第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

高強(qiáng)冷彎型鋼的優(yōu)勢：

近年來，隨著我國鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，冷彎薄壁型鋼等經(jīng)濟(jì)型材發(fā)展很快，與傳統(tǒng)軋制型材相比，冷彎薄壁型鋼具有斷面材料分布合理、回轉(zhuǎn)半徑大、抗彎和抗扭性能好等特點。它不是像熱軋型鋼以增加材料面積來提高其承載力，而是通過變化型鋼斷面形狀達(dá)到提高承載力和節(jié)約鋼材的目的。

1、經(jīng)濟(jì)的截面特性。鐵塔中腹桿的工作狀態(tài)大多是大長細(xì)比的壓桿失穩(wěn)，采用角鋼等型材，截面特性無明顯優(yōu)勢，且可選擇的規(guī)格有限。冷彎型鋼可根據(jù)構(gòu)件受力特點選擇合適截面形式，充分發(fā)揮其截面界面特性，使其更經(jīng)濟(jì)合理。

2、隨意的產(chǎn)品規(guī)格。一座10噸重的常規(guī)鐵塔，要用到不同規(guī)格的角鋼多達(dá)25種，要保證同時采購到規(guī)格品種如此眾多、批量不大的型材難度可想而知。因此，鐵塔加工經(jīng)常出現(xiàn)塔材規(guī)格以大替小的代料，在鐵塔加工企業(yè)中因塔材代料造成5%的浪費是很正常的，多的可達(dá)10%。而冷彎薄壁型鋼的生產(chǎn)設(shè)備簡單，一套冷軋機(jī)可生產(chǎn)多種規(guī)格的型鋼，生產(chǎn)的批量、規(guī)格不受限制，這就為鐵塔用材的供貨來源提供了有力的保障。

3、可變的產(chǎn)品定尺。一座10噸重的鐵塔通常由近2000根構(gòu)件組成，鐵塔各構(gòu)件的長短不一。當(dāng)前熱軋型鋼都是定尺產(chǎn)品，因此使用熱軋型鋼進(jìn)行塔材下料時，經(jīng)常出現(xiàn)材料余頭，這種由于材料定尺造成的材料損耗多達(dá)5%。而冷彎鋼產(chǎn)品可按用戶需要提供各種尺寸的型鋼，成材率高(達(dá)99%)，下腳余料少，可有效減少鐵塔加工中的材料損耗。

4、多樣的形狀。冷彎薄壁型鋼截面形狀的多樣性，可以避免采用90度角鋼只能將鐵塔設(shè)計成方形或矩形以及塔身變坡引起連接構(gòu)件不共面的弊病，它為設(shè)計者設(shè)計新型、合理鐵塔開創(chuàng)了靈活條件。如可建立三立柱鐵塔，鐵塔腹桿體系也可進(jìn)行優(yōu)化，可設(shè)計出更合理的鐵塔腹桿布置，這為設(shè)計各種新型鐵塔體系，進(jìn)一步減輕鐵塔重量、節(jié)約材料、減少構(gòu)件數(shù)開創(chuàng)了新途徑。

5、高強(qiáng)度的型材。對于鐵塔采用的高強(qiáng)度材料型鋼，若采用冷彎型鋼產(chǎn)品，可有效避免熱軋型鋼供貨批量限制和軋制工藝?yán)щy等缺陷。

6、防腐問題。由于輸電線路長期在野外運行，為保證鐵塔安全，輸電鐵塔通常采用熱鍍鋅防腐。冷彎薄壁型鋼由于截面形狀多變、型鋼壁薄不太適宜熱鍍鋅。目前，一些先進(jìn)的防腐技術(shù)和工藝在不斷地出現(xiàn)，如采用耐候材料和新鍍層工藝，為冷彎薄璧型鋼的防腐提供了良好的解決措施。

高強(qiáng)耐候鋼的生產(chǎn)工藝已經(jīng)日趨成熟，已廣泛用于鐵路系統(tǒng)。在輸電鐵塔上采用高強(qiáng)耐候冷彎型鋼材料，與制造鐵塔的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比，雖材質(zhì)的一次性投資略高，但由于去掉了防腐工序，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著，經(jīng)粗步測算，每噸成本可下降20%左右。

在上世紀(jì)80年代末期，有關(guān)科研單位就開始著手冷彎薄壁型鋼用于輸電鐵塔的可行性 研究 ，但由于當(dāng)時冷彎型鋼的價格較高和技術(shù)手段不夠完善，加上早期的鐵塔規(guī)模都較小，已有的熱軋型鋼完全就可滿足使用要求，項目未能立項。近年來。隨著我國鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，冷彎薄壁型鋼等經(jīng)濟(jì)型材發(fā)展很快，這些經(jīng)濟(jì)型材用量在逐年增加，加工成本在降低，加上其自身截面的優(yōu)良性能，經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。這為冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔上的應(yīng)用提供了可能性。

