架空輸電線路排水溝的設(shè)計(jì)與施工方法*

吳樹濤 余根祥 方煌盛 陳文興 陳孝湘

(1.國網(wǎng)福建省電力有限公司寧德供電公司，福建 寧德 352000;2.中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350003)

0 引言

隨著福建省電力事業(yè)的快速發(fā)展，架空輸電線路工程建設(shè)越來越多。由于福建省山地、丘陵眾多，環(huán)境條件復(fù)雜，加上臺風(fēng)和暴雨的影響，各類地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，給架空輸電線路的運(yùn)行帶來安全隱患。

通過對福建省內(nèi)山地、丘陵地區(qū)塔位的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害受塔位的不合理排水影響較大，其中坡面地表徑流及地表水下滲是引發(fā)塔位滑坡、沖刷、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害的重要因素。因此，在多雨及匯水面積較大的山地、丘陵塔位合理設(shè)置排水溝尤為必要，這對減少塔位沖刷、水毀和保證塔位穩(wěn)定具有重要意義[1-2]。

排水溝分為塔位上方排水溝和基面排水溝，其作為塔位重要的防護(hù)構(gòu)筑物，起到截?cái)嗌狡聜?cè)匯水面的雨水、山洪及其他地表徑流，減少匯水對塔位的沖刷破壞，維持塔位所在邊坡及基礎(chǔ)保護(hù)范圍外臨空面的整體穩(wěn)定性等作用，塔位排水溝布置如圖1所示。

圖1 塔位排水溝布置示意圖

科學(xué)合理的排水溝設(shè)計(jì)及施工，不僅可以保障塔位的長期安全，還能減少不必要的資源損耗。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，架空輸電線路排水溝在設(shè)計(jì)及施工過程中存在不少問題，一是排水溝斷面設(shè)計(jì)過程中沒有綜合考慮塔位地區(qū)差異、地形情況、地表環(huán)境、降雨強(qiáng)度等因素，缺乏水文與水力計(jì)算，出現(xiàn)部分排水溝設(shè)計(jì)尺寸偏小，未能滿足泄水流量要求。部分塔位排水溝設(shè)計(jì)又偏于保守，造成工程量增加、施工難度加大和資金浪費(fèi)。二是不重視排水溝的平面布置及出水口設(shè)計(jì)，導(dǎo)致排水溝線型曲折，排水效率低，出水口土方長期被沖刷流失。三是排水溝施工需要經(jīng)過測量放線、溝槽開挖、塊石砌筑及抹面養(yǎng)護(hù)等多道工序，如果某一工藝不達(dá)標(biāo)，降水時會造成沖溝，嚴(yán)重時可導(dǎo)致滑坡，對塔位整體穩(wěn)定及水土保持不利。

1 排水溝設(shè)計(jì)

1.1 一般要求

易發(fā)生水土流失、山洪沖刷、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的塔位，宜結(jié)合基面實(shí)際地形對塔位采取截水、排水措施[3]，設(shè)計(jì)方案應(yīng)因地制宜，避免缺少、多余或不合理設(shè)計(jì)。排水溝的位置、數(shù)量和斷面尺寸應(yīng)根據(jù)地形條件、降水強(qiáng)度、匯水面積、坡面徑流量等因素計(jì)算確定。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對于塔位上邊坡較長，存在較大匯水面且覆蓋土層較厚的情況，應(yīng)充分利用天然地形設(shè)置塔位上方排水溝。降基挖方的塔位基面還應(yīng)增設(shè)內(nèi)高外低的環(huán)狀基面排水溝[4]。排水溝平面布置應(yīng)線形平滑，轉(zhuǎn)角處用曲線連接，并盡可能垂直于徑流方向。塔位上方排水溝應(yīng)設(shè)置于迎水側(cè)，距離基礎(chǔ)邊緣一般不小于5m。塔位基面排水溝同樣設(shè)置于迎水側(cè)及基礎(chǔ)外緣，距離基礎(chǔ)邊緣一般不小于2m。塔位上方排水溝出水口高程應(yīng)低于鐵塔最長腿基礎(chǔ)底面高程或排向鐵塔所在山脊外側(cè)，基面排水溝出水口距離基礎(chǔ)邊緣不得小于8m，均應(yīng)選擇在植被較好、流水通暢處，不得選擇在虛土、塌方及水土易流失處。當(dāng)出水口處的坡面坡度大于10%或水頭高差大于1m時，應(yīng)設(shè)置消力池及散水，消力池應(yīng)定期排污，防止堵塞。

