11杆塔基础设计.pptx

输电杆塔及基础设计输电杆塔及基础设计主讲：陈祥和主讲：陈祥和电话：电话：[phone]第一节概述第一节概述 一、杆塔基础的分类及其要求一、杆塔基础的分类及其要求 1、杆塔基础的作用：、杆塔基础的作用：电杆：电杆：保证不下沉、不倾覆；保证不下沉、不倾覆；整体铁塔基础：整体铁塔基础：保证不下沉、不倾覆保证不下沉、不倾覆分体铁塔基础：分体铁塔基础：保证不上拔、不下沉、不侧移。保证不上拔、不下沉、不侧移。2、基础的分类、基础的分类 (1)按基础抵抗力分按基础抵抗力分上拔类基础上拔类基础下压类基础下压类基础承受上拔力，兼受较小的水平力。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。承受下压力，兼受较小的水平力。上拔、下压类基础上拔、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。既承受上拔力又承受下压力，兼受较小的水平力。倾覆类基础倾覆类基础 承受倾覆力矩，无拉线电杆基础、整体式铁塔承受倾覆力矩，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。基础和宽身铁塔的联合基础等。（2）按施工特点分）按施工特点分 装配式基础，装配式基础，由预制件现场装配面成，如混凝土构件、金属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。区和需加快建设进度的工程。现场浇筑基础现场浇筑基础 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础。根据基础的变形状态又刚性基础刚性基础和和柔性基础柔性基础，刚性基础底板不变形，柔性基础可随土壤变形。刚性基础底板不变形，柔性基础可随土壤变形。图图1装配式基础装配式基础图图2现浇基础现浇基础(a)刚性基础刚性基础 (b)(c)柔性基础柔性基础 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。）按基坑开挖方式分。大开挖基础大开挖基础 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。扰动土回填夯实基础。抗上拔能力差。掏挖扩底基础掏挖扩底基础（如图（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，抗上拔能力增强能力增强 （4）按基础与铁塔连接方式分）按基础与铁塔连接方式分 地脚螺栓类基础。地脚螺栓类基础。插入式基础插入式基础（或斜插式基础）（或斜插式基础）省去了地脚螺栓和塔省去了地脚螺栓和塔脚脚，受力性能好。缺点是，受力性能好。缺点是施工精度要求高施工精度要求高 3、对基础的要求、对基础的要求根据杆塔作用力的不同。必须保证不上拔、根据杆塔作用力的不同。必须保证不上拔、不下沉、不倾斜不下沉、不倾斜基础的材料、地质条件的要求基础的材料、地质条件的要求基础本身要有足够强度基础本身要有足够强度 二、杆塔基础的设计原则及内容二、杆塔基础的设计原则及内容 1.杆塔基础的计算内容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）基础极限状态表达式（稳定计算）(1)基础上拨上拨和倾覆稳定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）的力学性质三、地基土（岩）的力学性质 1土的计算容重土的计算容重s基础底面以上土的加权平均容重。2土的内摩擦角土的内摩擦角和和土的内摩擦角（0）；土的计算内摩擦角计算内摩擦角（0）3土的上拔角土的上拔角 同时满足同时满足4.土压力参数土压力参数m s，m查查表表112。4地基承载力特征值地基承载力特征值 (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第二节倾覆基础计算 一、电杆倾覆基础一、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：定有三种方法：无卡盘无卡盘倾覆基础倾覆基础 只靠电杆埋入地下部分的被动土压力只靠电杆埋入地下部分的被动土压力抵抗倾抵抗倾覆覆力；力；带上卡盘倾覆基础带上卡盘倾覆基础 除电杆埋入地下部分的被动土压力抗倾覆外，除电杆埋入地下部分的被动土压力抗倾覆外，在地面以下在地面以下1 13 3埋深处加上卡盘抗倾埋深处加上卡盘抗倾。带上、下卡盘倾覆基础带上、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。盘度较大，卡盘结构不合理时，可加装下卡盘。(一一)无卡盘无卡盘倾覆基础倾覆基础 只靠电杆埋入地下部分的被动土压力只靠电杆埋入地下部分的被动土压力抵抗倾覆抵抗倾覆 力力；（a）无卡盘）无卡盘(b)带上卡盘带上卡盘(c)带上下卡盘带上下卡盘图图3倾蕧基础倾蕧基础1、不带卡盘倾覆基础的稳定条件不带卡盘倾覆基础的稳定条件 fS0 Sj fTEA（K、S、C）或或fH0S0 Mj 式中式中 Sj基础的极限抗倾覆力，基础的极限抗倾覆力，kN；MJ基础的极限抗倾覆力矩，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，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，作用点至设计地面处的距离，m；f基础附加分项系数，按表基础附加分项系数，按表111查取。查取。