使用冷彎薄壁型鋼可有效地節(jié)約資源和能源。在輸電鐵塔上推廣使用高強(qiáng)耐候冷彎型鋼，不僅可減少鐵塔耗鋼，還能降低加工成本，避免環(huán)境污染。是一項有顯著經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保意義的工作，所以應(yīng)及時開展高強(qiáng)冷彎型鋼，尤其是高強(qiáng)耐候冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔上的應(yīng)用 研究 。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

某發(fā)電廠二期220kV高壓輸電線路全長11.3公里，線路共設(shè)鐵塔36基，其中大轉(zhuǎn)角鐵塔6基，小轉(zhuǎn)角塔6基，直線塔24基；每基鐵塔共4根灌注樁。根據(jù)巖土工程勘查資料顯示，該線路沿線為荒地和耕地，地貌單一，屬黃河三角洲沖積平原，標(biāo)準(zhǔn)凍土深度為0.64m；該場地抗震設(shè)防烈度為7度，存在新近堆積軟弱土，擬建鐵塔基礎(chǔ)位于常年地下水位以下,地下水對混凝土具有弱腐蝕性，對鋼筋具有強(qiáng)腐蝕性。場地等級為二級中等復(fù)雜場地，巖土種類較多，且不均勻，性質(zhì)變化較大，地基等級為二級。根據(jù)上述工程地質(zhì)資料，通過大量的計算及經(jīng)濟(jì)比較，采用擠擴(kuò)灌注樁代替普通混凝土灌注樁。本工程共節(jié)省混凝土271.1m3、鋼筋24.6t，其中6基大轉(zhuǎn)角(終端塔)鐵塔基礎(chǔ)節(jié)省混凝土174.6m3、節(jié)省鋼筋7.8t；6基小轉(zhuǎn)角鐵塔基礎(chǔ)節(jié)省混凝土22.1m3、節(jié)省鋼筋3.4t；24基直線鐵塔基礎(chǔ)節(jié)省混凝土74.4m3、節(jié)省鋼筋13.4t；同時也大大降低了人工及材料運輸費用，加快了施工進(jìn)度，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1、鐵塔基礎(chǔ)的特點

鐵塔基礎(chǔ)主要以上拔力為主(一般滿足上拔力，下壓力均能滿足要求)，由于高壓送電線路一般位于荒地郊外，交通不便，加之該地區(qū)地下水位較高、工程地質(zhì)條件較差、工期緊等因素，采用獨立基礎(chǔ)難以滿足要求，而灌注樁具有技術(shù)成熟、施工速度快、施工方便等特點，因此被廣泛采用。

2、鐵塔基礎(chǔ)的選型與設(shè)計

針對鐵塔基礎(chǔ)以上拔為主的特點，結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)情況及施工技術(shù)條件，對鐵塔基礎(chǔ)的選型進(jìn)行大膽的探索與嘗試。而擠擴(kuò)灌注樁具有良好的承壓、抗水平、抗沖剪和抗拔能力,通過試算 分析 比較擠，擴(kuò)灌注樁比普通灌注樁平均節(jié)約30％的混凝土量(其中SJ3-24(9#)塔基礎(chǔ)充分利用最下面承力盤的端阻力，僅一個承力盤就能承擔(dān)上拔力515kPa，節(jié)約混凝土量高達(dá)70％、節(jié)約鋼材約1.3t)，從而縮短了施工工期、大大地降低了工程投資。故本工程鐵塔基礎(chǔ)均采用擠擴(kuò)灌注樁基。另外，擠擴(kuò)灌注樁克服了以往一些樁型的缺點，可以說是直孔樁的改進(jìn)，主要有以下特點：

1）特點

（1）施工工藝簡單、速度快、無振動和噪音、機(jī)械化程度高；

（2）多支盤成型設(shè)備方便靈活，操作簡單，故可與大多數(shù)成孔機(jī)械配合使用；

（3）擠擴(kuò)灌注樁具有設(shè)計靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點。

擠擴(kuò)灌注樁可在多種土層中成樁，不受地下水位的限制，并可以根據(jù)承載力的需要采取增設(shè)分支或承力盤數(shù)量來提高單樁承載力。由于樁身承力盤或支盤是通過液壓弓臂擠擴(kuò)土層形成的，擠擴(kuò)過程相當(dāng)于靜力觸探，施工過程同時也是對土層承載力的一種檢驗，因此施工時能大概了解到單樁承載力的大小，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與設(shè)計承載力有差別時，可通過支改盤或增設(shè)分支來確保單樁承載力，這是普通灌注樁無法實施的。

