输电杆塔及基础设计：11第十一章 杆塔基础设计1.ppt

第十一章杆塔基础设计,,输电杆塔及基础设计,,,第一节概述,一、杆塔基础的分类及其要求 1、杆塔基础的作用： 电杆：保证不下沉、不倾覆； 整体铁塔基础：保证不下沉、不倾覆 分体铁塔基础：保证不上拔、不下沉、不侧移2、基础的分类 (1) 按基础抵抗力分,上拔类基础,下压类基础,承受上拔力，兼受较小的水平力承受下压力，兼受较小的水平力上拔、下压类基础,既承受上拔力又承受下压力，兼受较小的水平力倾覆类基础 承受倾覆力矩，无拉线电杆基础、整体式铁塔基础和宽身铁塔的联合基础等 （2）按施工特点分 装配式基础， 由预制件现场装配面成，如混凝土构件、金属 构件或混合结构一般用在缺水及砂石难采集的地 区和需加快建设进度的工程 现场浇筑基础 此类基础具有较强的抗上拔、下压能力，适用于 施工条件较好的大强度基础，是目前用得较多的基 础根据基础的变形状态又刚性基础和柔性基础， 刚性基础底板不变形，柔性基础可随土壤变形图1装配式基础,图2现浇基础,(a)刚性基础 (b) (c)柔性基础,桩基础 在输电线路中，当地基的软弱土层较厚时，采 用常规基础不能满足地基变形、强度要求或采用桩 基础优点明显时，可采用桩基础。

桩基础分为爆扩 桩、混凝土灌注桩和钢筋混凝土预制桩 a .岩石锚桩基础(如图3) b.爆扩桩基础（如图4） c .灌注桩基础（如图5）,（3）按基坑开挖方式分大开挖基础,大开挖基础是预先挖好基坑，然后浇筑混凝土并用开挖的扰动土回填夯实基础抗上拔能力差掏挖扩底基础（如图6）,掏挖扩底基础用机械或人下工掏挖成形的土胎取消 了模板及回填土的工序，节省材料和加快施工速度，抗上拔 能力增强,（4）按基础与铁塔连接方式分,地脚螺栓类基础插入式基础 （或斜插式基础）,省去了地脚螺栓和塔脚 ，受力性能好缺点是施工精度要求高,3、对基础的要求,根据杆塔作用力的不同必须保证不上拔、 不下沉、不倾斜,基础的材料、地质条件的要求,基础本身要有足够强度,二、杆塔基础的设计原则及内容 1.杆塔基础的计算内容 (1)承载力的计算（基础稳定计算） 包括上拔承载能力、下压承载能力、抗倾覆能力 (2)基础的强度计算 2基础极限状态表达式（稳定计算） (1)基础上拨和倾覆稳定极限状态表达式 fTEA（K、S、C） 式中 f基础附加分项系数，按表111取值； TE基础上拨或倾覆外力设计值； A（K、S、C）基础上拨或倾覆承载力 函数； K几何参数；,s、c 土及混凝土有效重度设计值（取土 及混凝土的实际重度）。

当位于地 下水位以下时，取有效重度 (2)地基承载力极限状态表达式（抗下压稳定） 当轴心荷载作用时 Pfa/rf 式中 P基础底面处的平均应力设计值； fa修正后的地基承载力特征值； rf地基承载力调整系数， 宜取rf 0.75当偏心荷载作用时,应满足下两式的要求： Pfa/rf Pmax1.2fa/rf 式中Pmax基础底面边缘的最大压应力设计值 三、地基土（岩）的力学性质 1土的计算容重s 基础底面以上土的加权平均容重 2土的内摩擦角和 土的内摩擦角（0）； 土的计算内摩擦角（0） 3土的上拔角,,,,同时满足,4.土压力参数m,s，，，m查表1124地基承载力特征值 (1)地基承载力特征值 (土允许承受的压力 )Pak 由土的种类和状态决定，查附表14 (2) 修正后的地基承载力特征值fa 当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，地 基承载力特征值尚应按下式修正： fafak+b（b3）+ds(h00.5) 式中 基础底面以下土的天然容重，kN/m3； s基础底面以上土的加权平均容重，按表 112查取，kN/m3； b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系 数，按基底下土的类别查表113确定； h0基础埋置深度，从设计地面起算。

