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1、第十一章杆塔基础设计,输电杆塔及基础设计,主讲：陈祥和,电话：13972603361,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
2、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
3、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(
4、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/r
5、f 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112。,4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
6、；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(
7、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(h
8、0h2)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）K0bJ2b0 K
9、0,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
10、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
11、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
12、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=1.410.43
13、0.606m,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f1.1f 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
14、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=0.30.2,7、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),
