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集成的最佳高压输电线路基础
Freeman Thompson, Nick Salisbury, Anwar Khattak, Aaron Hastings, Michael Foster
摘要
高压电输电线路跨越不同地区和地质，由于场地和地下条件的变化，使得对高效的基础建设设计来控制建造成本有很大的需求，在许多地域，传统的的深基础被印证为对设计和结构来说是经济的，也就是说是一个最佳的基础系统。然而，在很多地方场地条件使得传统的基础太昂贵或是不能实行，微型桩基础成为了最好的解决方案。
微型桩经常被认为是一种新型的技术，尽管他们在过去50年以前是便利的，而且在美国已经被使用了超过30年。这个电力传输工厂最近已经发现了这个“新型的技术”，并且开始利用它，在对从遥远的地方持续的扩张传输电能的需求下，使用微型桩基础作为一种应对遇到的挑战非常实用性的方法，对微型桩基础的使用将会变得越来越普遍。
本文将介绍和说明传统桩基础和微型桩基础在行业上的基本优缺点以及它们是如何被结合到一起去提供设计解决方案。
介绍
传输线路的轨道包括不同的地形：地势上的不同，地下状况的不同，环境敏感度和易接近程度的不同。每一个传输塔或传输建筑物大约三分之一的成本在地表以下而且从来不被看见。这些基础的价值是极其的重大，因为补救一个不成功的建筑物基础比一个其他类型的单一的失败建筑物导致更大成本。传统的深基础是现场浇筑桩孔支墩，对许多建筑物来说仍然是最经济的解决方案，但是，当某一障碍出现时，微型桩基础便成为了最经济的解决方案，这些高费用、高值和不同基础的选择引起的对建筑物无形部分的更进一步的探讨。
障碍
高效的基础设计和结构是本文将要讨论的主要议题，一种高效设计合适基础的要点是准确的获得、充足的岩土和塔址地质的信息，因为这些信息极大的影响了每一个塔基础设计要求。一个准确的地质调查要求高质量的调查数据和岩土工程配套信息，一个适当的岩土工程勘察要求，其中有很多东西，伴随小的调查研究训练获得场地上的关键的位置和相关设备。获得这样的访问经常是一个障碍，可以是非常困难的，涉及的东西将要比本文讨论的还要多。但是，应该注意，这样的访问并允许挑战将会在项目施工阶段类似或是更加严格，与基础设计团队应该注意到这些障碍。
在遥远的地域修筑传输路线会带来很多施工上的问题，有限制的访问会带来越来越多得到设备和材料到相应的场地问题，这会延长时间，增加成本。有些地区可能被限制，像没有车辆交通允许到达场地，这会导致对手挖地基或炸药爆破的需求，这是在传统的施工工艺中安全饿问题大大增加的地方。传统的基础对于穷途末路的结构能够延伸到20-30英尺的地下深度，这主要介绍了很多关于手挖地基的安全问题，一个典型的500KV的单回路死胡同结构可能要求多达15码的支柱混凝土，这要求大约60架直升机用一个院子的混凝土铲斗拌斗，显而易见，这是冗长而昂贵的。
调查研究
地质和岩土调查项目涉及到对当地地形的稳定性和排水系统的研究，就地测验如标准渗透度测试，收集扰动的和非扰动的土壤样本和相关实验研究测试。基础设计参数会根据收集的测试数据来进行评估，对基础类型的选择取决于被鉴定的地质和岩土条件，塔的荷载和各种其他因素，例如访问限制和环境限制条件。
典型的岩土调查项目的限制是，可以在项目的设计阶段实际上和经济上探索的位置的数目，一般，岩土土样在封锁的地域至少每英里获得一个，这看起来像是一个普遍的可接受的惯例，但是，导致在岩土性能上的解释和保守性可用来解释两个钻孔地点可能出现的不同。
在恰当的地质和岩土调查项目已经完成而且各自的报告和相关的推荐规范已经传达到基础的设计者之后，最后的基础设计过程就开始了，最后的设计考虑许多不同的要求和限制，并在最后创作满足所有这些控制因素的基础。
传统基础
在地质和岩土报告和建议中，在最坏预期的地质和岩土确定或怀疑条件下，传统基础的设计经常涉及到各种型号钻轴型深基础来支撑具体的结构荷载，这种类型的基础，被称为“传统”基础的一个好的原因：它们在上个世纪已经被有效的用作传输结构基础，而且未来将会持续下去，其中两个获得合理和地下条件有利，传统的基础是最佳选择，除了一个限制条件,传统的基础是通过，通常很大以至于原位测试不能经济的执行来验证设计是否足够的基础来支撑荷载，这造成了额外的安全因素被应用到设计中来确保一个适当安全的基础，这也妨碍如果土壤条件好于预期就简单化设计的能耐。
介绍微型桩
在讨论微型桩传输结构基础的优点之前，接下来会对仍然不被广泛知道的并因此持续的被称为“新兴技术” 微型桩技术有一个简短的介绍。
