重慶地區(qū)巖溶地質(zhì)條件下架空輸電線路地基處理方案探討

陳 焰，王新寬，陳風(fēng)樵， 孫安黎，王金鑫

(重慶電力設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，重慶 401121)

重慶地處西南山區(qū)，其巖溶地質(zhì)分布廣、發(fā)育程度較為強(qiáng)烈，工程中較常遇見，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)有較大影響。巖溶地質(zhì)具有較大的隱蔽性和不確定性，且架空輸電線路通常山高路遠(yuǎn)、交通不便，因此巖溶山區(qū)的架空輸電線路工程勘察一直是個(gè)難題，在勘察階段無法確認(rèn)巖溶是否存在，這經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更量大，施工處理困難，周期長，費(fèi)用高，爭議大。如何處理巖溶地基問題，一直是電網(wǎng)建設(shè)工程的一大難點(diǎn)和痛點(diǎn)。本文總結(jié)了筆者多年來在重慶地區(qū)進(jìn)行巖溶山區(qū)勘察設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上提出了巖溶山區(qū)路徑及桿塔場地的選擇原則，給出了巖溶勘察設(shè)計(jì)的解決思路和典型處理方式，可作為在類似地質(zhì)條件下進(jìn)行工程勘察設(shè)計(jì)工作的參考。

1 巖溶地質(zhì)主要特點(diǎn)及勘察設(shè)計(jì)思路

1.1 概念

廣義上的巖溶包括巖溶作用及其所產(chǎn)生的巖溶現(xiàn)象，一般指的是巖溶類型及其對(duì)工程的影響。巖溶類型可分為宏觀類型和微觀類型。宏觀巖溶類型一般包括溶蝕洼地和漏斗、落水洞和豎井、溶洞、暗河、土洞等；微觀巖溶包括溶溝槽及溶蝕裂隙等。

1.2 地質(zhì)特點(diǎn)

1.2.1 巖溶地質(zhì)的不確定性

巖溶發(fā)育在宏觀上具有一定的規(guī)律性，但在微觀形態(tài)上千變?nèi)f化，具有極大的不均勻性和不確定性。巖溶發(fā)育情況以目前的勘察手段難以精準(zhǔn)查明，即使在發(fā)育等級(jí)最高的巖溶場地，也存在發(fā)育程度相對(duì)微弱的“安全島”。在目前的電網(wǎng)工程勘察設(shè)計(jì)工作中存在以下困難：架空輸電線路交通不便；勘探機(jī)具運(yùn)輸困難；場地缺水少電；塔位基礎(chǔ)量少而勘察范圍廣；山區(qū)鉆探耗時(shí)耗力，一基塔一般需3～5天甚至更長時(shí)間，鉆探的投入與產(chǎn)出比不高，也不能滿足線路工程塔位選擇動(dòng)態(tài)調(diào)整的需要。加之其他土木工程應(yīng)用的勘察手段難以應(yīng)用到線路工程上，更加增加了巖溶地質(zhì)的不確定性。

發(fā)育在地下的、不直接可見的巖溶現(xiàn)象，主要有地下溶洞、溶隙等。隱伏巖溶可能直接影響塔位(地基)的穩(wěn)定性。因此，查明隱伏巖溶的特征及分布是巖溶地區(qū)巖土工程勘察的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1.2.2 線路走廊可調(diào)性

一般意義上架空輸電線路走廊方案不是唯一，是有多方案的。對(duì)路徑方案進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的差異性表現(xiàn)并不明顯，因此可以設(shè)置轉(zhuǎn)角塔偏離原有路徑，避開巖溶發(fā)展地段。

1.2.3 桿塔位場地可調(diào)性

架空輸電線路是典型的點(diǎn)狀(也就是塔位)支撐的線性(也就是路徑)工程，輸電線路的支撐點(diǎn)具有可移動(dòng)性，因此桿塔位場地具有可調(diào)性[1]。

1.3 主要勘察設(shè)計(jì)思路

1)巖溶地區(qū)架空輸電線路工程首先遵循“以避為先”原則。一般而言，山區(qū)架空線路路徑選擇具有較大的自由度，而塔位選擇的自由度更大。因此一般在架空線路工程的勘察設(shè)計(jì)階段，架空線路路徑選擇應(yīng)盡量避開巖溶發(fā)育區(qū)，以避免施工實(shí)施階段對(duì)前置階段未探明巖溶進(jìn)行處理。

