山西采動(dòng)影響區(qū)輸電線路塔基區(qū)水土流失特點(diǎn)及防治措施

劉繼武，韓 愷，閆煒煬

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山西太原030021）

0 引言

能源是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展及經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的重要基礎(chǔ)，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的更好更充分利用，是山西電網(wǎng)建設(shè)中需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。要想把山西的電力輸送到全國(guó)各地，就必須建立龐大的輸電線路體系。而山西由于煤礦開(kāi)采而形成的采動(dòng)影響區(qū)已達(dá)到2萬(wàn)km2，約占山西國(guó)土面積的1/8[1]。隨著電力建設(shè)的快速發(fā)展，省內(nèi)輸電線路不可避免地要經(jīng)過(guò)采動(dòng)影響區(qū)。目前輸電線路在途經(jīng)采動(dòng)影響區(qū)時(shí)，主要采取的防止不均勻沉降措施為基礎(chǔ)采用防護(hù)大板基礎(chǔ)和板式直柱基礎(chǔ)[2]，防護(hù)大板基礎(chǔ)需要整體大開(kāi)挖，嚴(yán)重破壞了原自然地面，勢(shì)必引起大量的水土流失，讓原本脆弱的生態(tài)環(huán)境雪上加霜，只有全面了解山西省輸變電線路途經(jīng)采動(dòng)影響區(qū)的水土流失特點(diǎn)并采取相應(yīng)的防治措施，才能保障山西電網(wǎng)的綠色發(fā)展。

1 輸電線路基礎(chǔ)施工對(duì)水土保持的影響

1.1 鐵塔基礎(chǔ)施工對(duì)水土保持的影響

采動(dòng)影響區(qū)輸電桿塔的基礎(chǔ)形式主要為由板式直柱基礎(chǔ)和防護(hù)大板基礎(chǔ)組成的大開(kāi)挖基礎(chǔ)形式（如圖1所示）。山西省地處高原地帶，山區(qū)和丘陵面積較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)境內(nèi)山丘及溝壑區(qū)域地面坡度多數(shù)在20°以上，溝壑密度大[3]，在山區(qū)整體開(kāi)挖將產(chǎn)生較大的基面土石方量，同時(shí)基坑開(kāi)挖亦會(huì)產(chǎn)生大量的土石方，隨著電壓等級(jí)的提高，鐵塔根開(kāi)和基礎(chǔ)尺寸將數(shù)量級(jí)地增大，土石方也會(huì)隨之增加。大量松散的土壤或巖石如果不及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，則會(huì)造成水土的嚴(yán)重流失，如果保護(hù)處理措施不當(dāng)，甚至?xí)斐伤恋耐耆魇?。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中所進(jìn)行的爆破等操作會(huì)破壞地層的結(jié)構(gòu)，使地層結(jié)構(gòu)更加松動(dòng)，甚至?xí)斐伤莸雀鼑?yán)重的危害。

圖1 采動(dòng)影響區(qū)基礎(chǔ)形式（mm）

1.2 鐵塔基礎(chǔ)施工工藝對(duì)水土保持的影響

采動(dòng)影響區(qū)桿塔基礎(chǔ)均為大開(kāi)挖基礎(chǔ)形式，對(duì)于交通運(yùn)輸條件較好的平丘地段，基礎(chǔ)施工均采用機(jī)械化施工，大型機(jī)械設(shè)備在基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)，需要較大的場(chǎng)地和空間，將對(duì)周圍地表產(chǎn)生不同程度的碾壓和破壞，造成一定的水土流失。

位于山區(qū)地段的桿塔基礎(chǔ)，由于機(jī)械無(wú)法到達(dá)桿塔施工現(xiàn)場(chǎng)，一般采用人工開(kāi)挖。由于防護(hù)大板基礎(chǔ)基坑較大，為保證施工人員安全，均采取放坡措施，減少基坑邊坡坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致開(kāi)挖方量增大，進(jìn)一步造成水土流失。塔基位于巖石地段時(shí)，人工無(wú)法開(kāi)挖，需爆破巖石，爆破會(huì)破壞基坑周邊原狀土體，進(jìn)一步造成生態(tài)環(huán)境的惡化。

對(duì)于每個(gè)工程，由于電壓等級(jí)以及所處地形地貌的不同，基坑的開(kāi)挖量也有所差別。但是110 kV及以上電壓等級(jí)每基的土方量都在300 m3以上，易造成嚴(yán)重水土流失。基坑開(kāi)挖的土方是需要處理的，山區(qū)很難保證挖方和填方的土石方平衡，不能平衡的，或堆棄或另作他用。

