山区输电线路基础水平位移对铁塔和基础设计的影响

鞠珂

中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司 贵州贵阳 550081

摘要：输电线路铁塔出现变形现象的原因众多，大多是由于地质灾害或不良地质作用引起的，由基础施工质量问题造成的较少。文章以某山区输电线路铁塔变形为实例，通过踏勘调查、钻探，定量及定性对场地边坡稳定性进行分析评价，并通过钻芯法对铁塔基础进行了桩身完整性的检测，最终查明铁塔变形的主要原因是由桩基质量问题造成，并在设计、施工、检测等工作方面提出了一些改进措施。

关键词：山区输电线路；基础水平位移；铁塔基础设计的影响

引言

山区输电线路塔位的地形特点是坡度大( 局部可达 45° 以上 )、地质条件好 ( 上部覆盖层较薄，下部一般为强风化、中风化基岩 )、环境敏感 ( 施工不当易引发次生地质灾害且恢复困难 )，综合考虑安全、经济和环保、水保等因素，设计主要采用的基础型式是挖孔桩基础。目前，大量研究主要集中在基础变形对铁塔受力特性的影响，以及基础变形对基础施工工艺和设计方法的影响 等领域，缺乏系统性地研究基础变形对铁塔和基础设计的综合影响。规范对基础的桩顶和地面处水平位移给出了一般性要求，并提供了地基比例系数 m 值的推荐取值范围，但是缺少针对山区输电线路基础特点的取值建议和处理措施。本文结合某特高压直流线路工程的典型悬垂塔和耐张塔，基于数值分析研究了基础桩顶水平位移对上部铁塔结构受力的影响，综合分析了挖孔桩基础顶部和地面处水平位移限值对基础设计的影响，推荐了山区输电线路挖孔桩基础顶部和地面处的水平位移限值。

1预制基础技术介绍

输电电网多采用架空线路，架空线路需要用到直线塔，直线塔一般用来承受导线的重力，即垂直荷载。直线塔在安装固定过程中通常采用现浇钢筋混凝土固定。现浇钢筋混凝土基础施工工序复杂、耗能高、生产效率低、劳动力用量大，且对周边环境破坏较为严重。而预制基础技术的出现解决了上述问题。预制基础具有有利于确保施工质量、安装工艺简单、便于运行维护、经济性好等优点。预制构件早期强度高，抗水性和抗冻性好，避免了现浇钢筋混凝土对周围环境的破坏，尤其适用于工期紧张、紧急抢修工程和冬季寒冷季节施工工程。目前，输电基础设施预制基础在国内外开发、研究较为广泛，但大范围推广应用较少。

2地面处水平位移对基础设计的影响

2.1桩顶位移对耐张塔受力影响

输电线路基础受较大的水平力作用，桩基础在地面处的水平位移是影响基础设计的一个非常重要的因素。挖孔桩基础设计需确定基础地面处位移限值及对应的比例系数 m 值，以便在满足规程规范前提下达到基础设计的最优化，控制基础综合造价。JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》、JTG 3363—2019《公路桥涵地基与基础设计规范》 等现行规范对基础在地面处的水平位移都有一般性的规定，但是缺乏针对山区基础设计的推荐取值。

2.2弃土沉降开裂

施工弃土弃渣堆积于各塔腿基础下坡侧，形成一定厚度的渣坡，调查发现基础边缘与弃土间土体开裂，开裂位置为基础下坡侧，一般沿基础呈圆弧形，距离基础边缘 30 ～ 80 cm，长度约 3.0 ～ 5.5 m，张开度约 25 ～ 30 cm，下沉约 10 ～ 20 cm，深度最大可测约 1.3 m。

2.3斜坡变形情况

塔位所处边坡塔位坡上侧距中心约 30 m处 有 一 长 度 约 8.5 m 的 拉 张 裂 缝， 其 张 开 度1 ～ 2 cm，半充填，基本无错动，平行于等高线方向。在塔位下坡侧 55 m 外公路内侧堡坎有局部鼓胀变形，但边坡未见明显的滑塌或开裂，局部挡墙内有少量渗水。在塔位 A 腿北东方向约45 m 处坡面有一小型的滑坡，宽度约 30 m，长度约 40 m，滑体厚度 1 ～ 2 m，为浅层的土体溜滑。