1.2 水文與水力計(jì)算方法

目前，排水溝的水文計(jì)算主要是依據(jù)塔位的水文地質(zhì)與氣象資料，設(shè)計(jì)徑流量大小取決于地表覆蓋狀況、土壤種類、設(shè)計(jì)重現(xiàn)期、降雨強(qiáng)度、匯水面積及植被狀況等，可根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 51018-2014)的計(jì)算公式[5]。

Qm=16.67φqF

(1)

式(1)中，Qm為設(shè)計(jì)流量，單位：m3/s；φ為徑流系數(shù)；q為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度，單位：mm/min；F為匯水面積，單位：km2。徑流系數(shù)φ應(yīng)根據(jù)塔位實(shí)際地表種類，采用《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 51018-2014)的推薦值。設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度q可通過塔位及其鄰近地區(qū)的自記雨量計(jì)資料分析得到，當(dāng)缺乏自記雨量計(jì)資料時，可采用標(biāo)準(zhǔn)降雨強(qiáng)度等值線圖推算。

排水溝的水力計(jì)算應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)流量Qm確定斷面形狀和尺寸，并確保其斷面水流速度介于容許不沖刷流速與容許不淤積流速之間。參考《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50014-2021)[6]，排水溝斷面尺寸計(jì)算公式如下。

Q≥Qm

(2)

Q=Av

(3)

(4)

(5)

表1 排水溝壁的粗糙系數(shù)

1.3 斷面形式及材料要求

排水溝斷面形式應(yīng)根據(jù)排水需要，以及對自然環(huán)境景觀的協(xié)調(diào)等選定，可采用梯形、矩形、三角形或U形等[7]。架空輸電線路排水溝一般采用梯形斷面，斷面尺寸大小應(yīng)經(jīng)水文與水力計(jì)算，溝的深度和溝底寬度均不宜小于0.4m，排水溝迎水側(cè)鎖口應(yīng)略低于原狀邊坡并結(jié)合緊密，避免造成交界處土方被沖刷流失，排水溝斷面見圖2，福建省塔位排水溝常用規(guī)格尺寸見表2。此外，為提高排水效率，避免造成雜物淤積，其溝底縱坡宜大于5%。

圖2 排水溝斷面示意圖

表2 福建省塔位排水溝常用規(guī)格尺寸一覽表

目前，排水溝多采用塊石漿砌，水泥砂漿抹面，其塊石強(qiáng)度等級應(yīng)不低于MU30，石料應(yīng)堅(jiān)硬無風(fēng)化，顏色保持均勻，表面無泥砂雜質(zhì)。砌筑砂漿細(xì)骨料在沒有特殊要求的情況下以中粗砂為宜，其粒徑應(yīng)不大于5mm，砌筑砂漿強(qiáng)度等級不低于M10。施工中不得使用含有油污或酸堿性相對較大的水。

2 排水溝施工方法

架空輸電線路工程排水溝施工流程為施工準(zhǔn)備、測量放樣、溝槽開挖、排水溝砌筑、抹面養(yǎng)護(hù)。施工質(zhì)量控制要點(diǎn)如下。

2.1 施工準(zhǔn)備

為確保塔位排水溝的施工能順利完成，并滿足使用功能及質(zhì)量要求，在施工前應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作：①施工人員應(yīng)經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)，取得專業(yè)合格證。②準(zhǔn)備足夠的建筑材料，包括塊石、水泥、砂、水等各類原材料，正式進(jìn)場前均應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢查，其材料數(shù)量及性能指標(biāo)均應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求，并妥善保管。③提前做好水泥砂漿配合比試驗(yàn)工作。

2.2 測量放線

根據(jù)施工圖紙要求，使用測量儀器準(zhǔn)確放出塔位上方排水溝和基面排水溝中軸線所對應(yīng)的位置，通常情況下定位樁間距為10m，通過撒白灰或拉線標(biāo)識出排水溝開挖輪廓線。通過測量放線，以便指導(dǎo)后續(xù)的溝槽開挖施工。

2.3 溝槽開挖

根據(jù)溝槽開挖輪廓線，采用人工或機(jī)械開挖，當(dāng)表層采用機(jī)械開挖時，溝底以上20cm厚土方采用人工開挖，并進(jìn)行整平夯實(shí)。溝槽開挖形狀及尺寸應(yīng)與排水溝斷面相匹配，盡量減小對原狀土層的擾動，嚴(yán)禁超挖。當(dāng)出現(xiàn)意外超挖狀況，超挖部分應(yīng)采用漿砌片石砌筑填充，嚴(yán)禁回填土。如存在不良地質(zhì)情況，應(yīng)采取合適的地基處理措施。溝槽開挖施工結(jié)束并經(jīng)驗(yàn)槽合格后，方可進(jìn)行后續(xù)排水溝砌筑施工，做到開挖一段、砌筑一段。

