輸變電桿塔基礎邊坡加固防護方法分析

潘明波，董理金，王鑫國，邱昌巍，彭蛟

(1.寧?？h供電公司，寧?！?15600；2.浙江省工程勘察院，寧波　315012)

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輸變電桿塔基礎邊坡加固防護方法分析

潘明波1，董理金2，王鑫國1，邱昌巍1，彭蛟1

(1.寧?？h供電公司，寧海315600；2.浙江省工程勘察院，寧波315012)

摘要：輸變電桿塔基礎施工過程中經(jīng)常會遇到人工開挖邊坡，且有其行業(yè)特點，若發(fā)生災害將會造成不同程度的影響，如增加工程造價、延長工期，甚至危害到人民生命財產(chǎn)安全。文章總結了輸變電桿塔基礎邊坡的加固防護方法，包括坡率法、坡面防護與綠化、支擋加固、排水工程等，最后對不同方法的優(yōu)缺點及適用范圍進行評價，為今后邊坡加固防護提供參考。

關鍵詞：輸變電桿塔基礎；邊坡；加固防護

隨著我國電力建設的發(fā)展，輸電線路越來越長，線路路徑區(qū)域地形地貌越來越復雜，很多輸變電桿塔基礎所在的位置地質壞境條件惡劣，輸變電桿塔基礎將不可避免地位于山頂或半山腰等陡峭地形[1]。而輸變電桿塔基礎具有其明顯的行業(yè)特點，地質條件和施工均具有較大的分散性，且受地形、地質和運輸條件等影響較突出[2]。輸變電桿塔邊坡若發(fā)生災害問題，不僅導致工程造價的增加而且使工期延長，甚至危害到人民生命和財產(chǎn)安全。因此，研究輸變電桿塔基礎邊坡的加固防護方法，提高輸變電桿塔邊坡工程治理設計水平、減少經(jīng)濟損失、確保人民生命財產(chǎn)安全都有著重要的現(xiàn)實工程意義。

1輸變電桿塔基礎邊坡特點及帶來的問題

輸電線路通過山區(qū)時，修建桿塔基礎經(jīng)常涉及到人工開挖而形成的邊坡，如圖1所示。如果基礎埋設施工所在的地形相對比較陡峭時，進行基礎埋設的降基值就會越大，從而進行開挖所形成的的簸箕地形差也將越大，如圖2所示，邊坡也會或多或少地引發(fā)新的問題。如果開挖土方量過大,不僅耗費大量人力和增加成本,而且破壞自然邊坡的穩(wěn)定性和自然環(huán)境,開挖產(chǎn)生的棄渣如果處理不當極易造成地質災害,影響周圍環(huán)境甚至危及人類和輸變電桿塔的安全。

圖1　輸變電桿塔基礎邊坡

圖2　輸變電桿塔基礎邊坡開挖坡面示意圖

2輸變電桿塔基礎邊坡加固防護設計原則

(1) 遵循 “安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理、確保質量和保護環(huán)境”的設計原則[3]，編制切實可行的設計方案。

(2) 治理設計方案應方便施工，充分利用現(xiàn)有場地條件，因地制宜，合理布局；同時為工程運行、管理、維修及觀測提供便利。

(3) 邊坡治理過程中必須保證原有輸變電桿塔基礎的穩(wěn)定安全。

3輸變電桿塔基礎邊坡加固防護方法

3.1坡率法

坡率法是在保證邊坡的整體穩(wěn)定性的前提下，控制邊坡高度和坡度。方法比較經(jīng)濟、施工方便，當場地有放坡條件且不存在不良地質作用時宜優(yōu)先采用坡率法。其中工程類比法是先對已有的自然邊坡或人工邊坡的穩(wěn)定性狀況進行評價，再結合有關設計經(jīng)驗對目標邊坡進行設計分析，這種方法比較常見，也常被工程技術人員采用[3-5]。