第二节倾覆基础计算 一、电杆倾覆基础 如图所示，电杆倾覆基础的作用是保证电杆 在水平荷载作用下不倾覆抵抗倾覆保持电杆稳 定有三种方法： 无卡盘倾覆基础 只靠电杆埋入地下部分的被动土压力抵抗倾 覆力； 带上卡盘倾覆基础 除电杆埋入地下部分的被动土压力抗倾覆外， 在地面以下13埋深处加上卡盘抗倾 带上、下卡盘倾覆基础 当电杆受总的水平荷载过大，致使加装的上卡 盘度较大，卡盘结构不合理时，可加装下卡盘一)无卡盘倾覆基础 只靠电杆埋入地下部分的被动土压力抵抗倾覆 力； （a）无卡盘(b) 带上卡盘(c) 带上下卡盘,图3倾蕧基础,1、不带卡盘倾覆基础的稳定条件 fS0 Sj fTEA（K、S、C） 或fH0S0 Mj 式中 Sj基础的极限抗倾覆力，kN； MJ基础的极限抗倾覆力矩，kN.m； S0杆塔水平作用力设计值总和，kN； H0S0作用点至设计地面处的距离，m； f基础附加分项系数，按表111查取2、基础极限抗倾覆力矩MJ 的计算， 由土力学可知： =mh 如图： 被动土抗力t=mt ，h=mh0 令E= x1+x2 ，则,,,令 ，有t=h0 则 x2=Ex1=EE2=E(12) 因此基础的极限抗倾覆力SJ : SJ=x1x2=E2-E(12)E（221） 即SJE（221） 将x1、 x2对地面取矩得： MJ=x2(h0h2)x1t 并将x1、 x2、t的算式代入上式经整理得：,,,,令 ，并将E代入上式得: 极限倾覆力矩MJ 3、基础极限抗倾覆力SJ 令,,式中m土压力系数，kN/m3，按表112取 值； bJ基础的计算宽度。

(1)基础计算宽度bJ 单柱电杆(如图4) bJ=K0b0； 式中 b0基础实际宽度，对电杆b0等于电杆直径D； K0基础宽度增大系数， 可按下式计算，也可从表115中查取，,图4,极限倾覆力SJ,式中 土壤侧压力系数，粘土取0.72,亚粘土 或亚砂土取0.6,砂土取0.38 土的计算内摩擦角 双柱电杆（如图5） 当双柱电杆中心距L2.5b0时， 基础计算宽度取下两式中的小者 bJ（b0+Lcos）K0 bJ2b0 K0,,图5,当0, bJ(b0+L)K0,当900, bJ2(b0+0)K0= 2b0 K0,极限值：,SJ=E（221）,计算 将下两式联立求解,得,假定一个，可计算一个，,,并将、、制成表格（如表116），以便查用2),（二）带上卡盘倾覆基础 1、加上卡盘的条件： 当fS0SJ 应在地面以下13埋深处加上卡盘，如图所示 2、带上卡盘倾覆基础的稳定计算 加上卡盘后应满足 fS0 Pk+SJ 即Pk fS0 SJ 式中Pk 上卡盘抗倾覆力 问题落在加上卡盘后抗倾覆力SJ的计算 3、加上卡盘抗倾覆力SJ,加上卡盘后SJ计算方法以不加卡盘计算方法 基本一样，不同的是计算的公式不一样。

