欧标EN 50341-1输电线路铁塔基础上拔分析

姜宝宝

（青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司，山东 青岛 266061）

0 引言

自“一带一路”倡议提出以来，在“共商共建共享”的原则下，中非之间一大批合作项目稳步推进，大量中国企业参与到非洲输电项目建设之中。由于历史原因，非洲大部分国家采用欧洲规范体系，通常招标文件中要求采用欧洲标准设计。对于输电线路而言，非洲大部分地区的地质条件良好，基础通常采用大开挖形式，其基础的大小由上拔力控制。

针对输电线路铁塔基础设计，将欧标EN 50341－1—2012与我国 DL／T 5219—2014的关于抵抗上拔的计算方法进行了对比分析，为要求采用欧标设计的输电线路工程提供参考。

1 基本设计原理

输电线路铁塔基础设计与普通基础的设计存在较大的不同，普通基础的主要荷载通常是地上结构传递下来的竖直方向的下压力，基础的大小由基底土的土壤承载力及土壤沉降决定；但是对于输电线路杆塔而言，其所承受的荷载主要来自于导线的张力及风吹导线所引起的横向风荷载，这两种荷载将在距地面一定高度处对铁塔产生较大的横向拉力作用，由此导致铁塔的4个腿通常是2个腿处于受拉状态，另外2个腿处于受压状态，而对大开挖基础而言，其基础的大小通常是由拉力（即在基础中产生上拔力）控制的。

输电线路基础抵抗上拔的方法分为纯理论计算的剪切法和采用经验公式计算的土重法两种。按土体的破坏机理，剪切法比较符合土体破坏的实际情况，但是剪切法计算需要的各项参数是针对自然土体的，大多数形式基础施工过程中均会对自然土体产生一定程度的破坏，尤其是对于大开挖基础，施工过程中基坑开挖的尺寸远大于基础自身，基础施工完毕后，基坑必须回填，而且对于某些比较松散的土体，回填甚至需要采取换填措施。在此过程中，回填抗拔土体的夯实程度难以准确控制、回填后土壤自然固结等因素无法准确衡量，由此导致回填土的物理力学特性与自然土体有较大的不同，各项参数难以合理确定，故对于大开挖基础，各国均保留了经验计算方法。

DL／T 5219—2014对回填抗拔土体采用土重法计算。其计算原理为假定基础在承担上拔力而被拔出时，只计算钢筋混凝土基础自重及上拔角α范围内四棱锥台体的土体重量，忽略带走土体与周围土壤的摩擦力，并不计土壤颗粒间的黏聚力，这样设计出来的基础相对较大。

欧标EN 50341—1采用的半经验计算方法与国标DL／T 5219—2014的经验计算方法其原理相同，均考虑钢筋混凝土基础自重及上拔角α范围内四棱锥台体的土体重量，但欧标EN 50341—1同时也考虑了带走土体与周围土壤的摩擦力以及土壤颗粒间的黏聚力。由于带走土体与周围土壤的摩擦力以及土壤颗粒间的黏聚力在回填土中难以精确度量，欧标采用经验方法通过对上拔角α进行修正来体现这部分作用。

2 基础上拔力计算

以坦桑尼亚某110 kV输电线路为例，该项目地质情况为中等密度粉土，其上拔角α为20°，土壤重度γs为18 kN／m3；土体距地表厚度5 m范围内土质均匀，无地下水；钢筋混凝土重度γc取24 kN／m3。

为便于对分析结果进行对比，采用对比同一个基础模型的上拔抗力最大值的方法进行分析。该模型底板宽度为B为1.8 m，底板高度hb为0.3 m；第一层台阶宽ws为0.3 m，高hs为 0.3 m；基础短柱宽 wp为0.6 m，短柱埋深hp为0.8 m，露出地面ha为0.2 m。

2.1 按DL／T 5219—2014计算

计算模型如图1所示［1］。该模型抗拔土体从逻辑分析角度比较容易理解，当基础承受上拔力作用时，从基础底板上平面开始，在上拔角α=20°范围内的土体均参与上拔抵抗，与实际基础上拔的情况非常接近。

图1 DL／T 5219—2014计算模型

其基本计算公式为：

式中：γs为基础底面以上土的加权平均重度，kN／m3；γf为基础附加分项系数，从DL／T 5219—2014中查表3.0.16可知，对于非重力式基础的上拔稳定，直线塔基础附加分项系数为1.10，转角塔基础附加分项系数1.60；TE为基础上拔力设计值，kN；γE为水平力影响系数，对一般杆塔，由于其水平力远远小于上拔力，故该系数取1；γθ1为基础底板上平面坡角影响系数，当基础底板上平面坡角≥45°时，该系数为1.2，本例基础底板上平面坡角为0°，故该系数取1；Vt为上拔角α=20°范围内钢筋混凝土基础和土的总体积；ΔVt为相邻基础影响微体积，当相邻基础间距不足，造成上拔土体重叠时的体积即为ΔVt，本例由于基础间距足够大，相邻基础抗拔土体不产生影响，故相邻基础影响微体积取0；V0为上拔角α=20°范围内钢筋混凝土基础体积；Gf为钢筋混凝土基础自重，kN。