2 采動(dòng)影響區(qū)水土流失特點(diǎn)分析

2.1 水土流失特點(diǎn)

線路鐵塔荷載大，基礎(chǔ)作用力大，安全等級(jí)高，侵蝕方式是面蝕。在輸電線路施工過(guò)程中因產(chǎn)生水土流失程度不同，土壤侵蝕形式各異，單個(gè)鐵塔侵蝕面積較小但治理強(qiáng)度較大，土地恢復(fù)困難。采動(dòng)影響區(qū)水土流失的特點(diǎn)表現(xiàn)如下。

a）塔基范圍內(nèi)整體大面積開(kāi)挖，使地表層土壤直接裸露，同時(shí)施工基面范圍內(nèi)的林木均需砍伐，對(duì)原有土壤結(jié)構(gòu)及地形地貌產(chǎn)生了嚴(yán)重破壞。

b）在建設(shè)期間較大基坑的開(kāi)挖，改變了開(kāi)挖面坡度，使原有邊坡穩(wěn)定性變差，極易造成嚴(yán)重的水蝕和重力侵蝕；為了保證邊坡穩(wěn)定，在塔基周圍需修建護(hù)坡、排水溝等，同樣在一定程度上破壞了地表結(jié)構(gòu)。

c）在輸變電工程建成后，桿塔仍存在傾斜的可能；當(dāng)桿塔發(fā)生傾斜需糾偏時(shí)，需要大型機(jī)械吊裝鐵塔，為此修筑的施工基面、護(hù)坡、排水溝等措施，將對(duì)立塔完成后恢復(fù)地面重新造成破壞，加劇了對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的損傷。

2.2 影響因素分析

采動(dòng)影響區(qū)鐵塔基礎(chǔ)施工較常規(guī)線路突出的特征是基礎(chǔ)基坑為一個(gè)整體大基坑，開(kāi)挖時(shí)原狀土破壞嚴(yán)重，產(chǎn)生的余土較多。以220 kV雙回線路工程常用的2E2-SZC2和2E2-SJC2塔型為例，對(duì)原狀土基礎(chǔ)、板式直柱基礎(chǔ)和板式直柱基礎(chǔ)+防護(hù)大板基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算分析，基坑土石方量如表1所示。

由表1可知，防護(hù)大板基礎(chǔ)基坑土石方量較常規(guī)基礎(chǔ)至少增加2.5倍；若考慮基面土石方，防護(hù)大板的基礎(chǔ)土石方量將更大，水土流失將更嚴(yán)重。故造成采動(dòng)影響區(qū)水土流失的最主要原因是基坑土石方量較大。

表1 基坑土石方量表

3 防治措施

3.1 工程設(shè)計(jì)措施

a）針對(duì)采動(dòng)影響區(qū)基坑土石方量較大的問(wèn)題，可針對(duì)防護(hù)大板進(jìn)行改進(jìn)。中空大板基礎(chǔ)是一種優(yōu)勢(shì)明顯的基礎(chǔ)形式，即防護(hù)大板中間有孔洞；該形式基礎(chǔ)材料量較常規(guī)防護(hù)大板基礎(chǔ)少，可將部分余土合理利用，回填至中空孔洞內(nèi)，從而減少水土的流失。

b）防護(hù)大板施工時(shí)，在保證大板基礎(chǔ)盡量位于原狀土的前提下，采用挖高補(bǔ)低的方式（如圖2所示），可以大大減少基面土石方和基坑土石方的開(kāi)挖，減少對(duì)原地表土壤的破壞，保護(hù)植被完整性。

圖2 挖高補(bǔ)低施工措施

c）坡面防護(hù)工程包括攔渣工程和護(hù)坡工程。在基礎(chǔ)臨空面或降基形成的高陡邊坡，以及在塔基下堆放棄渣或本身土體穩(wěn)定性較差而形成的不穩(wěn)定邊坡，應(yīng)在坡腳設(shè)計(jì)擋土墻以攔擋土體。

d）當(dāng)塔基位于斜坡面時(shí)，為防止雨水在塔基周圍匯集，應(yīng)沿桿塔設(shè)置環(huán)狀排水溝，使水流有序流入自然溝道。在地勢(shì)較陡的地段，為減少?gòu)搅鲗?duì)自然溝道的沖刷，在排水口與自然溝道銜接處，采用漿砌石進(jìn)行防護(hù)或設(shè)置消力池，從而減少水流對(duì)自然溝道的沖刷[4]。

e）填溝式棄土石場(chǎng)在下游末端宜修建擋渣墻，并根據(jù)上游匯水情況適當(dāng)布設(shè)排水措施。進(jìn)行土地整治，充分利用施工產(chǎn)生的表土，將其覆蓋于表層，而后進(jìn)行植被建設(shè)工程。在土體表面鋪設(shè)三維植被網(wǎng)，然后種草；或直接種草、灌木。