2)在大范圍密集分布的巖溶發(fā)育區(qū)段內(nèi)，架空線路路徑難以避讓，巖溶難以充分查明。勘察設(shè)計(jì)階段應(yīng)以圍繞尋找?guī)r溶發(fā)育相對(duì)微弱的“安全島”為主，避開巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈的地方。

3)施工實(shí)施階段應(yīng)采用信息法施工[2]，根據(jù)開挖后驗(yàn)槽情況來展開相應(yīng)的補(bǔ)充勘察工作，做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。在勘察設(shè)計(jì)施工過程中，勘察人員應(yīng)與設(shè)計(jì)人員、施工人員緊密配合，相互溝通，合理選擇設(shè)計(jì)方案，及時(shí)跟蹤關(guān)鍵和重點(diǎn)地段塔位的建議措施是否落實(shí)。在施工過程中實(shí)施監(jiān)測，及時(shí)反饋，分析校核設(shè)計(jì)與施工參數(shù)，持續(xù)指導(dǎo)后續(xù)的設(shè)計(jì)和施工。

4)根據(jù)工程優(yōu)化原則，進(jìn)行多方案比選。一方面是路徑調(diào)整與地基處理的比選，另一方面是地基處理方式的比選。

2 巖溶處理典型方案

2.1 “避”

“避”即避讓，是巖溶地區(qū)桿塔定位及基礎(chǔ)處理的最基本方法。貫穿整個(gè)工程建設(shè)的全流程，不論是在可研、初設(shè)、施工圖設(shè)計(jì)階段，還是在施工實(shí)施階段皆是如此。

可研和初設(shè)勘察通過收資、地質(zhì)調(diào)查等手段，使路徑方案盡量避開巖溶發(fā)育地段；終勘定位時(shí)通過地質(zhì)調(diào)查與測繪、物探及鉆探等綜合手段避讓對(duì)塔基有影響的巖溶地段；施工開挖時(shí)，若發(fā)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)有影響的溶洞、溶蝕裂隙等，仍可優(yōu)先考慮避讓措施。一般而言，在初步設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避開巖溶發(fā)育區(qū)，進(jìn)而可避免在勘察設(shè)計(jì)階段需考慮溶洞處理的情況。在施工中，如果發(fā)現(xiàn)有隱伏巖溶情況，一般都選擇調(diào)整塔位。若因其他因素?zé)o法調(diào)整，才選擇就地處理，處理方式一般采用回填、換填、樁基穿越等，也可采用梁、板式跨越，這些措施實(shí)施簡單，適用于線路工程。

避讓方式通常采用路徑微調(diào)、基礎(chǔ)錯(cuò)根開即“翻跟開”、前后移動(dòng)或轉(zhuǎn)角塔避讓。

如重慶渝東南的220 kV張家-秀山線路工程，線路經(jīng)武隆區(qū)、彭水縣、酉陽縣至秀山縣，共計(jì)140 km，沿線巖溶地質(zhì)較多，線路在可研設(shè)計(jì)時(shí)通過收資、地質(zhì)調(diào)查等手段，使路徑方案盡量避開巖溶發(fā)育地段，在施工過程中遇到少部分塔位基礎(chǔ)處于巖溶地質(zhì)發(fā)育處，采用基礎(chǔ)錯(cuò)根開即“翻跟開”、前后移動(dòng)或轉(zhuǎn)角塔避讓。此措施取得了較好效果，現(xiàn)在已經(jīng)投運(yùn)多年，運(yùn)行良好。

2.2 “補(bǔ)”

“補(bǔ)”即鑲補(bǔ)、嵌塞、換填。在施工過程中若發(fā)現(xiàn)溶洞，一般根據(jù)其規(guī)模大小采用毛石或混凝土進(jìn)行回填；對(duì)于開挖發(fā)現(xiàn)的溶溝槽或較大的溶隙，一般是采取清除充填物，用混凝土回填搗實(shí)的方法。

對(duì)于小型的溶蝕裂隙、溶洞等，可挖除其中的軟弱充填物，回填碎石、塊石、素混凝土、毛石混凝土或細(xì)石混凝土等，以增強(qiáng)地基的強(qiáng)度和完整性。