经推 导，应下式计算：,,F算式中的参数均为已知，假定已知参数 便可计算一个F值，解出一，列于表117 中，以备查用4、卡盘长度的计算 取上卡盘为一隔离体（如图6所示）， 作用在隔离体上的力有：,,顶面土压力,顶面摩擦力 f1=N1f=N1tg,底面土压力,底面摩擦力f2=N2f=N2tg,被动土抗力 X2=my1l1b,图6,(mh),X0，取,得上卡盘长度：,,式中 m被动土压系数； y1卡盘抗倾覆力作用点至地面的距离； f地基土与基础面的摩擦系数，ftg； 基础底面计算容重，kN/m3；,5、卡盘实际长度 上卡盘的实际长度l应为计算长度l1加上卡盘位 置处的电杆直径D， 即：,,（三）带上、下卡盘倾覆基础 当电杆受总的水平荷载过大，致使加装的上卡盘长度较大，卡盘结构不合理时，可加装下卡盘PJ由上、下卡盘共同承担,取MB=0,得 上卡盘抗倾覆力,,取MA=0,得 下卡盘抗倾覆力,,1、上、下卡盘抗倾覆力的计算,(SJ不带卡盘时抗倾覆力),,,PJ,PJ,2、上下卡盘长度的计算,,,上卡盘,下卡盘,（四）卡盘的强度计算,（1）卡盘承受的荷载,,承受匀布荷载：,以上卡盘为例,弯矩（卡盘应承受双向弯矩）：,,（2）内力,,剪力：,,图7,式中 M设计弯矩； l卡盘实际长度； D卡盘位置处电杆的直径。

2）卡盘的配钢筋计算,,式中 h0卡盘有效高度； fy钢筋强度设计值； 0.875根据经验确定的内力臂系数纵向受力钢筋,箍筋,当设计剪力V0. 7ftbh0时，按构造要求 配置箍筋否则按下式配置箍筋式中 n在同一截面内箍筋的肢数； Asv1单肢箍筋的截面面积； S沿卡盘长度方向上箍筋的间距； V设计剪力； ft混凝土抗压强度设计值； fyv箍筋抗拉强度设计值例111某无拉线单杆直线电杆基础，已知土壤为中砂 土，其容重s17kNm3，计算内摩擦角350，土压 力参数m63kNm3大风情况下，水平荷载的合力S0 6.5kN，其合力作用点高度H06.6m，电杆埋深h0=2.2m， 电杆腿部外径D=0.43m（即b0） 解： 一、抗倾覆稳定验算 计算公式 符号见P173面 1、计算基础的计算宽度bJ 根据h0/b0和中沙查表115得K01.41 bj=K0b0=1.410.430.606m,,,2、计算 H0/h0=6.6/2.2=3 查表116得12.6 3、抗倾覆稳定验算 查111得基础附加分项系数f1.1 f H0S01.16.66.547.19kN.mMj=32.26kN.m 需要加卡盘 二、加上卡盘后的抗倾覆稳定验算 1、设卡盘位置y1=h0/3=2.2/3=0.73m， 并选择卡盘截面为bh=0.30.2 求,,,查表117得0.64 3、计算SJ SJ=x1x2=E2-E(12)E（221） （如图118，SJx1x2， x1、x2 见118、119式） （1）计算E（P173） （2）计算基础的极限倾覆力 SJ=E（221） 92.39（20.6421）16.7kN 4、计算上卡盘的抗倾覆力PK PKfS0 SJ 1.16.5（16.7）23.85kN 5、计算卡盘长度 卡盘的截面尺寸为bh=0.30.2,7、卡盘实际长度 Ll1D1.380.431.81m 显然结构不合理，应加下卡盘,,三、加上、下卡盘后的抗倾覆稳定验算,y1=h0/3=2.2/3=0.73m,y2=h0b/2=2.20.3/2=2.05m,下卡盘埋深与基础底面齐平，b为基础高,,SJ=MJ/H0=32.26/6.6=4.89kN,,,=14.8kN,=0.86m,上卡盘长度,选择1.40.30.2的上卡盘,1、选择上卡盘,2、选择下卡盘,,=12.55kN,,=0.26m,下卡盘长度,选择1.00.30.2的下卡盘,二、窄基铁塔基础的倾覆稳定计算 钢管杆基础和有些窄基铁塔基础做成整体式基础。

整体式基础按倾覆基础计算的条件是：,当不满足此条件，不能按倾覆基础计算，请特 别注意！！！,式中h0基础埋深 B基础宽度,1.无阶梯型倾覆基础,图8,如a图,抗倾覆力有: (1)土的极限抗倾覆力:SJ=x2 - x1 (2)由x1产生侧面摩擦力:x1f (3)由 x2产生侧面摩擦力:x2f (4)由地面垂直反力y产生侧面摩擦力yf Eh0(1-23)+y(e+fh0)+fEfS0H0 式中 2.有一个阶梯型倾覆基础(略),,。