关于海中电塔基础结构设计探讨

1 概述

电塔为电力系统的主要组成部分，为确保各地区均能够正常用电，保证电塔广泛分布于不同的区域较为重要。电塔建设过程中，一旦遭遇海上环境，建设难度将显著提升。此时，以国家标准要求为参考，结合工程的实际情况，对电塔的基础结构加以设计较为重要[1]。工程的水文条件、基底标高、防撞与防腐效果等，属于影响基础结构设计水平的主要因素，因此，有必要对上述因素的优化设计方式加以分析。

2 基础结构设计

以某工程为例，对海中电塔的基础结构设计方案进行探讨（如图1所示）：

图1 某海中电塔建设工程

2.1 结构计算参数

（1）设计标准：包括《海港工程钢结构防腐蚀技术规定》[1]《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008、《架空送电线路大跨越设计技术规定》《海中铁塔基础岩土工程勘测报告（施工图阶段）》等。（2）设计水文条件：设计高潮位5.26m；塔基处50年一遇波浪要素中，ESE向：H1%=2.19m、H10%=2.19m、T=4.80s；SSE：H1%=1.53m、H10%=1.28m、T=4.41s；潮流、流速：取落潮流速最大值2.01m/s为塔基处设计流速。（3）塔基处的纯波浪力和波流力取值：钢管桩方案：群桩纯波浪力356kN、波流力678kN；单桩纯波浪力105kN、波流力159kN。灌注桩方案：群桩纯波浪力386kN、波流力786kN；单桩纯波浪力115kN、波流力169kN。

2.2 基础结构方案

（1）钢管桩方案：其特点能将作用在斜桩上的水平力转化成为轴向力（下压力和上拔力）。斜桩基础形式与灌注桩基础形式相比，在上部土层柔软，下部持力层坚硬的地质条件下，有着投资省，工期快等优点。但斜桩结构形式，必须满足施工作业所需的航道、施工水域面积和打桩船舶吃水深度的要求。（2）灌注桩方案：其桩径、桩长可根据设计需要确定，基本上不受限制，适用范围广。其水上施工技术成熟，无需大型起重设备，施工用钢护筒既作为施工期的工作平台支撑又可兼作桩基防腐之用。但海中塔基线路北面存在高程-0.48m的潜坝式漫水公路，南面存在灵昆大桥，钢管斜桩方案无法实施，因此选择灌注桩基础形式。

2.3 基础底标高

根据线路所跨越海域的地质条件，本区域基础结构适宜采用高桩墩式结构，不考虑墩台上部结构直接承受波浪力的情况下，基础底标高的计算公式如下：

墩底高程=HWL+η0+△

公式中，HWL代表设计高水位（5.26m），η0代表50年一遇H1%静水面以上的波峰面高度（按《海港水文规范》，取值为1.34m），△代表波峰面以上至上部结构底面的高度，可取0-1.0m。计算得到墩底高程=6.6m。取墩底高程为6.6m，墩高为2.5m，墩顶面标高为9.1m。

2.4 铁塔维护的靠泊设施

钢结构铁塔易于腐蚀，需考虑铁塔的日常维护保养：（1）铁塔维修时，需运送至基础面上的物料包括钢构件、油漆、焊接设备等，重量一般均较小，因此起重设备考虑在维护船上设置。（2）线路所经过的水域水深不一，近岸处水深较浅，而维护物料的运输量较少，建议维护船选用100吨级的船型，吃水控制在1m以下，以保证水上作业灵活。（3）在基础的一侧设置靠船构件，靠船构件底标高为-1.5m，靠船构件上安装橡胶护舷，以方便维护船的靠泊[2]。

2.5 主要作用于铁塔基础的荷载及作用效应组合时冲刷坑的深度

为了减少冲刷坑的深度，设计考虑以塔基中心为准，敷设30m×30m的2m厚的抛石防冲设施。为了防止石碴深陷软弱的淤泥中，考虑在石碴层下，先敷设编织袋袋装砂或土工格栅+土工布。根据国家标准要求，“当基础设置在河床内时，应考虑冲刷影响、流水压力、漂流物的作用等。此时荷载组合宜取下列情况进行计算：最大风荷载和相应的冲刷深度（宜取最大冲刷深度的50%～70%）”。为此冲刷深度在作用效应组合中取最大冲刷深度的50%，即1.75m。

2.6 作用效应组合

作用在铁塔基础上的荷载包括永久作用与可变作用两部分内容，前者为铁塔平台自重力，后者为铁塔根部作用力、波流力。承载能力极限状态持久状况作用效应的持久组合和正常使用极限状态持久状况的短期效应组合、长期效应组合应为：铁塔平台重力+塔脚荷载+波流力（考虑冲刷坑的深度）。

2.7 铁塔基础结构计算内容

（1）承载能力极限状态：桩的承载力。（2）正常使用极限状态：基础的位移(短期效应组合)；联系梁、灌注桩的裂缝（长期效应组合）。

文章来源：《上海中医药大学学报》 网址: http://www.shzyydxxb.cn/qikandaodu/2021/0402/914.html