山區(qū)輸電線路施工棄渣對塔位穩(wěn)定的影響分析

丁海濤，王 赭，王繼華

(云南省電力設計院，云南 昆明 650051)

1 概述

近年來，隨著“西電東送”等能源開發(fā)和經濟社會的快速發(fā)展，云南省電網(wǎng)建設突飛猛進、日新月異。每年竣工投產的電壓等級110千伏及以上工程項目有數(shù)十項之多，新建輸電線路總長數(shù)千公里。而云南省是一個高原山區(qū)省份，省內山巒起伏，溝壑縱橫，地形地貌錯綜復雜，全省土地面積中，山地和高原約占94%，盆地僅占6%左右，這也就意味著：云南省內輸電線路桿塔90%以上處于山區(qū)地帶。

多年來，云南省內輸電線路設計、施工及運行中，遇到的因次生地質災害問題造成輸電線路改線或巖土工程治理越來越多，其中一個主要原因即為施工過程中棄渣處置不當，破壞了塔位附近的原始植被和原始地貌所造成，已經嚴重影響了電網(wǎng)的安全運行。因此，迫切需要設計、施工及運行過程中采取有效的防治措施，確保輸電線路的安全運行。

2 施工棄渣不當對塔基穩(wěn)定性影響機理分析

本文從以下三個方面，研究因施工棄渣處置不當，引發(fā)次生地質災害的作用機理，為提出合理可靠的處置措施提供理論依據(jù)。

2.1 施工棄渣本身的穩(wěn)定問題

圖1表示一勻質土坡。根據(jù)瑞典條分法，對于其中任一豎向土條i，土條高為hi，寬為bi，土條本身的自重力為Wi，Ni為土條底部的總法向反力，Ti為土條底部(滑裂面)上的切向阻力；土條底部坡角為αi；長為li，土體重度為γi， AB為滑裂圓弧面，Xi為土條中心線到圓心O的水平距離。

圖1 瑞典法計算簡圖

根據(jù)摩爾－庫侖準則，滑裂面AB上的平均抗剪強度為

式中：σ為法向總應力；u為孔隙壓力；c'、φ'為坡體有效抗剪前度指標

如果整個滑裂面AB上的平均安全系數(shù)為Fs，按照式(1)，土條底部的切向阻力Ti為：

取土條底部法線方向力的平衡，可得：

取所有土條對圓心的力矩平衡，有

如圖所示，根據(jù)幾何關系xi= Rsinαi

將式整理后有：

計算時土條厚度均取單寬，即有Wi=γibihi，因此式(5)可寫為

根據(jù)(6)式，巖土體的抗剪強度指標決定了邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的大小。山區(qū)塔基施工棄渣不經處置，松散地堆放于斜坡表層，其抗剪強度一般都很低，極易產生失穩(wěn)滑坡。

2.2 邊坡自身荷載加大對塔位穩(wěn)定性影響

根據(jù)(6)式，巖土體的自身的重量也決定了邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的大小，對于一個正常穩(wěn)定的邊坡，在未施工前，邊坡是穩(wěn)定的，但或許剛好處于穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，增加了堆積在邊坡上的大量棄渣，將成為直接作用在斜坡上的附加荷載Gisinαi，對周圍巖土體產生一定的下滑推力或下滑摩擦力，對斜坡的變形和破壞產生促進作用，見下式。

顯然Fs'，會小于Fs。

2.3 雨水入滲對塔位穩(wěn)定性影響

若棄渣不經處置，松散堆積于塔位附近的山體斜坡上，一方面將破壞棄渣范圍內的大量植被，導致表層巖土裸露，破壞原地貌的水文地質條件，若遇強降水，雨水將大量下滲，導致斜坡上的巖土層飽和，從而增加了滑體的重量，軟化后降低巖、土體的強度，甚至在斜坡深部的隔水層上積水，產生動水壓力和孔隙水壓力，對透水巖土層產生浮托力等，最終導致滑坡產生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、無雨不滑”的特點。

當土坡內部有地下水滲流作用時，滑動土體中存在滲透壓力。邊坡穩(wěn)定分析計算時應考慮地下水滲透壓力的影響。

圖2 滲流對邊坡穩(wěn)定性的影響

同樣，在滑動坡體中任取一豎向土條Wi=γihibi，見圖2，如果將土條和土條中的水一起作為脫離體，此時土條重力就包括土條和土條中的水體重力，即：

式中：γ為土的濕容重；γm為土的飽和容重(包括了土體和水體)。

土條的兩側和底部都作用有滲透水壓力，在穩(wěn)定的情況下，土體均已固結，由附加荷載引起的孔隙應力均已消散，土條底部的孔隙水壓力ui也就是滲透水壓力。設土條底部中點處的滲透水水頭為hwi(一般根據(jù)流網(wǎng)確定)，則有

式中：γw為水的容重

一般地，bi較小，即土條取得很薄，地下水面與滑裂面接近平行，土條兩側的滲透水壓力幾乎相等，可認為相互抵消。

將式(8)和式(9)代入式(6)，有

通過比較式(6)與(10)，可得土體飽水后斜坡穩(wěn)定系數(shù)將顯著降低。

綜上分析，施工棄渣若處置不當，將對塔基附近山體的穩(wěn)定造成極大的不利影響，特別是在強降雨等作用下，將引起原穩(wěn)定斜坡發(fā)生滑動破壞，威脅塔基穩(wěn)定。

