我國架空輸電線路地基基礎工程現狀及存在的問題
（國家電力公司電力建設研究所）

1、引言
隨著我國國民經濟的飛速發展，國家每年用于電力基礎設施，特別是用于高壓輸電線路的投資日益增加。桿塔基礎作為輸電線路結構的重要組成部分，它的造價、工期和勞動消耗量在整個線路工程中占很大比重。據有關資料統計：輸電線路基礎工程施工工期約占整個工期一半時間，運輸量約占整個工程60%，費用約占整個工程15%～35%。基礎選型、設計及施工的優劣嚴重影響著線路工程的建設。根據我國現有的技術規范，上部鐵塔部分的設計和國外相比，較為合理和成熟，而設計的基礎尺寸比國外大，設計較為保守，因而基礎施工等各方面的費用比國外要高出很多。同時,下部基礎過大，若基礎是大面積的開挖，勢必會造成大面積植被的破壞和水土的流失。因此有必要加強對輸電線路基礎的研究，降低混凝土和鋼筋的用量，減小土石方的開挖量，從而降低基礎造價，節省資源，同時也減小對植被的破壞，加強環境保護，取得較好的經濟效益和社會效益，實現可持續發展。但是目前我國尚未系統地開展新的基礎型式的試驗、測試和分析研究，桿塔基礎已成為輸電線路建設中十分薄弱的環節，地基處理及其基礎型式選擇與設計優化是當前輸電線路工程迫切需要解決的重大課題。
2、我國架空輸電線路地基基礎工程現狀
我國幅員遼闊，各個地區的地質條件相差很大，所采用的輸電線路基礎形式也較為多樣。
其中西北地區主要為黃土地基，也存在部分沙漠及巖石地基。黃土地基使用的基礎形式主要有剛性臺階式基礎和插入式基礎，部分軟弱地基則主要采用鉆孔灌注樁。西北地區黃土具有濕陷性，常采用二灰換添法，石灰和素土的比例一般采用2:8或3:7，對重點塔位的地基重點處理。 沙漠地區地基抗剪強度低，比普通基礎要多埋深1米。山區的巖石地基使用的基礎形式主要有掏挖式基礎等。在西北地區，出現倒塔一般不是基礎原因，主要是有外界因素的作用，如滑坡、流沙、河流沖刷等。
東北地區和新疆北部多為凍土地基，使用的基礎形式主要是插入式基礎和掏挖式基礎。同時，在東北的部分地區和新疆的南部也存在永凍土和巖石地基，使用的基礎形式主要是斜插式基礎。
我國華北地區的石家莊以北、北京地區、和內蒙古地區的土質條件較好，天津地區有軟土地基，土質條件較差。各地使用的基礎形式主要有：嵌固式基礎、錨桿式基礎、插入式基礎和掏挖式基礎，同時還有灌注樁、挖孔樁、擴底樁等。
我國華東地區河網密布，主要是軟弱地基。在進行輸變電桿塔建造時，有的對地基先進行處理，然后再建造桿塔基礎。在這一地區采用的基礎形式有：灌注樁、大板式基礎、螺旋錨式基礎、擠密碎石樁和擠密砂樁。螺旋錨用鋼量大，機具復雜。灌注樁造價高昂，且質量不易控制。
中南地區的地質情況較為復雜，有軟土、巖石、膨脹土等。
（1）華中地區軟土比較多，特別是江漢平原一帶，土壤的內析水較多，采用的基礎形式以大板式基礎、樁基（鉆孔灌注樁、沉管樁）為主，也有采用沉井替代。樁基礎的費用是掏挖基礎的4~5倍，造價非常昂貴。使用的其它基礎形式主要有：剛性階梯式基礎、掏挖式基礎等。
（2）在三峽、宜昌地區，山區的花崗巖比較多，使用的基礎形式主要有：巖石錨桿式基礎和巖石插入式基礎。
（3）在鄂西北的丘陵地帶，黃色粘土比較多，使用的基礎形式主要有：剛性階梯式基礎、掏挖式基礎等。
（4）在其余一些地區，多為粉土、砂土和可塑粘土地質條件，近幾年來插入式基礎用的較多，但該基礎形式不適用于軟土地基。