2.4 排水溝砌筑

排水溝砌筑應(yīng)做好以下工作：①施工時應(yīng)掛線砌筑，確保排水溝線形及斷面幾何尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。②塊石材料應(yīng)提前沖洗干凈，清除泥沙夾質(zhì)，保持濕潤。③土質(zhì)溝底經(jīng)滿鋪砂漿防滲后方可坐漿砌筑，石質(zhì)溝底應(yīng)先清理上覆泥土等雜物，并經(jīng)灑水濕潤后再進(jìn)行砌筑。④塊石砌筑時應(yīng)采用擠漿法分層、分段進(jìn)行，溝底砂漿應(yīng)滿鋪，砌塊間砂漿必須飽滿，搭接牢固，不得脫空，嚴(yán)禁采用灌漿法施工。⑤上層砌筑時應(yīng)減小對下層的振動影響，以防偏位造成斷面尺寸減小，如遇砌筑施工進(jìn)程中斷，恢復(fù)施工前應(yīng)在原砌筑表面進(jìn)行清洗潤濕處理。

2.5 抹面養(yǎng)護(hù)

抹面養(yǎng)護(hù)應(yīng)做好以下工作：①排水溝砌筑完后，外露面應(yīng)盡快采用M10水泥砂漿抹面，厚度一般控制在20mm左右，抹面應(yīng)壓實(shí)趕光、平整美觀、無開裂現(xiàn)象。②完成上述各項(xiàng)工序后，應(yīng)及時采用薄膜覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)，保持砌體處于濕潤狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)周期一般不少于14天。

3 未來發(fā)展趨勢

近年來，預(yù)制混凝土排水溝、樹脂排水溝在房建、市政工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工廠規(guī)?；a(chǎn)及現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化施工[8-10]，如圖3所示。預(yù)制混凝土排水溝能充分解決斷面尺寸偏差、溝壁厚度不足、砌筑砂漿不飽滿等工程外觀及內(nèi)在質(zhì)量問題。樹脂排水溝除了具備預(yù)制混凝土排水溝的優(yōu)點(diǎn)外，還具有自重輕、水流性能好、滲透率低等特點(diǎn)，溝節(jié)間企口縫采用耐候膠拼接，施工便利，已取得了良好的應(yīng)用效果。目前，預(yù)制混凝土排水溝、樹脂排水溝在架空輸電線路工程領(lǐng)域鮮有案例，可借鑒房建、市政排水工程預(yù)制裝配建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，開展試點(diǎn)應(yīng)用，提升排水溝成品質(zhì)量，提高現(xiàn)場施工效率。

(a)預(yù)制混凝土排水溝 (b)樹脂排水溝

4 結(jié)論

①通過對福建省內(nèi)山地、丘陵地區(qū)塔位的地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)排水系統(tǒng)不暢是影響塔位穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，相關(guān)工程建設(shè)應(yīng)因地制宜地設(shè)置排水溝，減少坡面地表徑流及地表水下滲對塔位沖刷影響。

②排水溝設(shè)計(jì)方案應(yīng)綜合考慮塔位地表覆蓋狀況、降雨強(qiáng)度、匯水面積及植被狀況等因素，按照國標(biāo)要求進(jìn)行水文與水力計(jì)算，合理確定斷面形狀和尺寸，避免出現(xiàn)排水溝設(shè)計(jì)尺寸與實(shí)際偏離，造成過水?dāng)嗝娌蛔慊蛸Y源浪費(fèi)。

③排水溝施工需經(jīng)過施工準(zhǔn)備、測量放樣、溝槽開挖、排水溝砌筑、抹面養(yǎng)護(hù)等多道工序，當(dāng)中間某一工藝不達(dá)標(biāo)時，都可能對塔位整體穩(wěn)定造成安全隱患。施工時應(yīng)重視工序安排及節(jié)點(diǎn)控制，提升工程質(zhì)量。

④架空輸電線路工程排水溝建設(shè)可借鑒預(yù)制混凝土排水溝、樹脂排水溝的工程案例，通過省內(nèi)試點(diǎn)應(yīng)用，推動架空輸電線路工程的現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化施工。