3.2坡面防護與綠化

坡面防護用于防止邊坡坡面巖土體繼續(xù)風化、剝落、淺層崩塌、掉塊以及坡面受雨水沖刷等，提高邊坡的穩(wěn)定性和耐久性。主要有砌石防護工程、噴錨防護工程和柔性防護工程。此外，邊坡的開挖一定程度上破壞了原有的自然生態(tài)平衡，在對環(huán)境保護越來越重視的情況下，植物防護與綠化成為邊坡治理中不可缺上的防護措施。植物防護與綠化不僅有著防止水土流失和坡面風化達到提高邊坡穩(wěn)定性作用的同時，而且能夠增強景觀效果及美化環(huán)境。采用植物防護與綠化時要考慮確保邊坡的穩(wěn)定、是否與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)、經(jīng)濟是否合理等。

3.2.1砌石防護工程

砌石防護工程包括干砌片石護坡、漿砌片石護坡防護、護面墻防護、人字拱型或網(wǎng)格骨架植草防護等。

(1) 干砌片石護坡

干砌片石護坡適用于邊坡因雨、雪水沖刷，發(fā)生流泥、拉溝與溜坍，或有嚴重剝落的軟質巖層邊坡。根據(jù)形式不同分為單層鋪砌、雙層鋪砌及編格內(nèi)鋪石等護坡。

(2) 漿砌片石護坡

適用于坡度不大于1∶1的易風化巖石邊坡及土質邊坡中。漿砌片石一般采用等截面，厚度不宜小于250 mm。邊坡過高時應分級放坡，每級高度不宜超過20 m。

(3) 漿砌片石骨架護坡

適用于坡度緩于1∶0.75的全風化巖石邊坡和土質邊坡，及坡度緩于1∶1的坡面受沖刷嚴重或潮濕的邊坡。在坡面采用草皮護坡易被沖毀脫落情況下，可采用漿砌片石骨架進行加強，骨架內(nèi)可根據(jù)邊坡坡度、土質及當?shù)厍闆r采用捶面、鋪草皮或栽砌卵石等輔助防護措施。

(4) 漿砌片石護面墻

漿砌片石護面墻可用于各種土質邊坡及易風化剝落或風化嚴重的軟質巖石邊坡。一般情況下，邊坡坡度緩于1∶0.5；護面墻高度不宜超過10m。

3.2.2噴錨防護工程

(1) 素噴防護

素噴適用于易風化但未遭強風化且坡率緩于1∶0.5的巖石邊坡。對于上部巖體較破碎而下部巖體完整或防護面積大的高陡邊坡，采用素噴防護更為經(jīng)濟；對于成巖作用差的粘土巖邊坡不宜采用素噴。

(2) 錨噴防護

當巖質邊坡坡面巖體切割破碎時，為加強防護的穩(wěn)定性宜采用錨噴防護。單層掛網(wǎng)噴射混凝土厚度不宜小于100 mm，且不應大于250 mm；根據(jù)邊坡巖體類型確定面板厚度、鋼筋間距、錨桿布置及參數(shù)。

3.2.3柔性防護工程

柔性防護工程主要特征構件有鋼絲繩，以攔石網(wǎng)為主，適用各種坡面地質災害的加固防護，有主動防護網(wǎng)和被動防護網(wǎng)兩種基本形式。該措施對復雜地形具有良好的適應性,施工方便、工期短且便于維護，同時能夠很好的與環(huán)境美化和保護結合。

(1) 主動防護網(wǎng)

主動防護網(wǎng)采用錨桿將鋼絲繩網(wǎng)固定在邊坡坡面上，利用支撐繩和縫合張拉或預應力錨桿對鋼絲繩網(wǎng)進行預張拉而緊貼坡面，從而對整個邊坡形成連續(xù)支撐，限制不穩(wěn)定巖土體的變形，從而實現(xiàn)其主動防護的功能。

主動網(wǎng)構件配置標準化，積木式安裝快捷方便易施工，主要涉及錨桿孔的鉆鑿和主動網(wǎng)的安裝，掛網(wǎng)作業(yè)時需加強工人的安全防護措施。施工所占場地較小，對周邊環(huán)境影響較小。常用于坡面風化剝落、崩塌、落石、溜坍或塌落等坡面地質災害的加固防護，可以有效防治邊坡病害對防護對象的威脅，經(jīng)濟性、安全性及耐久性較好?？梢耘cTBS噴播等綠化措施結合，效果好。

