输电线路掏挖基础系列化典型设计图及设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及输电线路掏挖基础的设计方法，更具体地说，就是提供系列化的典型 设计图纸，在输电线路掏挖基础设计中供设计者直接选用。
【背景技术】
[0002] 掏挖基础在我国输电线路工程中已得到了广泛应用，基础的抗拔承载力通常按照 《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219 - 2005中的"剪切法"计算，【注：国家电力行 业已经颁布了新的技术规程《架空输电线路基础设计技术规程》DL/T5219 - 2014】。
[0003] 上拔基础是较特殊的基础，一般工程中很少使用，因此国内对此类基础作研究的 人很少。在输电线路中自立式铁塔的基础存在上拔基础，所以仅电力行业对此类基础作研 究。
[0004] 图1是现行《架空输电线路基础设计技术规程》DL/T5219 - 2014中上拔基础的理 论计算模型，假定剪切破坏面为圆弧曲线，基础的抗拔承载力由三部分组成：1、混凝土基础 自重；2、基础底板上部与剪切破坏面范围内的土重；3、临界深度h。段土体剪切破坏面上的 剪阻力，不计下部h b段土体剪切破坏面上的剪阻力。然而，这个计算模型存在较大的缺陷， 主要由以下两点：其一是上部土体剪切破坏面的喇叭口张开太大，即圆弧曲线的半径r取 得过小，导致剪切破坏面和土体体积增大，其实计算公式推导者也清楚上部土体剪切破坏 面上的剪阻力和土重算大了，所以忽略下部h b段土体剪切破坏面上的剪阻力；其二是破坏 试验证明土体剪切破坏面的剪阻力主要集中在下部段，而该计算模型则相反，导致计算结 果不合理。
[0005] 在设计掏挖基础时，各设计院一般采用线路基础专用设计软件进行设计(如北京 "道亨")，但现市场上的线路基础专用软件在使用过程中均存在一些问题，主要是软件生成 的配筋结构详图表达不清晰，没有遵循结构制图规范。例如制图规范规定结构配筋图中轮 廓线应为细实线，钢筋为粗实线，而"道亨"生成的结构图轮廓线为粗实线，导致轮廓线与钢 筋混淆，钢筋标注也不规范，没有详细的施工设计说明用来指导和规范施工，还需要人工添 加施工设计说明。另外软件自动优化基础扩底尺寸的功能，其结果经常不能令人满意，有时 甚至出现基底扩底尺寸很不合理的结果，相同荷载及地基条件的掏挖基础由不同设计者用 道亨软件进行设计时，材料用量会有较大差异。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种新的且安全可靠的设计计算方法并提供系列化的掏 挖基础典型设计图纸，供设计者在掏挖基础设计中直接选用，可提高设计效率，缩短设计周 期，且有效地提高了图纸的质量。
[0007] 为实现上述目的，需要编制常用掏挖基础的典型设计图（约2000多个型号），为此 需要对地基条件进行归纳和简化，对掏挖基础的外形尺寸作一些统一规定。以下简述本发 明的设计方法以及步骤： (1) 将常见的粘性土地基由差到强分成6个等级，通过内插可增加至31个等级，其 中： 1*级对应C=20、巾=O的软塑粘土； 2*级对应C=26、巾=3的软塑粘土； 3*级对应C=32、(6=6的可塑粘土； 4*级对应C=38、巾=9的可塑粘土； 5*级对应C=44、巾=12的硬塑粘土、密实粗砂、碎石； 6*级对应C=50、巾=15的坚塑粘土、密实砂烁、密实碎石土； 当需要内插时C值步长可取1、2、3 值对应步长为0. 5、1、1.5 ; (2) 将基础的外形按一定规则取值，基础直径取1. 0、1. 2、1. 5、1. 8米；基础入土深度 从2. 0米开始，按0. 5米步长加深；基底每边的扩底尺寸k取值0. 5、0. 6、0. 7、0. 8米；并对 基底扩大头尺寸预先进行了优化计算； (3) 统计分析各类铁塔设计时跟开与呼高之间的比值，直线塔为b/h = 1/8~1/6,耐 张塔为b/h = 1/5~1/4 ;根据跟开与呼高的比值即可决定塔脚横向力与上拔力之比值，直 线塔为H/T = 1/16~1/12,耐张塔为H/T = 1/10~1/8 ; (4) 根据各种地基条件和典设基础的外形条件，采用《建筑粧基础技术规范》JGJ94 - 2008中扩底抗拔粧的计算模型和美国结构工程手册中的计算公式，用"剪切法"计算典设基 础的抗拔承载力； (5) 根据典设基础的抗拔承载力，按横向力与上拔力之比值计算基础横向荷载设计 值，其中：直线塔基础的横向荷载按0. 1倍抗拔承载力设计，耐张0度转角及悬垂转角塔基 础的横向荷载按〇. 12倍抗拔承载力设计，转角塔和终端塔基础的横向荷载按0. 15倍抗拔 承载力设计；再由基础的抗拔承载力和基础横向荷载按《架空输电线路基础设计技术规程》 DL/T5219 - 2014计算基础基身的最大弯矩和剪力； (6) 按新的《混凝土结构设计规范》GB50010 - 2010中圆截面偏拉配筋公式对基身进 行配筋，并按《架空输电线路基础设计技术规程》DL/T5219 - 2014将配筋结果乘以I. 1的 调整系数。