3.2 施工措施

在施工過(guò)程中，除施工必須有保護(hù)措施外，應(yīng)盡量減小對(duì)塔基周圍植被的碾壓和破壞。塔基開(kāi)挖時(shí)，表層棄土用編織袋分裝，堆置于臨時(shí)場(chǎng)地周圍，以便用于基坑回填。臨時(shí)堆土需用填土草袋進(jìn)行四周攔擋，表層用塑料布或防塵網(wǎng)等覆蓋，防止水土流失及粉塵危害[5-6]。

3.3 植物措施

根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件及土質(zhì)情況，因地制宜地選擇適宜草籽類型對(duì)破壞土體進(jìn)行植被恢復(fù)，且草籽播撒應(yīng)盡量選擇雨水較充沛的時(shí)間[7]。對(duì)于塔基施工臨時(shí)占地范圍，如需栽植樹(shù)木，以矮灌木為主，或采用灌草混交方式。

3.4 工程實(shí)例

以山西省的壽陽(yáng)明泰電廠、西上莊電廠點(diǎn)對(duì)網(wǎng)500 kV送出工程為例，介紹防治措施。該線路沿線途徑壽陽(yáng)縣、陽(yáng)泉市郊區(qū)，全線100%山地，本工程全線共計(jì)220基鐵塔，196基鐵塔位于煤炭采空區(qū)，需采用板式直柱基礎(chǔ)＋復(fù)合防護(hù)大板基礎(chǔ)方案，以防止地基不均勻沉降。

本工程海拔為840～1 350 m，起伏較大，全線鐵塔平均降基2.8 m。若采用常規(guī)設(shè)計(jì)方案，全線基面土石方量約140 835 m3（640.2 m3/基），對(duì)塔基周圍水土破壞十分嚴(yán)重。為了降低基面土石方量，本工程采用挖高補(bǔ)低的方式，同時(shí)結(jié)合塊石砂漿擋墻，保證塔基周圍土體的穩(wěn)定性。常規(guī)方案與挖高補(bǔ)低方案基面土石方量如表2所示。

表2 常規(guī)方案與挖高補(bǔ)低方案基面土石方量對(duì)比表

由表2可知，線路途經(jīng)采空區(qū)時(shí)，采用挖高補(bǔ)低方案，平均每基塔土石方量較常規(guī)方案減少約100 m3，節(jié)省費(fèi)用約2萬(wàn)元，對(duì)減少基面土石方量具有明顯的效果，較大地降低了塔基施工對(duì)水土的破壞，且節(jié)省了工程造價(jià)。

此外，該工程采用的其他水土保持措施有設(shè)置排水溝2.8 km，表土回覆14 100 m3，復(fù)耕5.24 hm2等；根據(jù)氣候條件及地勢(shì)情況，在開(kāi)挖的非農(nóng)田地，本工程采用的樹(shù)種主要為油松和紫穗槐，選用的草籽類型為野牛草，在塔基區(qū)、棄土堆放處等，共栽植苗木2.97萬(wàn)株，播撒草籽9 hm2。

同時(shí)，對(duì)于土質(zhì)松軟且易滑坡地區(qū)，本工程采用主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)措施對(duì)土體或塊石進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了環(huán)境保護(hù)，避免了水土流失。

4 結(jié)論與建議

a）采動(dòng)影響區(qū)輸電線路塔基區(qū)水土流失的主要原因是基面土石方和基坑土石方開(kāi)挖較大，嚴(yán)重破壞原地表土壤；同時(shí)余土隨意堆放，也會(huì)加劇水土流失。

b）采動(dòng)影響區(qū)桿塔傾斜后糾偏將會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次破壞。

c）優(yōu)先采用中空防護(hù)大板是減少采動(dòng)影響區(qū)開(kāi)挖土石方量的有效措施。

d）施工過(guò)程中，采用挖高補(bǔ)低、合理規(guī)劃棄土等措施，可有效減少水土流失。

e）輸電線路途經(jīng)采動(dòng)影響區(qū)造成的水土流失是一個(gè)非常突出的問(wèn)題，需針對(duì)采動(dòng)影響區(qū)的特征做更深入的研究，采取更有效的措施，真正實(shí)現(xiàn)山西電網(wǎng)的綠色、可持續(xù)發(fā)展。