“補(bǔ)”實(shí)施方式一般有完全填充和部分填充。

完全填充針對(duì)裂隙、溶洞較小可采用鑲補(bǔ)、嵌塞的方式，通常換填工程量較小的工程可采用完全填充的方式，如圖1所示。

圖1 完全填充

對(duì)于溶洞較大，鑲補(bǔ)、嵌塞、換填工程量較大的，常常采用部分填充方式，先用片石(毛石)砌筑擋墻，分隔劃分洞口，填充塊石混凝土，減少工程量， 如圖2所示。

圖2 部分填充

對(duì)于溶洞較淺的采用大開挖板式基礎(chǔ)的塔位，一般底部采用塊石混凝土回填的方式，板式基礎(chǔ)上部采用土石回填(分層碾壓夯實(shí))的方式，如圖3所示。

圖3 大開挖板式基礎(chǔ)

如重慶東北的220 kV聚寶-城口線路工程，線路經(jīng)開縣、城口縣，共計(jì)70 km，沿線巖溶地質(zhì)較多較發(fā)育,施工處理中采用“補(bǔ)”的方式處理了15基鐵塔，現(xiàn)已投運(yùn)8年，運(yùn)行良好。

2.2 “跨”

“跨”即跨越：用“梁”或“板”跨越溶洞，即跨越法[3]。對(duì)于洞徑較小、溶蝕縱向發(fā)育、洞頂周圍巖土條件較好的溶洞，可以采用大板跨越的方式，見圖4；當(dāng)溶洞寬度較大時(shí)，可以采用梁式跨越的方式，見圖5。

圖4 “板”跨越

圖5 “梁”式跨越

位于重慶武隆區(qū)銀盤的220 kV線路工程，某轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)處于較大溶洞內(nèi)，由于前后塔基礎(chǔ)已經(jīng)澆筑，無法采用避讓措施，于是采用梁式跨越方式處理，避免了避讓線路引起的較大設(shè)計(jì)變更，以及產(chǎn)生較大報(bào)廢工程量，使工程造價(jià)得以合理控制。

2.3 “穿”

“穿”即穿越，當(dāng)溶洞較深較大或溶洞多層發(fā)育時(shí)，用樁穿越溶洞，樁端置于溶洞下相對(duì)完整巖體之中，如圖6所示。

圖6 樁穿越

位于重慶市武隆區(qū)浩口的220 kV線路工程，某轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)處于較大溶洞內(nèi)，由于前后塔基礎(chǔ)已經(jīng)澆筑，無法采用避讓措施，在探明溶洞確切大小、發(fā)育走向后，采用樁穿越方式處理，避免較大回填土石方，縮短了工期，工程得以如期投運(yùn)。

3 不同建設(shè)階段解決不同工程問題

巖溶地區(qū)最突出的問題是地基穩(wěn)定性問題和不可預(yù)見的巖溶地基處理問題。一般采用信息法施工手段，在施工階段通過加強(qiáng)工代服務(wù)來解決，并取得縮短工期、降低費(fèi)用等效果。

因此，在勘察設(shè)計(jì)階段主要解決整體場地穩(wěn)定性問題和絕大部分塔位的地基穩(wěn)定性問題；在施工階段主要解決不可預(yù)見的巖溶地基處理問題。若做到上述兩點(diǎn)，在運(yùn)行階段就基本不會(huì)存在因巖溶導(dǎo)致的安全隱患。

4 結(jié)論

巖溶發(fā)育在宏觀上具有規(guī)律性，在微觀上無規(guī)律性。在架空輸電線路建設(shè)中，限于現(xiàn)場條件，查明巖溶地區(qū)的隱伏巖溶的特征及分布更為困難。這就要求工程施工中充分運(yùn)用信息法施工手段。

在勘察設(shè)計(jì)階段無法解決所有巖溶地質(zhì)問題，不同階段應(yīng)逐步揭示場地巖溶問題的實(shí)質(zhì)，解決不同的問題。在勘察設(shè)計(jì)階段需要解決場地穩(wěn)定性和絕大部分塔位地基穩(wěn)定性問題；少量的塔位地基穩(wěn)定性問題和不可預(yù)見的巖溶地基處理問題，可在施工階段解決。

一般架空輸電線路處理方式有“避”“補(bǔ)”“跨”“穿”等幾種方式，在實(shí)際工程處理中，應(yīng)根據(jù)工程優(yōu)化原則，進(jìn)行多方案綜合分析比較，一方面是路徑優(yōu)化與地基處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，另一方面是地基處理方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，最后確定最優(yōu)的處理方案。