3 棄渣處置不當對塔位穩(wěn)定性影響類型分析

通過對大量威脅塔基安全的次生地質災害實例進行統(tǒng)計分析，得出電網(wǎng)建設中存在的因棄渣處置不當誘發(fā)的次生地質災害主要有以下幾種類型。

3.1 誘發(fā)地表沖刷

在地形較陡、匯水面積較大的地段，若塔位附近地基巖土層物理力學性質相對較差，不耐水沖刷，施工后松散棄渣不經處置而直接就地堆放，經雨水沖刷和較大匯水水流沖刷作用，極易引起棄渣流失，并在棄渣中形成地表徑流渠道，進而引起棄渣厚度內發(fā)育沖溝，沖溝進一步向下切割，引起原位土體的流失，威脅塔基兜土、周圍埋地設施和巖土工程治理措施基礎的安全。

3.2 誘發(fā)地表淺層滑動

在覆蓋層較厚且土質松散、全～強風化的各種破碎巖石地帶，植被往往生長較好，對保持水土、穩(wěn)定邊坡作用突出。進行塔基施工，破壞周圍植被，且施工棄渣不經處置就地松散堆放，進入雨季，松散棄渣飽水后在重力和雨水沖擊力作用下，向山坡下坡向順水滾動、滑動，并破壞沿途下坡向原有植被，造成巖土裸露。裸露巖土在浸水、風、光照、溫度變化等各種風化作用下快速軟化、剝離、脫落，進一步發(fā)展成為沖溝、滑坡等不良地質作用；若沖溝繼續(xù)下切，將使溝壁兩側松散巖土形成臨空面，進而誘發(fā)表淺層原位巖土的滑坡。

3.3 誘發(fā)地表深層滑動

在棄渣飽水后超重產生的下滑力、水壓力及徑水流等多種合力的作用下，陡坡上的棄渣極易向下滑動，當棄渣產生向下滑動趨勢時，其對本土就形成一向下坡向的摩擦拖拽力，這部分外力的作用大于原始土體的抗剪切強度時，就會導致原位巖土失穩(wěn)而同時下滑，根據(jù)不同的巖土體，形成規(guī)模大小不等的滑坡。

3.4 誘發(fā)沖溝復活

少數(shù)塔基附近發(fā)育有規(guī)模大小不等的沖溝，若棄渣隨意堆放于沖溝內，不但破壞沖溝內原有植被，剝離沖溝表層松散巖土層，進而剝蝕溝底和溝壁，造成沖溝“死而復活”，而且極易誘發(fā)沖溝迅速向更深、更寬處發(fā)展，引起更大規(guī)模的沖溝、滑坡等不良地質作用。

3.5 誘發(fā)輔助巖土措施基礎失穩(wěn)

塔基施工完畢后，由于棄渣沒有合理處置，而是就地松散堆放，在施工擋土墻、排水溝等巖土工程措施基礎時，其基礎設置在松散棄渣表層，基底棄渣經過降水浸泡、壓縮變形等作用，導致?lián)跬翂?、排水溝等變形、失穩(wěn)破壞，失去功能，進而有可能引起塔基附近的原狀巖土體隨之發(fā)生失穩(wěn)破壞，威脅塔基安全。

大量實例表明，輸電線路工程中，因棄渣不當誘發(fā)滑坡次生災害常常是在上述幾種情況綜合作用下發(fā)生，因此，應高度重視輸電線路工程中棄渣的合理處置問題，防止誘發(fā)滑坡、沖溝等次生地質災害。

4 合理處置棄渣的常用措施

根據(jù)多年來在云南省、貴州省、緬甸、老撾等山區(qū)地段進行的輸電線路設計、施工及運行情況，歸納總結合理處置施工棄渣的措施有以下幾項：

(1)棄渣合理外運：施工棄渣嚴禁不經處置隨意傾倒、堆放，應該經過裝袋、密實、封口后，搬運至距塔基50m～100m外穩(wěn)定區(qū)域，防止誘發(fā)塔基附近或擬堆放區(qū)域的次生地質災害。

(2)巖土工程治理措施基礎附近嚴禁傾倒棄渣：在擬建擋土墻、排水溝、噴錨支護、放坡處理等輔助設施基礎附近，嚴禁傾倒施工棄渣，防止輔助設施基礎置于松散棄渣上，而影響其功能。

(3)塔基附近必要時易恢復植被：若由于施工導致塔基附近植被破壞較嚴重，易在塔基周圍一定范圍內恢復植被，如灑草籽、種植小型植被等，起到保水固坡的作用。

(4)破壞植被處盡快恢復植被:若因為棄渣滑落、流失引起附近坡面沖刷等，應盡快恢復植被，防止進一步沖刷而引起水土流失和沖溝、滑坡等次生地質災害。

(5)棄渣上恢復植被：當棄渣有一定范圍和厚度時，經合理處置后，宜在棄渣上恢復植被，以保持水土和避免較嚴重的沖刷。

(6)基礎施工盡量采用新工藝、新手段，盡量減少施工棄渣的產生。如采用高低腿、高低基礎、掏挖基礎、巖石錨桿基礎和挖孔樁基礎等，從源頭上減少棄渣。

[1]丁海濤，等.線路施工棄土對塔位穩(wěn)定性影響研究報告[R].2009，12.

[2]王繼華，等.降雨入滲條件下土坡水土作用機理及其穩(wěn)定性分析與預測預報研究[R].2008.

[3]朱家良.輸電線路地質災害危險性評估的基本特點與認識[J].電力勘測設計，2006，(4).