西南地區主要以山區為主，地基主要是巖石。使用的基礎形式主要是：巖石錨樁、嵌固式基礎和斜插式基礎。山區水塘附近的軟土地基，地基處理的主要方法是：砂井、粉噴樁等。
3、我國架空輸電線路地基基礎工程存在的問題
3.1 設計方面的問題
我國架空輸電線路地基基礎工程在設計方面存在的問題有：
（1）由于輸電線路地基基礎工程問題的特殊性和復雜性，目前《送電線路基礎設計技術規定》還沒有采用概率極限狀態設計原則，仍然采用總安全系數法，而不是分項系數設計法。國內外很多專家、學者都在致力于地基基礎工程可靠度的研究。地基基礎工程問題與結構工程問題實行同步的可靠度設計是國際趨勢。輸電線路地基基礎工程如果繼續在以后較長時間內沿用傳統安全系數設計法的定值設計方法，顯然是不合適的。如何盡快改變這種現狀是一個緊迫且具有現實意義的問題。
（2）由風荷載引起的輸電線路桿塔的破壞常給經濟建設和人民生活帶來非常嚴重的影響，而且需要花費大量的資金和時間修復。據統計，在各類桿塔倒塌、導線斷股等嚴重事故中，由風引起的約占30%。動力風荷載需要通過理論和試驗的方法，根據風特性、結構自振特性以及風和結構地基基礎的相互作用等多方面的參數才能確定，因此，動力風效應分析的正確性和精度將關系到送電線路桿塔及基礎設計的合理和安全。研究風與桿塔結構體系的相互作用，并且在輸電線路設計中采取恰當的抗風措施，對保障線路結構體系的安全有非常重要的意義。
（3）在軟土質地區，由于其桿塔基礎設計不僅要滿足一般桿塔基礎設計要求，還應滿足塔基沉降量、傾斜度等要求，因此軟土質地區桿塔基礎設計有其特殊性。在軟弱地基中使用灌注樁，造價很高，質量不易控制；在軟弱地基中如果使用大板式基礎，基礎的尺寸約為7×8m，成本較高，土的開方量大，施工復雜，鋼筋用量在7、8 t。且大板式基礎有時在鐵塔安裝前，基礎已經發生了不均勻沉降。由于我國以往在軟土質地區地基處理及其桿塔基礎方面的研究存在許多不足之處，導致軟土質地區桿塔基礎設計水平較低，與國際先進水平相比存在較大的差距，其基礎部分的造價占線路總體投資的比例一般在25％－35％左右，有的甚至更高，而又未系統的開展新的基礎型式的試驗、測試和分析研究，因此軟土質地區桿塔基礎已成為輸電線路建設中十分薄弱的環節，而地基處理及其基礎型式選擇與設計優化則是軟土質地區輸電線路工程迫切需要解決的重大課題。
另外，我國架空輸電線路地基基礎工程在設計方面除上述問題比較突出以外，還存在以下問題：在我國的東北和西北地區，由于凍土的凍脹使基礎位置抬高，怎樣處理凍土地基成為重要課題；在近海區建造輸變電線路，在海水中，基礎抗腐蝕性的問題不可忽視。
3.2 勘測方面的問題
在山區，由于勘測點較多，勘測比較粗淺，對變電站和塔位的地質情況的了解不是很準確，有時易發生滑坡現象。所以使用巖石地基盡管基礎造價可以降低很多，但鑒定巖石物理性質和力學性質的方法、手段等需要改進。
3.3 施工方面的問題
在山區施工，現有的施工機具難以進入場地進行施工，鋼筋、混凝土的運輸和基礎的開挖等較為困難。在軟土地基施工，水網密布，各種施工機具難以進入場地，各種基礎形式的施工比較困難。因此，需要研制輕巧、高效的施工機具以解決施工方面存在的問題。