2）擠擴(kuò)灌注樁設(shè)計應(yīng)注意的問題

擠擴(kuò)灌注樁設(shè)計應(yīng)注意的問題：在進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)的設(shè)計前，應(yīng)要求巖土工程勘察部門提供下列勘察資料：

（1） 分析 塔位成孔和成樁的可能性、擠土效應(yīng)的影響，并提出保護(hù)措施建議；

（2）提供靜力觸探試驗曲線或標(biāo)準(zhǔn)慣入試驗測得的錘擊數(shù)N沿深度的變化曲線；

（3）提供塔位柱狀圖及樁周各土層側(cè)阻力和端阻力特征值，并通提供設(shè)置承力盤層位的建議。

3）擠擴(kuò)灌注樁的分支與承力盤設(shè)置

擠擴(kuò)灌注樁的分支與承力盤不得設(shè)置在下列土層中：

（1）淤泥及淤泥質(zhì)土層；

（2）液化土層；

（3）淺巖地層、地表下軟土較淺無法擠擴(kuò)成盤的土層；

（4）受大氣影響深度內(nèi)的膨脹土層；

（5）濕陷性黃土層等。

3、擠擴(kuò)灌注樁的分支與承力盤豎向設(shè)計要求：端承力盤應(yīng)設(shè)置在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、壓縮性較小、承載力較高、層厚較大的土層，承力盤底進(jìn)入持力層的深度不宜小于0.5h～h(h為承力盤高度)，承力盤豎向的合理間距是擠擴(kuò)多支盤樁設(shè)計計算的重要內(nèi)容，對于東營地區(qū)的粉土和粘性土，對鐵塔基礎(chǔ)建議支盤間距不宜小于5d(d為樁徑)，支盤距設(shè)計地坪也不宜小于4d(d為樁徑)，距樁底不宜小于600mm。擠擴(kuò)灌注樁的其他要求應(yīng)滿足現(xiàn)行《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》、山東省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《擠擴(kuò)灌注樁技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

借鑒國外經(jīng)驗，國內(nèi)在5OOkV雙回路鐵塔和同塔四回鐵塔中也已使用鋼管型材，體現(xiàn)出了其良好性能和效益。其優(yōu)點表現(xiàn)在:一是可以減小塔身風(fēng)壓(構(gòu)件體形系數(shù)，圓管比角鋼幾乎小一倍)；二是在截面面積相等的情況下，圓管的回轉(zhuǎn)半徑比角鋼大20%左右;三是提高了結(jié)構(gòu)承載能力，一般來講，鋼管塔比角鋼塔用量降低10%-20%;同時還可減少桿件數(shù)量，縮短建塔周期，易于結(jié)構(gòu)多樣化。但鋼管的使用也存在鋼管型材規(guī)格品種有限、外面質(zhì)量不好、價格高等缺點，同時鋼管間連接的節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，加工生產(chǎn)效率低。

冷彎薄壁型鋼的使用。冷彎薄壁型鋼的使用在國外已有幾十年的歷史。據(jù)了解，在輸電鐵塔中已應(yīng)用冷彎薄壁型鋼的國家有意大利、美國、加拿大、英國、原蘇聯(lián)、墨西哥等。據(jù)國外資料統(tǒng)計，采用冷彎薄壁型鋼比傳統(tǒng)熱軋角鋼可節(jié)省鋼材10%-18%。美國《輸電鐵塔設(shè)計導(dǎo)則》中有針對等肢卷邊角鋼和除角鋼外其他型鋼的承載力計算的描述，這說明美國土木工程師協(xié)會早已注意到冷彎型鋼的構(gòu)件在鐵塔上的應(yīng)用。但在國內(nèi)，冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔中的使用仍是空白。

隨著桿塔結(jié)構(gòu)的大型化發(fā)展，組成鐵塔的型材規(guī)格也越來越大，使得目前常用的低強(qiáng)度熱軋型鋼已難以滿足使用要求，且熱軋型鋼規(guī)格有限，貨源不充足。雖然通過采用組合截面和節(jié)點特殊處理可部分彌補(bǔ)型材的不足，但使得設(shè)計、加工的工作量和投資增大了許多，也使荷載傳遞方式復(fù)雜化，增加了不安全隱患。因此，在我國探求一種適合輸電鐵塔的新型鋼形式已顯得十分必要。

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