沿海丘陵某500kV架空線路塔基淺層滑坡治理

黃明祥

（國網(wǎng)福建省電力有限公司建設(shè)分公司，福建 福州 350003）

500kV架空線路工程屬于區(qū)域性電網(wǎng)的主網(wǎng)架工程，其安全等級高，在丘陵地區(qū)的架空線路結(jié)構(gòu)工程需要面臨強(qiáng)臺風(fēng)、強(qiáng)降雨、降雪結(jié)冰、山體滑坡等自然災(zāi)害的考驗，防災(zāi)減災(zāi)是工程建設(shè)和運行過程中主要的技術(shù)難題之一[1-2]。

臺風(fēng)、冰災(zāi)是通過電力導(dǎo)線、鐵塔作用后將荷載傳到基礎(chǔ)的，其傳力過程有跡可循，可以通過線路及鐵塔設(shè)計時綜合考慮工況確定[3]；而強(qiáng)降雨、山體滑坡對架空輸電線路的影響等則是從地基土開始，通過引發(fā)鐵塔基礎(chǔ)變形而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的變形和受力，作用過程更隱蔽，引發(fā)的危害也更大。強(qiáng)臺風(fēng)、強(qiáng)降雨及其引發(fā)的滑坡是沿海丘陵地區(qū)架空線路結(jié)構(gòu)工程的主要災(zāi)害類型，而山體滑坡分為山體整體滑動和構(gòu)筑物臨近范圍內(nèi)的淺層滑動兩種類型，文章主要討論的是超高壓架空線路塔基影響范圍內(nèi)的淺層滑坡問題。

由于淺層滑坡災(zāi)害多發(fā)，國內(nèi)從業(yè)人員也開展了相關(guān)理論和技術(shù)的研究。王彥海等[4]采用ANSYS對某500kV輸電鐵塔受滑坡災(zāi)害影響的基礎(chǔ)變形進(jìn)行了研究，分析不同工況下輸電鐵塔的應(yīng)力變化，研究結(jié)果表明，輸電鐵塔轉(zhuǎn)角外側(cè)和順線路方向基礎(chǔ)周圍發(fā)生滑坡時對鐵塔的安全性影響較大。周凱敏等[5]通過室內(nèi)試驗對架空線路鐵塔基礎(chǔ)周邊淺層邊坡滑動（原文成為溜坡）的破壞形態(tài)和位移場進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降雨條件下，淺層邊坡滑動是一個雨水入滲、土體變形、基質(zhì)吸力降低、孔壓升高、土水相互作用的復(fù)雜過程。理論研究和工程實踐都證明了淺層邊坡的滑動是受強(qiáng)降雨直接影響的過程，工程的防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)從線路路徑選擇、塔位選擇、水土保持設(shè)計等環(huán)節(jié)就開始貫徹，而一旦發(fā)生淺層滑坡，就應(yīng)及時進(jìn)行治理，防止引發(fā)更為嚴(yán)重的災(zāi)害和事故。

1 沿海丘陵500kV架空線路塔基滑坡特點

架空線路的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物主要包含了鐵塔和基礎(chǔ)兩大類。通常情況下，工程所在地的氣象條件和工程地質(zhì)條件不同，典型構(gòu)筑物的形式也有所不同；但就500kV架空線路而言，一般都采用不等高腿的自立式角鋼塔，山區(qū)多采用掏挖或人工挖孔樁等原狀土基礎(chǔ)，在巖石覆蓋層較薄的區(qū)域還可能采用巖石錨桿基礎(chǔ)[6]。

1.1 丘陵地區(qū)500kV架空線路塔基特點

架空線路鐵塔塔位的選擇受到很多因素的制約，主要有路徑走向、沿線用地規(guī)劃、土地權(quán)屬、塔基位置的工程地質(zhì)條件等。由于需要跨區(qū)域送電，沿海丘陵地區(qū)的500kV架空線路的塔基多布設(shè)在植被覆蓋率大且坡度較陡的山體上。

丘陵地區(qū)典型500kV架空線路塔位如圖1所示。其特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）地形較陡；（2）鐵塔采用高低腿；（3）植被有林木或灌木；（4）基礎(chǔ)采用了人工挖孔樁基礎(chǔ)。

圖1 丘陵地區(qū)典型500kV架空線路塔位

1.2 典型淺層滑坡現(xiàn)象

福建省某500kV架空線路在臺風(fēng)強(qiáng)降雨時發(fā)生的淺層滑坡如圖2所示。通過研究分析，該類型的滑坡現(xiàn)象可以總結(jié)為以下幾點規(guī)律：（1）滑坡多發(fā)生于塔基的下邊坡；（2）滑坡為淺層滑坡，多見為表層一定深度的土體的均勻滑動，反映到破壞模式上，其滑動面可為直線型也可為圓弧形；（3）滑坡的坡頂線侵入鐵塔基礎(chǔ)的安全保護(hù)范圍；（4）淺層滑動的平面范圍呈沖溝狀，自上而下呈一長條形或梯形，從塔腿直至山體坡腳平緩處。

2 淺層滑坡產(chǎn)生機(jī)理及規(guī)律分析

該類型塔基邊坡發(fā)生淺層滑坡的主要過程：強(qiáng)降雨帶來了大量的雨水，一部分從工程的排水系統(tǒng)排至塔基影響范圍之外，另一部分則通過表層土逐步滲入山體內(nèi)，滲入的深度和降雨量、降雨周期息息相關(guān)，但整體而言與坡面呈平行狀。隨著雨水的滲入，表層土體含水量增加后會造成重度增加、土體的力學(xué)指標(biāo)降低。當(dāng)降雨停止、天氣轉(zhuǎn)晴后，土體的含水量又逐步減小并恢復(fù)，此時表層土的重度、力學(xué)指標(biāo)又逐步恢復(fù)至天然狀態(tài)。但是在雨水滲入量過大，使得表層土體的下滑力大于抗滑力時，容易造成表層土體的滑坡，滑動面常常呈折線狀或直線狀。