在1950年初，微型桩被意大利的Dr. Fernando Lizzi设想，在接近20年以后它们被介绍到西方的美国，并在过去的30年里它们在应用和多功能性上有了持续的发展。微型桩是一个小的（大约4-12英寸直径）置换桩相对于一个挤土桩，像一个打入桩，它通常用一个小的钻头安装，并在实质上，从软的淤泥和黏土到硬的火成岩基岩，能在任何岩土条件下安装。在钻孔的过程中，使用经常能够延伸到钻头后面的孔底的高等级的钢管，洞口是很稳健的，钻杆和钻头然后完全从套管井撤回，连续螺纹钢筋被插入其延伸的孔的全长，然后孔中混凝土导管里填充满了干净的水泥浆，壳体被撤回，微型桩灌浆的一部分露在土壤上，留下一部分的壳体代替微型桩的用于连接和弯曲性能的上部结构周围，图1是典型的复合微型桩的图示。
一个典型的复合微型桩包括这三个主要元素：连续螺纹钢筋的单链，在微型桩的中心延伸微型桩的全长；钢管的设计所指定长度围绕圆周从微型桩的顶部延伸到临界深度；和平滑的水泥灌浆，包住棒，并和微型桩部件粘合在一起到达岩土的地质层，微型桩的其他辅助部分包括的项目例如耦合器，连接棒的部分来形成一个连续的要素，聚氯乙烯套管扶正器，用于在钻孔的中部定位棒的位置，棒的典型的尺寸（公称直径）在1-3英寸范围内，和这样的棒典型的最小屈服强度为75,00到120,000磅每平方英寸，典型的套管（外径和壁厚）范围为从5英寸和0.375英寸到8.875英寸和0.500英寸，最小屈服强度在45,000到100,000磅每平方英寸以上，典型平滑的水泥灌浆由两个基本元素组成：波特兰水泥和水，伴随28天的无侧限抗压强度从3,000磅每平方英寸到超过5,000磅每平方英寸。
单个典型的微型桩可以表现出的容量，从至少25千磅到超过500千磅，虽然单个微型桩的横向容量是可以理解的有限的，适当安排微型桩组可以支撑轴向和侧向两个方向巨大的荷载，在一个项目的具体基础上，微型桩的大小、长度和结构被设计来适应不同荷载（轴向载荷、基底剪力和倾覆力矩）的大小和面积。
微型桩并不是便宜的基础元素，它们的成本也不是和传统基础一样，在获取和建设程序上加强限制时不稳定，这些限制强调了这些微型桩能够提供的明显优势，微型桩安装的施工技术是足够细化和受控制的，以满足任何环境问题并仍然能保留灵活性，以满足更高的，具体项目的施工要求和限制。
微型桩基础
当像访问约束和环境限制这些因素成为实质性障碍时，微型桩的优势就远超过其他深基础，其中大多数是与建筑相关的，对进度和成本有显著的影响。
从软淤泥和黏土到硬的强岩层，微型桩能通过几乎所有的地下条件来安装。这可能违背常理很多，但在更坚硬的强层岩处，微型桩安装的渗透率通常变得明显比土壤颗粒或更少形成的强层岩的快，不同的地下条件提出了不同的障碍，这将会在少数历史事件中被强调。
用于微型桩安装的钻机小且重量轻（通常在15,000到40，000磅）。特殊的钻机是模块化的，并且有时候甚至会更小，所以利用中型直升机来调动这些钻机到达有限访问的地点已成为标准做法。
当地下条件相较于预期的有很大的变化，微型桩的安装程序是足够灵活并且简单的，通过在每个站点修改的长度，数量和微型桩的配置，以适应这种变化，这样的修改在被叫做决策树或流程图的施工文件中是设意外事件的一部分，利用这个导向工具，钻孔操作员和检验员有明确的指示去跟随这样多变的地下条件的情况。
微型桩，因为它们的尺寸和几何形状，它的另一种独特的特性是它们的能力被经济测试以验证它们的能力，这种能力降低了额外的保守性和提高安全性的因素，这是用来适应未经测试的基础的不确定性。
在很多类型的施工中健康和安全是关注点，但微型桩在建设过程中存在的危害，而它们确实存在，是轻微的，并通过定期的简单的安全培训协议管理。
微型桩的其他优点是，很多微型桩钻头用于限制访问和头部空间的尺寸以及低噪声和振动发射的紧凑。
再次说明，微型桩基础不是一个便宜的系统，因此当一个传统的基础能够很容易的构建时它们并无益处，但是当各种约束和限制出现时或遇到不利的地面条件时，微型桩基础的成本不会像传统基础快速上升。
在这个行业的微型桩
在这个行业，最早的作为传输结构的微型桩基础涉及了钢筋或混凝土桩帽三角形和长方形微型桩配置，径向微型桩阵的出现已经揭示了很多设计和施工上的优势，用特殊设备安装的径向排列的微桩配置能够用令人惊讶的精度和效率完成，在完全由直升机支持的场地条件下，对于所有四条腿的 500KV的悬挂塔的微型桩基础要素，在不到一天的时间里已经完成安装。在相同的情况下，为一个500KV 死胡同塔做出相同的成果要在3天之内实现。
钢和混凝土桩帽已被用于非格架结构，对于格架塔，混凝土柱帽当前是优选的选择，但进步正在不断研究和改进以提高设计和施工效率。
甚至在今天，伴随着约束和限制的成长和阻碍项目的进步，微型桩设计和施工技术持续演变，来适应这些不断增长的限制，在少数历史案例中，一些有趣的演变和解决办法将会被说明。