(2) 被動防護網(wǎng)

被動防護網(wǎng)由鋼柱和鋼絲繩網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、錨桿、上下拉錨繩底座及上下支撐繩等結合組成一個整體系統(tǒng)，設在邊坡的合適位置從而攔截邊坡上方崩塌落石，起到邊坡被動防護的作用。

被動防護網(wǎng)構件生產(chǎn)工廠化，圬工量省，施工快速簡便,所占場地較小，對周邊環(huán)境影響較小，耐久性較好，可以有效阻止邊坡小型崩塌、掉塊對防護對象的威脅，安全性較好，但經(jīng)濟性一般，無法與綠化措施相結合。

3.2.4植物防護與綠化[3,6]

科學選擇綠化植物種類是影響綠化效果成敗的關鍵，不同的植物具有不同的適應性，植物種類選擇應遵循以下原則：

① 適應當?shù)貧夂驐l件及土壤條件(包括水分、pH值調(diào)和劑等)。

② 根系發(fā)達、分生能力強，生長迅速。

③ 抗逆性強、耐瘠薄。

④ 適應粗放管理，能產(chǎn)生適量種子。

⑤ 越年生或多年生，相對常綠期較長(255 d以上的)。

⑥ 采用混播技術，增加群體的生物多樣性和穩(wěn)定性。

(1) 客土噴播與綠化：適用于風化巖石、土壤較少的軟質巖石、養(yǎng)分較少的土壤、硬質土壤，植物立地條件差的高大陡坡面和受侵蝕顯著的坡面；當坡率陡于1∶1.00時，宜設置掛網(wǎng)或混凝土格構。

(2) 濕法噴播綠化：適用于土質邊坡、土夾石邊坡、嚴重風化巖石的坡率緩于1∶0.50的挖方和填方邊坡防護。

(3) 鋪草皮：適用于需要快速綠化的邊坡，且坡率緩于1∶1.00的土質邊坡和嚴重風化的軟質巖石邊坡；草皮應選擇根系發(fā)達、莖矮葉茂耐旱草種，不宜采用喜水草種，嚴禁采用生長在泥沼地的草皮。

(4) 植樹：宜用于坡率緩于1∶1.50的邊坡；樹種應選用能迅速生長且根深枝密的低矮灌木類。

3.3邊坡支擋加固

支擋加固工程可分為支擋工程和錨固工程。主要支擋工程有：重力式擋土墻、懸臂式擋墻、扶壁式擋墻、加筋土擋墻、樁板式板墻及抗滑樁等；邊坡錨固工程有：錨桿(索)擋墻、錨桿(索)墩墊(或十字面板類)等工程措施。主要的形式如下：

(1) 重力式擋土墻

重力式擋土墻是一種依靠自身重力而承受側向巖土壓力的支擋結構物，可以較好地防止填土或巖土體變形失穩(wěn)。國內(nèi)巖土工程中，重力式擋土墻被廣泛采用。根據(jù)場地可提供圬工面積選擇不同類型的擋土墻，比如直立式、衡重式、仰斜式、俯斜式、扶壁式以及懸臂式等類型。常規(guī)擋土墻墻身材料有片石混凝土、鋼筋混凝土、毛石混凝土、漿砌塊石或條石等。

重力式擋土墻施工工藝成熟，容易施工，但圬工量大，施工所占場地大，最好就近材料，對周邊環(huán)境影響大。一般選用漿砌塊石、條石砌筑，缺乏石料地區(qū)也可用混凝土，抗風化侵蝕和雨水沖刷能力較強，耐久性較好。當?shù)鼗休d力低時，墻底可設置鋼筋混凝土基座，能夠減薄墻身及減小開挖量。

(2) 錨桿(索)擋墻

錨桿(索)擋墻由鋼筋混土墻面和錨桿(索)組成，依靠錨固在穩(wěn)定地層內(nèi)的錨桿所提供的拉力維持擋土墻的平衡，多用于坡度較陡、有錨固條件的較完整巖石地段的支擋工程。可以有效消除邊坡病害對防護對象的威脅，安全性好。