總之，根據我國現有的技術規范，上部鐵塔部分的設計和國外相比，較為合理和成熟，但根據現有的《送電線路基礎設計技術規定》進行基礎設計過于保守，設計理論一直延用前蘇聯規范，基礎的尺寸要比國外同等級別的基礎大，基礎的安全系數過高，基礎砼及鋼筋用量過大，基礎的施工工程量占總體工程量的比重較大，約為20％，其中，僅土石方的開挖費用就為2500－3000元/m3，鋼筋、混凝土的運輸費用也較高。基礎的施工費用約為工程造價的15－25％，基礎施工等各方面的費用比國外要高出很多，工期較長，在國外投標中，和國外設計的基礎相比，處于不利的地位。
4、我國架空輸電線路地基基礎工程存在問題的原因
我國架空輸電線路地基基礎工程存在上述問題的原因為：
1、一般輸電線路所經地區的地形、地質條件差異較大，設計和施工要考慮的邊界條件較多，加之科研條件和研究經費的制約，在輸電線路桿塔基礎方面的科研工作較薄弱，科研成果較少，技術儲備不足。
2、對地基基礎問題國內外專家和學者已做了大量的研究工作，取得了許多有價值的成果，但大多數都把注意力集中在某些結構（如建筑物、橋梁等）的基礎上，這些研究成果由于下列原因而限制了它們在電力線路上使用：
（1）抗拔荷載經常是各種輸電線路桿塔基礎設計的控制條件，而對建筑物和橋梁來說上拔力卻是次要的。
（2）輸電線路桿塔基礎所在的土質勘測，無論在精確性還是在詳細程度上，都無法與建筑物和橋梁相比。
（3）一條線路上可能使用許多基本相同的桿塔，但它們的基礎則因土質不同而不同。
（4）線路桿塔常位于無人居住之處，而且除了施工、檢修和維護外并不危及人們的生命安全。
這些不同導致電力工業的桿塔基礎有其獨特的分析、設計方法，這些內容在一般的基礎書籍中是難以找到的，例如：一般的基礎工程教科書對基礎上拔問題僅附帶提一下，對鋼框結構的基礎很少涉及。這樣就導致在輸電線路基礎方面受過專門訓練的國內人才偏少，專門從事輸電線路桿塔基礎設計的高級研究人員則更少。
3、國內電力行業對桿塔基礎也做了一些研究工作，但還沒有建立專門的基礎工程實驗室，對不同特性地基、不同型式基礎展開系統的試驗研究。目前，世界上電力工業發達國家，非常重視桿塔基礎的研究，尤其是美國、加拿大等國，除了理論分析計算外，還建立了專門的巖土工程實驗室，對不同特性地基、不同型式基礎進行了系統的試驗研究，有效保證了線路的安全運行，同時降低了線路基礎造價。美國、加拿大等國可以針對輸電線路所經地區的地質狀況，提出合理的基礎型式。因此建立我國專門的輸電線路桿塔基礎工程實驗室，可為各種基礎型式的試驗研究提供保障，對提高線路的可靠性，推動行業技術進步有重要意義。
5、結語
中國“十五”計劃綱要中國國家電力公司提出加強城鄉電網建設和改造，建設西電東送的北、中、南3條大通道，因此非常有必要加強架空輸電線路地基基礎工程的研究，成立專門的輸電線路地基基礎工程實驗室，針對輸電線路桿塔基礎的共性、前沿和關鍵的科學問題，探索輸電線路桿塔基礎的機理和規律，形成我國系統完整的“送電線路基礎設計和計算”的理論體系。瞄準國家急需解決的“西電東送”工程中出現的一系列地基基礎工程關鍵科學技術問題，進行地基處理、巖土邊坡加固、巖土工程環境保護等設計方法、施工技術等關鍵控制技術的探索與創新，研究開發出安全、經濟、實用的科技成果為工程建設服務，徹底改變我國送電線路基礎設計保守落后的現狀，開創我國21世紀送電線路基礎工程 “技術先進、設計安全合理”的全新局面。