抗拔土计算深度ht为基础底板上平面覆土厚度，ht=0.3+0.8=1.1（m）。

计算深度ht内基础和土的体积

计算深度ht内基础体积

基础自重Gf即为钢筋混凝土体积与钢筋混凝土重度的乘积，即

将各计算结果带入公式（1）可得

故该基础可抵抗的最大上拔力为

2.2 按EN 50341－1—2012计算

对于大开挖基础，欧标的理论计算方法考虑了土壤的凝聚力与内摩阻角，但是由于其回填土土壤性质的难以确定性，欧标采用了理论计算模型再加上经验修正的半经验计算方法，使其计算更为可靠。

半经验计算方法，理论上认为上拔抗力也是由钢筋混凝土基础的自重以及沿基础周边计算上拔角范围内的土体共同抵抗。基础土体计算上拔角α取决于回填土的土壤类型、内摩阻角、凝聚力、土壤的压实程度以及基础与土壤的粘结力等多种因素，难以准确度量。故在计算过程中对其抗拔土体的上拔角进行了修正，以修正后的上拔角来综合反映回填土的多种因素的交互作用，该修正后的上拔角称为计算上拔角β。

计算模型如图2所示［2］。欧标认为由于回填土具有良好的级配性及压实紧密，故土壤粘聚性好，上拔土体由于粘聚性的作用，其作用范围要低于基础底板上平面。从欧标分析模型也可以看出计算深度ht为基础底板上平面覆土厚度与基础底板厚度一半之和，ht=1.25 m，该计算深度大于国标的取值（基础底板上平面埋深1.1 m）。

图2 欧标EN 50341－1计算模型

对于上拔角，国标直接采用土体上拔角α欧标采用经过修正的设计上拔角β，其计算如下：

计算深度ht内基础和土的体积

计算深度ht内基础体积

计算基础自重

将各计算结果带入式（1）可得：

欧标荷载对安全度的考虑采用分项系数法，其荷载分项系数γf不区分直线塔与转角塔，均为1.1，故该基础可抵抗的最大上拔力为

为有效抵抗杆塔的上拔荷载，欧标同时补充规定钢筋混凝土基础自重与其底板上方矩形范围内的土重力之和应该大于0.8倍的上拔力，故TE应同时满足：

故按欧标计算该基础最大上拔抵抗力为157.95 kN。

2.3 上拔抗力比较

对比上述模型的上拔抗力，可以得出按国标计算的上拔抗力小于按欧标计算的上拔抗力，其具体情况如下：

对于直线塔即欧标的上拔抗力是国标的1.1倍；

2.4 基础体积比较

当荷载相同的情况下，采用欧标分析的基础，其体积将小于国标，以该项目为例，项目最终结算结果：对直线塔，欧标基础混凝土用量约为国标的95%；对转角塔基础，欧标基础混凝土用量约为国标的80%～95%。转角度数越高，混凝土用量越省。

3 结语

欧标的基础有效埋深大于中国标准，其最终上拔抗力同样比中国标准高。对于直线塔，欧标比国标高约10%，而对于转角塔，欧标比国标高出约61%。而在同样杆塔荷载的情况下，按欧标计算的基础，其体积约为国标的80%～95%。

因此在要求采用欧标的项目中，采用中国标准计算上拔是偏于保守的。对于由一般地质条件下的由上拔力控制的杆塔基础，按中国标准设计会造成工程量增大，成本增加，从而降低我方EPC项目的投标竞争力。

［1］电力规划设计总院．架空输电线路基础设计技术规程：DL／T 5219—2014 ［S］．北京：中国计划出版社，2014．

［2］European committee for electro technical standardization．Overhead electrical lines exceeding AC 45 kV-Part 1：General requirements：EN 50341－1—2012［S］．London，2014．

［3］王高益．架空送电线路基础上拔稳定计算公式的修正［J］．四川电力技术，2011，34（1）：56－57，86．

［4］曾二贤，李隽，王开明，等．杆塔基础抗拔设计埋深的简易计算方法［J］．电力勘测设计，2010（1）：55－57．

［5］张新春，王璋奇，欧健．基于输电线路拉线地锚结构的优化设计研究［J］．电网与清洁能源，2014，30（12）：10－14．