可分為板肋式、格構式及排樁式三種不同結構形式的錨桿擋墻。其中板肋式或格構式錨桿擋墻可用于施工期穩(wěn)定性較好的邊坡。排樁式錨桿擋墻支護用于位于滑坡區(qū)或切坡后可能引發(fā)滑坡的邊坡；切坡后可能沿外傾軟弱結構面滑動的邊坡；高度較大、穩(wěn)定性較差的土質邊坡。

(3) 樁板式擋墻

樁板式擋墻由樁和擋土板組合而成，用于可能危及相鄰建(構)筑物或影響周圍環(huán)境安全的開挖邊坡、填方邊坡以及工程滑坡治理。

按其結構形式分為懸臂式樁板擋墻、錨拉式樁板擋墻。擋土板可以采用現(xiàn)澆板或預制板。

樁板式擋墻具有施工方便、外型構造美觀、運營后維修和養(yǎng)護費用低等特點。

(4) 加筋土擋墻

加筋土擋墻是一種原位土體加筋技術，是由設置在坡體中的加筋桿件與其周圍土體牢固黏結形成的復合體以及面層組成的支護結構，可以有效地增加土體穩(wěn)定性。加筋土擋墻不同于重力式擋土墻，靠水平、相間、成層地布設在填料中的拉筋與填料間的摩擦力來穩(wěn)定邊坡填土。屬于輕型支擋結構，一般用于支擋填土工程。

加筋土擋墻組成主要包括填料、拉筋、面板、拉筋和面板的連接件、基礎等。加筋土擋墻需選取內(nèi)摩擦角較高、對拉筋帶的腐蝕性小且水穩(wěn)定性好的填料；拉筋應具有耐腐蝕和耐久性好、施工方便、一定的柔性且抗拉能力強的特點。面板要有一定的強度和足夠的剛度，又需要有足夠的柔性。

加筋土擋墻具有以下特點[6]：①可以做成很高的垂直填土，從而減少占地面積，這對不利于填土放坡困難和土地稀缺的地區(qū)而言，有著巨大的經(jīng)濟效益。②施工簡便。組成構件可以在工廠中根據(jù)設計預先制造，縮短工期和節(jié)省勞動力。③加筋土是柔性結構，能夠適應地基較大的變形，對地基承載力要求低。④抗震性好。加筋土結構所獨有的柔性能夠較好地吸收地震的能量。⑤投資省。加筋土擋土墻的造價可比石砌重力式擋土墻和鋼筋混凝土擋墻減少20%～60%以上。高度越大，節(jié)省資金越多。

(5) 抗滑樁

抗滑樁通過樁身將上部承受的滑坡推力傳至下部穩(wěn)定地層中，依靠穩(wěn)定地層的錨固作用來承受滑坡推力，而使邊坡保持平衡或穩(wěn)定。在滑坡防治工程中較常用，主要適應于淺層和中厚層的滑坡，常與擋土板結合使用。

抗滑樁一般設置在滑坡前緣抗滑段滑體較薄處、滑動面平緩、錨固段地質條件較好的位置，減小作用在樁上的推力，布置方向上應與滑坡體的主滑方向垂直或接近垂直且成排布置，可以有效消除邊坡病害對防護對象的威脅，安全性好。在滑體厚度和滑坡推力大的情況下結合錨桿(索)可以改善抗滑樁的受力狀態(tài)和控制位移，減小樁的截面尺寸和埋深。

抗滑樁可選用木樁、鋼管樁及鋼筋混凝土樁等，通常采用鋼筋混凝土澆筑而成，抗風化侵蝕和雨水沖刷能力強，耐久性好，樁位布置靈活，機械化程度高，施工技術要求高，造價相對較高；在山區(qū)材料運輸困難，施工難度較大且施工所占場地大，對周邊環(huán)境影響大。

(6) 錨桿(索)[3]