圖2 典型淺層滑坡

3 治理方案對比

滑坡的防治應(yīng)根據(jù)滑坡類型、規(guī)模、穩(wěn)定性，并結(jié)合滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件、構(gòu)筑物類型及分布情況、施工設(shè)備和施工季節(jié)等條件，選用截排水、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)錨固、擋土墻、注漿、減載壓腳及植物工程等多種措施綜合治理[7]。

由于500kV架空線路塔基的淺層滑坡治理多為滑坡后的治理，在選取治理方案時，應(yīng)以綜合現(xiàn)狀加固和遠(yuǎn)期二次預(yù)防為目的。在現(xiàn)有的治理措施中，抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索主要用于深層滑坡的治理；擋土墻、注漿、減載壓腳適用于邊坡高度較小但又較陡的工程。對應(yīng)架空線路的淺層滑動的治理，采用截排水、格構(gòu)錨固及植物工程綜合治理比較合適，這主要是由于淺層滑坡的大邊坡整體穩(wěn)定一般情況下都能滿足要求，減少強(qiáng)降雨期間的表層土滲水和表層土力學(xué)指標(biāo)降低后不發(fā)生滑坡才是治理的主要治理原則。

4 工程實例

2019年5月，福建省的強(qiáng)降雨使得多處500kV架空線路的塔基邊坡發(fā)生了淺層滑動，給輸電線路的安全運行帶來了隱患。文章以某500kV鐵塔的邊坡為例，詳細(xì)介紹穩(wěn)定分析和治理的方案。

4.1 工程概況

由于多日持續(xù)下雨，山坡土體已經(jīng)飽和，某500kV輸電線路#189塔塔位下邊坡C、D腿側(cè)擋土墻發(fā)生了滑塌。根據(jù)現(xiàn)場塔位下邊坡勘察結(jié)果，塔位處由上而下的地層分布詳情如圖3所示，不同地層地基土的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)工程設(shè)計資料，#189的塔型為直線塔，采用自立式角鋼塔，鐵塔正面根開約12.0m，四個腿均采用人工挖孔樁基礎(chǔ)。

圖3 塔基邊坡剖面

表1 代表性地層的土體物理力學(xué)參數(shù)

4.2 加固前穩(wěn)定性分析

由于該鐵塔為自立式角鋼塔，在不同的工況下，基礎(chǔ)可能以下壓為主，也可能以上拔力為主，同時直線塔的基礎(chǔ)荷載較小，故在邊坡穩(wěn)定分析時，不考慮鐵塔基礎(chǔ)荷載的影響。

加固前的穩(wěn)定分析包含自然工況下的穩(wěn)定分析和降雨工況下的穩(wěn)定分析。邊坡穩(wěn)定分析時，分別假設(shè)滑動面為圓弧滑動面和沿著土層分界面的折線滑動面，并采用簡化畢肖普法條分法進(jìn)行穩(wěn)定分析。

自然工況下圓弧滑動面條分法的穩(wěn)定分析結(jié)果如圖4所示。邊坡安全系數(shù)為Fst=1.286，即滿足永久邊坡安全等級三級（Fst≥1.25）的要求[8]。在發(fā)生淺層滑坡后，未發(fā)生滑動土體的物理力學(xué)指標(biāo)也發(fā)生了相應(yīng)的變化。飽和工況下圓弧滑動面的分析結(jié)果如圖5所示。該工況下邊坡的安全系數(shù)為Fst=0.895＜1.00，邊坡失穩(wěn)。

圖4 邊坡整體穩(wěn)定分析（自然工況）

圖5 邊坡整體穩(wěn)定分析（飽和工況）

4.3 加固后穩(wěn)定分析

為了提高邊坡的安全系數(shù)，采用錨桿的方式對滑動區(qū)的坡面進(jìn)行加固，具體方案：邊坡治理分二級，分別采用排距、列距都為3.0m的錨桿，錨桿直徑為32mm的HRB400鋼筋，錨長均為12.0m；有效錨固長度均為8.0m，錨固體直徑為120mm，錨固體與土層的黏結(jié)力為100kPa。錨桿抗拔穩(wěn)定安全系數(shù)按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）取值。

為減少后續(xù)降雨對坡面表層土體的影響，對塔基四周的截排水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，同時在全坡面噴播草籽以固住表層土。

采用錨桿加固后的穩(wěn)定分析結(jié)果如圖6所示。自然工況下的邊坡安全系數(shù)Fs=1.324，即可達(dá)到永久性邊坡二級（Fst≥1.30）的安全要求。

5 結(jié)束語

防災(zāi)減災(zāi)是工程投產(chǎn)后的主要問題之一，對沿海丘陵地區(qū)的架空線路工程而言，強(qiáng)臺風(fēng)、強(qiáng)降雨帶來的塔基邊坡淺層滑坡將是眾多問題中最為突出的一個。淺層滑坡不一定會影響邊坡的整體穩(wěn)定，但會影響鐵塔基礎(chǔ)的受力，需要進(jìn)行及時治理，綜合整治的方案可以以短錨桿加混凝土框架的結(jié)構(gòu)對表層地基土加固為主，同時輔以截排水系統(tǒng)和綠化工程的改造[9]。

圖6 面層加固后的坡整體穩(wěn)定分析（自然工況）