在输电行业，微型桩基础的当前的实践状态还在发展，有了这项技术，作为行业领导者获得了熟悉和舒适性。
不同基础的一体化
Kangley回波湖输电线路(500KV), 实现微型桩作为格子发射塔基础的第一次重大尝试之一是通过华盛顿州西雅图市东部的流域保护延伸的Kangley回波湖输电线路的一部分，在那个时候（15年以前），微型桩施工工艺和高效的环境敏感的做法仍在推进，并用在这个项目上微型桩构建只有一座塔。
天鹅泰伊联接纽带（138KV）这条138KV的线路连接了四坝池的电源机构在天鹅湖和泰伊水电，该线路的这57英里段，包括超过250个结构位置，每个结构位置具有超过350个基础，所有这些都是通过与钢桩帽微型桩基础支持的，这些结构由拉线式单轴结构、拉线和未拉线Y型结构、拉线H-结构、拉线3极结构和为主要水道口的拉线A-框架结构组成。横向结构荷载是通过磨损的基础微型桩和拉索支撑，图二是这些微型桩基础中的一个例子，这是这种规模的第一个微型桩输电线路基础工程，微型桩被选中是因为结构点的偏远和山区的特殊地形，这个工程师完全靠直升机支持的，从站点到站点遇到的另一个主要变量是地下状态，从锤击次数为3的淤泥到25，000磅每平方英寸的岩石不等，基于依赖于遇到的结构类型和地下条件的基础施工进度的方向可循，微型桩基础，是唯一可行的办法来完成现有的窄季节性窗口内这一项目。
米格尔使命输电线路(230KV)，用单轴自支撑结构的新230KV传输线的工程，提出了解决出现在138千伏和69千伏传输线上的当前和未来的过载问题。几个这些结构使用了微型桩基础，满足像访问约束、环境限制、和由社区提出的严格的噪音控制要求的各种限制条件的工程，在使用传统基础时不能够被有效的满足。微型桩基础（有钢帽和混凝土盖）是解决方式，图3和图4是两种这样的桩帽的图片。
Ebey Slough (230KV) 输电线重建的2.5英里的部分由用15根新的钢筋、单轴自支撑机构， 组成重建传输线的这个2.5英里的部分包括更换80高龄木杆的15个新钢、单轴、自支撑结构，支持着两个230KV的线路。这15个结构，基础施工10个结构可能只用微型桩，这10个结构都位于一个敏感的河口，有严格的环境限制，粉质、有机土工材料，在其表面上根本不能支持超过500的有效负荷，第一个50-75英尺里的这种材料的击数均每英尺约0到5的击数，这种材料的下方直接是致密粒状材料的轴承单元，因为这些罕见的地下条件，微型桩的长度范围从70到120英尺，特殊的运输工具，钻孔装备和施工工艺被用来适应这些独特的挑战。
高容量的沼泽越野车被组装并用于运输设备、材料和人员到达结构部位；独特的结构平台设计、组装、并放置；模块化钻机用一种可控制的、精确以及有效的方式，被定制来钻这些微型桩基础。该悬浮结构所需的每结构10至16个微桩，具有9至10英尺直径的混凝土帽，并在这部分中一个死胡同的端部结构需要36个微型桩，具有18英尺直径的混凝土帽，这个死胡同的基础被设计为支持15,000基普英尺的时刻，表现出不到三度的旋转。
蒂哈查皮可再生能源输电工程（500KV）这条线路被设计来运输500KV的单回路捆绑2156 kcmil（千圆密耳，电缆单位）“蓝鸟”导体。第一各14英里段1，此行的第2部分穿越洛杉矶国家森林，其中莫新的道路建设被允许的。因此，大多数的塔址是仅仅通过直升机是无障碍的，该部分的部分由60个格构式塔架，4个由现有的道路访问，并通过钻孔轴被支承的塔组成；其余56塔只乘直升机抵达，并通过微型桩基础来支撑。微型桩基础的桩帽是接受标准桩帽钻轴存根角度的钢筋混凝土，施工工艺是可以理解的限制，对施工进度产生重大影响是天气的影响，能工作的天数是由温度、湿度、风、以及它们对评估火灾危险的影响来控制的，通过这些新的微型桩技术，微型桩安装的效率是不被期待，的，并且，短的时间表将会保持，这些立足点由3到8个之间的微型桩组成，在径向阵列范围从3至4英尺的直径，在阵列的中心处，所有向上倾斜在10度。切线塔每个地基至少有3个微型桩，而死胡同塔每个地基多达8微型桩，这些立足点处的钢筋混凝土桩帽的直径范围从4.5到6.5英尺不等，并且，帽的高度为4到6英尺，图6是这个项目上的一个典型的微型桩悬挂塔基。
结论
在这个行业，
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资料编号：[147044]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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