2、基础极限抗倾覆力矩、基础极限抗倾覆力矩MJ 的计算，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)因此因此基础的极限抗倾覆力基础的极限抗倾覆力SJ:SJ=x1x2=E 2-E(1 2)E（2 21）即SJE（2 21）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:极限倾覆力矩极限倾覆力矩MJ 3、基础极限抗倾覆力、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，图图4极限倾覆力极限倾覆力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）K0bJ2b0 K0图图5当当0,bJ(b0+L)K0当当900,bJ2(b0+0)K0=2b0 K0极限值：极限值：SJ=E（2 21）计算计算 将下两式联立求解将下两式联立求解得得假定一个假定一个，可计算一个，可计算一个，并将并将、制成表格（如制成表格（如表表116），以便查用。），以便查用。(2)（二）带上卡盘倾覆基础（二）带上卡盘倾覆基础1 1、加上卡盘的条件：加上卡盘的条件：当当fS0SJ应在地面以下应在地面以下1 13 3埋深处加上卡盘，埋深处加上卡盘，如图如图所示。所示。2 2、带上卡盘倾覆基础的稳定计算带上卡盘倾覆基础的稳定计算加上卡盘后应满足加上卡盘后应满足 fS0 Pk+SJ 即即Pk fS0 SJ 式中式中Pk 上卡盘抗倾覆力上卡盘抗倾覆力问题落在加上卡盘后问题落在加上卡盘后抗倾覆力抗倾覆力SJ的计算的计算3 3、加、加上卡盘抗倾覆力上卡盘抗倾覆力SJ加上卡盘后加上卡盘后SJ计算方法以不加卡盘计算方法计算方法以不加卡盘计算方法基本一样，不同的是计算基本一样，不同的是计算的公式不一样。经推的公式不一样。经推导，应下式计算：导，应下式计算：F算式中的参数均为已知，假定已知参数算式中的参数均为已知，假定已知参数便可计算一个便可计算一个F值，解出一值，解出一，列于，列于表表117中，以备查用。中，以备查用。4、卡盘长度的计算、卡盘长度的计算取上卡盘为一隔离体（如图取上卡盘为一隔离体（如图6所示），所示），作用在隔离体上的力有：作用在隔离体上的力有：顶面土压力顶面土压力顶面摩擦力顶面摩擦力 f1=N1f=N1tg 底面土压力底面土压力 底面摩擦力底面摩擦力f2=N2f=N2tg 被动土抗力被动土抗力 X2=my1l1b图图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、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（三）带上、下卡盘倾覆基础 当当电电杆杆受受总总的的水水平平荷荷载载过过大大，致致使使加加装装的的上上卡卡盘长度较大，卡盘结构不合理时，可加装下卡盘。盘长度较大，卡盘结构不合理时，可加装下卡盘。P PJ J由上、下卡盘共同承担由上、下卡盘共同承担取取 M MB B=0,=0,得得 上卡盘抗倾覆力上卡盘抗倾覆力 取取 M MA A=0,=0,得得 下卡盘抗倾覆力下卡盘抗倾覆力1、上、下卡盘抗倾覆力的计算、上、下卡盘抗倾覆力的计算(SJ不带卡盘时抗倾覆力不带卡盘时抗倾覆力)PJPJ2、上下卡盘长度的计算、上下卡盘长度的计算上卡盘上卡盘下卡盘下卡盘（四）卡盘的强度计算（四）卡盘的强度计算（1）卡盘承受的荷载）卡盘承受的荷载 承受匀布荷载：承受匀布荷载：以上卡盘为例以上卡盘为例弯矩弯矩（卡盘应承受双向弯矩）：（卡盘应承受双向弯矩）：（2）内力）内力剪力：剪力：图图7式中式中 M设计弯矩；设计弯矩；l卡盘实际长度；卡盘实际长度；D卡盘位置处电杆的直径。卡盘位置处电杆的直径。（2）卡盘的配钢筋计算）卡盘的配钢筋计算式中式中 h0卡盘有效高度；卡盘有效高度；fy钢筋强度设计值；钢筋强度设计值；0.875根据经验确定的内力臂系数。根据经验确定的内力臂系数。纵向受力钢筋纵向受力钢筋箍筋箍筋 当设计剪力当设计剪力V0.7ftbh0时，按构造要求时，按构造要求配置箍筋。否则按下式配置箍筋。配置箍筋。否则按下式配置箍筋。式中式中 n在同一截面内箍筋的肢数；在同一截面内箍筋的肢数；Asv1单肢箍筋的截面面积；单肢箍筋的截面面积；S沿卡盘长度方向上箍筋的间距；沿卡盘长度方向上箍筋的间距；V设计剪力；设计剪力；ft混凝土抗压强度设计值；混凝土抗压强度设计值；fyv箍筋抗拉强度设计值。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S06.5kN，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K01.41bj=K0b0=1.410.430.606m2、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f1.1f 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0.643、计算SJSJ=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）16.7kN4、计算上卡盘的抗倾覆力PKPKfS0 SJ 1.16.5（16.7）23.85kN5、计算卡盘长度卡盘的截面尺寸为bh=0.30.27、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三、加上、下卡盘后的抗倾覆稳定验算y1=h0/3=2.2/3=0.73my2=h0b/2=2.20.3/2=2.05m下卡盘埋深与基础底面齐平，下卡盘埋深与基础底面齐平，b为基础高为基础高SJ=MJ/H0=32.26/6.6=4.89kN=14.8kN=0.86m上卡盘长度上卡盘长度选择选择1.40.30.2的上卡盘的上卡盘1、选择上卡盘、选择上卡盘2、选择下卡盘、选择下卡盘=12.55kN=0.26m下卡盘长度下卡盘长度选择选择1.00.30.2的下卡盘的下卡盘二、窄基铁塔基础的倾覆稳定计算二、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：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，请特当不满足此条件，不能按倾覆基础计算，请特别注意别注意！式中式中h0基础埋深基础埋深B基础宽度基础宽度 1.无阶梯型倾覆基础图图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 式中式中 2.有一个阶梯型倾覆基础(略)