邊坡錨固工程主要通過錨桿或錨索將受到的拉力傳至穩(wěn)定巖土層。

錨桿(索)一般由錨頭、錨桿自由段和錨桿錨固段組成。根據(jù)錨固段錨固體受力的不同，主要分為拉力型、壓力型、荷載拉力分散型與荷載壓力分散型；根據(jù)有無施加預應力分為非預應力錨桿和預應力錨桿。

錨桿(索)的形式應根據(jù)錨固段巖土層的巖土層類型、工程特征、錨桿(索)承載力大小、錨桿(索)材料和長度、施工工藝等條件綜合考慮。對邊坡變形控制嚴格、施工期邊坡穩(wěn)定性很差、坡高較高的土質邊坡和存在外傾軟弱結構面的巖質邊坡采用錨桿時宜采用預應力錨桿。

3.4邊坡排水工程

排水是邊坡工程治理中一項重要的措施，對于提高邊坡的穩(wěn)定性具有不可忽視的作用。在排水工程設計中，應在總體方案的基礎上，結合工程地質、地下水和降雨條件及本地生態(tài)環(huán)境，制定合理的方案?？梢苑譃榈乇砼潘こ毯偷叵屡潘こ?，二者宜統(tǒng)一考慮，并形成相輔相成的排水系統(tǒng)。

3.4.1 地表排水[3]

地表排水工程主要包括坡頂截水溝、坡腳排水溝、平臺排水溝及坡面急流槽、跌水。地表排水的目的是排除坡面的地表水，減少地表水滲入坡體內(nèi)。

各類排水設施設置的位置、數(shù)量和斷面尺寸，應根據(jù)地形條件、降雨強度、歷時、分區(qū)匯水面積、坡面徑流量和坡體內(nèi)滲出的水量等因素計算分析確定。各類排水溝頂應高出溝內(nèi)設計水面200 mm以上。

(1) 排水溝

排水溝位于坡腳以及平臺，用以匯集和排除邊坡坡面上流下來的地表水，且可將截水溝、排水溝邊坡附近低洼處匯集的水引向邊坡范圍以外。

(2) 跌水、急流槽

截(排)水溝出水口處的坡面坡度大于10%、水頭高差大于1.0 m時，可設置跌水和急流槽將水流引出坡體或引入排水系統(tǒng)，達到水流的消能和減緩流速的目的。必須自截水溝向排水溝排水時，采用急流槽。

(3) 截水溝

截水溝宜結合地形布置，設置在距離邊坡坡口或潛在滑塌區(qū)后緣不小于5 m；填方邊坡上側的截水溝距填方坡腳的距離不小于2 m，用以截排邊坡上方流向坡面的地表水，保護邊坡不受水流沖刷。截水溝的設置應適應所在地段的地形地勢，避免過深的挖方，溝的縱坡段宜設計為自上游向下游逐漸增加陡度，以利迅速排水和避免淤積，但相鄰坡段的坡度差不宜太大。為避免出現(xiàn)急流狀態(tài)，溝的縱坡不宜陡于溝槽的臨界底坡。

3.4.2地下排水

工程措施主要包括：滲溝、盲溝、排水孔及排水洞等。地下排水的目的是將埋藏在坡體內(nèi)的地下水最大限度的排除，減小巖土體的含水量。地下排水工程措施的類型、位置及尺寸應根據(jù)工程地質和水文地質條件確定。

(1) 盲溝、滲溝

用于疏干潮濕的邊坡和引排邊坡上局部出露的上層滯水或泉水，并起支撐邊坡的作用。

滲溝應當垂直嵌入邊坡中，對較大范圍的局部濕土，可用分岔形布置，而較小范圍的局部濕土或泉水出露處，宜用條帶形布置。當邊坡表土普遍潮濕時，宜用拱形與條帶形相結合的布置。

(2) 排水孔

主要有仰斜式排水孔和泄水孔。

仰斜式排水孔用于引排地層內(nèi)的地下水或分散的局部凹地中聚積的地下水，或與立式滲井群配合使用以疏干潮濕的土體。單獨使用的仰斜式排水孔，一般宜垂直于山坡走向或土體邊坡走向。與立式滲井群配合使用的仰斜式排水孔，一般宜垂直于滲井群縱向布置的走向鉆入，并盡可能多穿幾個滲井。