3塔位场地稳定性分析评价

3.1定性分析

通过现场踏勘调查分析，发现区域内雨季诱发的滑坡体多发生在槽谷、裸露的人工切坡处，且为地下水或地表水发育、覆盖层厚度大的地段 ；而该塔所处边坡相对地势较高，并未处于槽坡内，地表及两侧未见明显地表水流，亦非地表水易汇集的区域 ；同时，通过现场大量的踏勘调查，发现塔位所处的坡体未发现明显的变形迹象 ( 如开裂、滑塌 )，坡体上侧公路、下侧公路未发现明显开裂、错断等变形，在塔位坡上侧的小裂缝规模很小，张开度有限，仅为表层土体的局部蠕变，铁塔基础周边的裂缝为人工弃渣局部张开、沉降，形成不连续裂缝。坡脚公路堡坎的局部变形主要是由于堡坎质量差，受到降雨后，墙后土体饱水，重度增大产生的挤压变形所致。在塔位左侧 45 m 外的凹槽形坡面泥石流为浅表层 1 ～ 2 m 的土体溜滑，深度有限，未形成高陡临空面，其对塔位处整体边坡的稳定未造成直接影响，结合前述坡面特征，该塔位所在边坡整体较稳定。

3.2定量计算

根据前述，目前坡体基本稳定，未发生滑动，仅局部有轻微蠕动变形。根据现行边坡及滑坡勘察规范，采用刚体极限平衡法、滑动面采用圆弧形滑动面进行边坡稳定性计算。根据现场勘查情况，线路走向与坡面方向基本一致，因此计算剖面按线路顺坡向的方向。工程区所在区域的地震动峰值加速度为0.15g，对应抗震设防烈度为 7 度，在进行边坡稳定性计算时，须考虑地震的影响，故选择以下三种工况进行计算 ：工况一 ：天然工况 ( 自重 )工况二 ：暴雨工况 ( 自重 + 暴雨 )工况三 ：地震工况 ( 自重 + 地震 )其中，工况一和工况三的土层计算参数采用天然重度、天然内摩擦角和天然粘聚力 ；工况二土层计算参数采用饱和重度、饱和内摩擦角和饱和粘聚力，工况一、工况二和工况三的抗滑安全系数分别取 1.30、1.15 和 1.15。

3.3雨水多，雨量大

塔位所在边坡整体稳定，路径及塔位场地选择是合理的 ； 根据气象资料，今年雨季以来，塔位所在区域 6 ～ 7 月份降雨量是多年平均水平的1.63 倍，8 月以来降雨天数高达 75.3%，具有明显的连续、集中、持续降雨特征，对地质灾害发育及各种坡面变形提供了诱发条件 ； 近期的连续降雨对塔基所在场地浅表层，特别是塔基下坡侧大量堆砌的施工弃渣的稳定性产生不利影响，有向下缓慢蠕动的趋势，这是桩腿下坡侧弃土开裂沉降的主要原因 ；现场地表轻微变形并不足以对塔基基础及塔身结构产生如此剧烈的变形影响，不排除桩基础砼质量与上部结构的关联影响问题 ； 塔基基础混凝土质量差。施工时可能发生了断桩，或者在上部荷载和土的共同作用下，桩体发生了弯折，这是导致塔腿基础发生变形的直接原因。

3.4坡度大，材料不合格

由于基础部分属于隐蔽工程，出现质量问题不宜被发现，钻孔抽芯检测是最为直观和直接的手段。对铁塔变形的分析，应从多方面进行，比如施工、设计或材料、安装等等，要具体问题具体分析，本文塔位出现变形的原因就是基础施工质量问题。对不易确定变形原因的，可采用排除法对可能出现的变形原因进行一一排除。对陡峻山区的输电线路而言，设计上应充分考虑地形、施工等因素对场地及基础稳定的影响。对地质条件较脆弱的塔位，设计可采取连梁基础增强基础整体稳定，施工时还应特别注意弃土的合理堆放，避免因弃土沉降滑移，造成边坡失稳，影响基础稳定。

结语

综上所述，本文通过对变压器室常规通风降温方法缺陷分析，提出变压器室通风降温优化方案。在此基础上，结合越溪 500 kV 户内变电站实际工程，分别对变压器室常规通风降温方案和利用置换通风原理优化后的通风降温方案进行 CFD模拟仿真分析，研究结果表明 ：通过调整变压器室通风设备的送排风方式及参数，能有效提高通风换热效率的同时降低通风量及通风系统运行能耗。

参考文献

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