[0008] 本发明改变传统的基础设计模式，传统基础设计为顺向设计模式，即必须先已知 塔脚上拔荷载和横向荷载，再根据地基条件用软件或人工设计基础，也就是没有基础荷载 和地基条件就不能设计基础。而本发明采用反向设计模式，即基础荷载未知，先将粘性土地 基条件分成6个等级，再假定一系列型号的掏挖基础外形尺寸，并计算出在各种地基条件 下的抗拔承载力，并制成典型设计图，选用时只需要根据地基条件，在符合地基条件的典设 基础型号中找到一个抗拔承载力稍大于或等于基础上拔荷载的典设基础型号。
[0009] 本发明设计方法与传统设计方法相比，具有以下优点： 1、掏挖基础系列化典型设计图由设计经验丰富的设计者编制，采用新规范，编制过程 严谨，设计图纸质量高，典设图纸数量的多少可以根据实际需要进行调整，增加典设图纸很 方便。
[0010] 2、将设计者使用专用软件设计基础的过程改变为从系列化典型设计图中选用一 个基础的过程，即使设计者不很熟悉土建结构设计，只要指导其选对地基条件，就能保证选 到较为合理的基础。
[0011] 3、省时省力、设计效率高，有助于加快设计进度，缩短设计周期。
[0012] 4、掏挖基础外形系列化，外形尺寸有规律，方便施工制作模板和机械化施工要求。
【附图说明】
[0013] 图1是现行《架空输电线路基础设计技术规程》DL/T5219 - 2014中上拔基础的理 论计算模型； 图2是本发明采用的抗拔计算理论模型。
【具体实施方式】
[0014] 为了更好地理解本发明，下面结合附图及实例进一步阐明本发明的内容。
[0015] 首先，本发明采用的抗拔计算理论模型简述： 图2是本发明采用的计算模型，计算模型主要采用了《建筑粧基础技术规范》JGJ94 - 2008中扩底抗拔粧的计算模型，计算公式则采用了美国《Structural Engineering Handbook》1979年第二版中的计算公式。基础的抗拔承载力也由三部分组成：1、混凝土基 础自重；2、基础底板上部与剪切破坏面h。段范围内的土重，3、临界深度h。段土体剪切破坏 面上的剪阻力，以及上部h b段基身表面的侧阻力。
[0016] 本发明计算模型与现行《架空输电线路基础设计技术规程》DL/T5219 - 2014的计 算模型不同点是：土体的剪切破坏面取在下部，剪切破坏面为一圆柱面。这个计算模型与实 际试验破坏模型更为接近。从土力学理论也可证明破坏面是接近圆柱面的，对于一个给定 外形尺寸和地基条件的掏挖基础，可以假定多条不同的圆弧曲线，即不同r值并逐步加大， 计算每个r值的对应的基础抗拔承载力，抗拔承载力是随着r的增大而减小的，当r值很大 时，圆弧曲线就接近直线，所以《建筑粧基础技术规范》就取直线的圆柱面，实际上这是一个 求极小值的问题，而不是随意假定一个不符实际的剪切破坏面。本发明采用的计算模型要 比《现行规程DL/T5219 - 2014》的计算模型合理优越的多，计算公式相当简单，且解决了后 续一系列的计算难题。
[0017]根据本发明所述设计方法（具体参见
【发明内容】
中的步骤（I)-出），此处不再赘 述），可以产生2000多个常用型号的典设基础，分散在400多张图纸中，查找不太方便，为此 需要将其汇编在一个查询手册中，在查询手册中可以直接查到每个型号的典设基础的抗拔 承载力，混凝土用量及钢筋用量。
[0018] 查询手册的实际作用就是收集了2000多个型号典设基础的特征数据，方便设计 者选型。因数据庞大，本发明仅提供查询手册中部分型号的典设基础，如下所示： 一、直线塔基础查询表 注：混凝土容重按24kN/m3计算；单位尺寸为m ;力为kN ;混凝土为m3;钢筋为kg。
[0019] *_*Z掏挖典设基础抗拔承载力查询表：
并对查询手册作如下说明： 1、掏挖典设基础的编号规则：编号是以掏挖基础（TW) +基身直径（00) +入土深度