泄水孔通過坡面打排水孔，以疏干坡體內(nèi)的地下水。

(3) 排水洞

排水洞為人工開挖的隧洞，用于截排或引排埋藏較深的地下水，做到降低坡體內(nèi)地下水。

其平面布置一般與邊坡走向平行。排水洞應進入欲截引的主要含水層附近的穩(wěn)定層內(nèi)?；聟^(qū)的排水洞，其頂部應設置在滑動面(或帶)以下不小于0.5 m。排水洞的斷面形狀，可根據(jù)所在地層的性質和結構不同，采用直墻式或曲墻式。洞面凈空從便于施工和檢查維修以及節(jié)省開挖土石等方面考慮，不受地下水流量控制，較長的排水洞宜用較大的凈空，較短的排水洞可用較小的凈空。排水洞的位置宜根據(jù)當?shù)氐牡刭|情況及便于迅速排水的條件選擇。洞口挖方不宜太深，以避免因仰坡和兩側邊坡過高而發(fā)生變形和病害，堵塞出水口。

(4) 井點降水

井點降水一般用于地下水位比較高的邊坡中，降低地下水和固結土體，同時可以減少土體的側向位移與豎向位移從而達到穩(wěn)定邊坡。

提供比較干的施工條件，使位于天然地下水位以下的邊坡工程施工避免受地下水的影響，縮短工期和保證施工安全。

3.5邊坡的綜合加固防護

邊坡的綜合加固防護是將以上多種加固防護相結合的，可以較好地控制和避免邊坡的問題，其治理效果會更佳，具有較為突出的作用特征和經(jīng)濟性優(yōu)勢。在實際工程中，邊坡的綜合加固防護越來越多地被工程技術人員應用。

3.6加固防護方法對比分析

以上介紹了輸變電桿塔基礎邊坡的加固防護方法，不同方法的優(yōu)缺點及適用范圍對比見表1所示。

4結論

為提高輸變電桿塔邊坡工程治理設計水平、減少經(jīng)濟損失等，本文總結了輸變電桿塔基礎邊坡常見的加固防護方法，并對不同方法的優(yōu)缺點及適用范圍進行評價，為今后的輸變電桿塔邊坡加固防護提供參考。

表1　輸變電桿塔基礎邊坡的加固防護方法的優(yōu)缺點及適用范圍對比表

參考文獻

[1]程永鋒,邵曉巖,朱全軍.我國輸電線路基礎工程現(xiàn)狀及存在的問題[J].電力建設,2002,23(3):32-34.

[2]曾二賢，舒愛強，廖文煒.基于FLAC/Slope模擬分析輸電線路塔位邊坡的開挖穩(wěn)定性[J].電網(wǎng)與清潔能源,2011,27(4):14-18.

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E-mail：410013473@qq.com

REINFORCEMENT PROTECTION METHODS FOR TRANSMISSION TOWER FOUNDATION SLOPE ANALYSIS

PAN Ming-bo1，DONG Li-jin2， WANG Xin-guo1，QIU Chang-wei1，PENG Jiao1

(1.Ninghai Power Supply Bureau，NingHai ZheJiang315600,China；2.ZheJiang Engineering Prospecting Institute，NingBo ZheJiang315012,China)

Abstract:Transmission tower foundation often relate to Artificial excavation slopes in the process of construction,and have their industry characteristics, they will cause different levels of impact in case of disasters, such as increasing the project cost, extending the construction time, and even endangering the people’s life and property security. This article summarizes the reinforcement protection methods of transmission tower foundation slope, including slope ratio method, slope protection and greening, supporting and retaining reinforcement, drainage engineering and so on, evaluates the advantages,disadvantages and scope of different methods finally, to provide the reference for the slope reinforcement protection in the future.

Key words：transmission tower foundation; slop; reinforcement protection

作者簡介：潘明波(1979-)，男，江西豐城人，大學本科,在職研究生，寧?？h供電公司，主要從事線路設計工作。

中圖分類號：P642;TU457

文獻標識碼：A

收稿日期：2015-12-10改回日期：2016-01-23

文章編號：1006-4362(2016)01-0098-06