筋面积： ＡｇＴ—Ｋ４× ／（０．８７５×＾０压×尺ｇ）