330 kV黃侯線ZMC1型單回路直線桿塔傾斜原因分析及處理

鄧凱，陳泓，刁志文，馬學(xué)榮

(1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100 2.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司，寧夏 銀川 750001)

1 桿塔傾斜原因分析

330 kV黃侯線起于侯橋變電站,止于黃河變電站,線路全長(zhǎng)54.822 km，該線路95號(hào)桿塔為3A1-ZMC1型直線鐵塔，下橫擔(dān)至桿塔基面呼稱高42 m[1]，全高50.6 m，水平檔距277 m，垂直檔距368 m，采用XZ2030板式斜柱基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)鐵塔基礎(chǔ)根開7 828 mm。

1.1 桿塔傾斜情況調(diào)查

2019年10月，發(fā)現(xiàn)面向小號(hào)側(cè)鐵塔整體向左前側(cè)傾斜，即鐵塔整體向B腿方向傾斜，B、D腿基礎(chǔ)保護(hù)帽存在拉裂現(xiàn)象，塔身主材及2個(gè)橫隔面斜材發(fā)生不同程度的彎曲和脫落，絕緣子順線路傾斜。

發(fā)現(xiàn)該處嚴(yán)重缺陷后，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步對(duì)桿塔傾斜情況測(cè)量，該桿塔整體向B腿方向傾斜29.72 cm，傾斜度達(dá)5.87%(輸電線路運(yùn)行桿塔傾斜度最大允許為0.5%)[2]，因鐵塔傾斜嚴(yán)重造成絕緣子順線路傾斜達(dá)8.1°，超出7.5°運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求[3]?？紤]基礎(chǔ)澆筑施工原因，在測(cè)量基礎(chǔ)根開與設(shè)計(jì)圖紙對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，正面根開與設(shè)計(jì)值偏差分別為-48、22、-38、-28 mm。場(chǎng)地存在大范圍堆土。原場(chǎng)地地形相對(duì)平坦，現(xiàn)塔基附近堆有2～4 m高的堆土，最近處的堆土離AB腿3～4 m。堆土造成塔基存在一定程度的匯水條件，并在塔基2～3 m處形成小沖溝。

圖1 塔基現(xiàn)場(chǎng)

綜合以上情況，初步判斷主要原因?yàn)锽腿基礎(chǔ)沉降太多導(dǎo)致桿塔受到較大附加荷載引起，其次B腿側(cè)大量堆土導(dǎo)致B腿基礎(chǔ)排水不暢，存在長(zhǎng)時(shí)間浸水現(xiàn)象，兩者共同引起地基不均勻沉降，以上情況已嚴(yán)重危及到線路的安全運(yùn)行。

1.2 地質(zhì)情況調(diào)查

為進(jìn)一步確定330 kV黃侯線95號(hào)塔傾斜成因，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)專業(yè)進(jìn)行鉆探補(bǔ)勘[4]。補(bǔ)勘點(diǎn)布置見圖2。

圖2 勘探點(diǎn)布置

在勘探點(diǎn)編號(hào)A2、B2、C2、D2共取原狀樣8件，在勘探點(diǎn)編號(hào)B1、D1取原狀樣8件，進(jìn)行原常規(guī)、剪切、壓縮，擊實(shí)試驗(yàn)，得出結(jié)論：指標(biāo)與原狀土樣數(shù)值差異較大，95號(hào)塔附近為填土堆積而成，根據(jù)原始地形分析，填土厚度差異較大。且根據(jù)鉆探結(jié)構(gòu)，填土多未經(jīng)碾壓處理，強(qiáng)度不均勻，無(wú)法直接作為塔基持力層和下臥層。故繼續(xù)對(duì)本次勘察的填土層、泥巖層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)

由表1可知，填土層標(biāo)貫擊數(shù)極其不均勻，結(jié)合鉆探巖芯情況分析，填土層擊數(shù)低的位置多為細(xì)粒土堆填，而標(biāo)貫擊數(shù)高的位置多為塊狀土填充，不能真實(shí)反映土的強(qiáng)度情況。泥巖層如為天然土層，鉆探巖芯多成長(zhǎng)柱狀，而現(xiàn)場(chǎng)巖芯多成碎塊狀，且易發(fā)現(xiàn)填充痕跡；如為天然土層，泥巖具備自造漿功能，而本次鉆探過(guò)程中，泥漿滲漏明顯，耗水量較大，且鉆進(jìn)過(guò)程由于填土的不均勻性，鉆進(jìn)過(guò)程變化較大：碰細(xì)粒填土，鉆進(jìn)速度較快；碰巖塊時(shí)，鉆進(jìn)速度又較慢，更印證了填土的不均勻性。

綜上分析，95號(hào)塔原地質(zhì)0.0～1.7 m為粉土，以下為深厚泥巖，與現(xiàn)勘察成果存在差異，根本原因是施工圖勘察時(shí)，未對(duì)地貌準(zhǔn)確判斷，誤認(rèn)為原始地貌；在定位勘察時(shí)直線塔位按單個(gè)勘探點(diǎn)布置，勘探至1.7 m時(shí)，將回填的泥巖塊誤判為泥巖原狀土。由于地質(zhì)勘查結(jié)果誤判，造成基礎(chǔ)型式與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)不符，從而在運(yùn)行后逐漸形成不均勻沉降[5]。

1.3 歷史原狀地貌復(fù)核

為避免類似情況發(fā)生，對(duì)鄰近類似場(chǎng)地的地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查，范圍為95號(hào)塔所處的耐張段所有塔位，調(diào)查內(nèi)容是明確該段地基是否存在回填土現(xiàn)象，以及對(duì)該段塔基的安全穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：93號(hào)塔位為原狀土，94號(hào)塔位處存在厚約0.2～0.6 m的填土；95號(hào)塔位填土厚度約12.1～28.6 m。進(jìn)一步對(duì)該區(qū)域不同時(shí)期衛(wèi)星圖片調(diào)查見圖3。

圖3 93號(hào)—95號(hào)塔區(qū)域2007年—2018年衛(wèi)星圖片

其它塔位通過(guò)本次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)察,并結(jié)合衛(wèi)星圖片分析,塔位地貌無(wú)顯著變化,均位于原狀土層上,安全性無(wú)問(wèn)題。

1.4 桿塔傾斜成因

綜合以上調(diào)查取樣試驗(yàn)分析，該塔基礎(chǔ)土質(zhì)存在回填情況，而前期地勘取樣未核實(shí)原始地貌，勘測(cè)點(diǎn)布置不夠，勘測(cè)深度不能如實(shí)反映真實(shí)地質(zhì)情況，將回填的泥巖塊誤判為泥巖原狀土，導(dǎo)致后期鐵塔運(yùn)行過(guò)程中基礎(chǔ)不均勻下沉，桿塔傾斜嚴(yán)重。

2 處理方案及實(shí)施

2.1 處理方案的提出

(1)桿塔臨時(shí)保護(hù)措施?？紤]到支座沉降會(huì)對(duì)桿塔施加較大的附加荷載，需對(duì)原95號(hào)塔地腳螺栓進(jìn)行卸載，依次逐腿松開A/C/D腿地腳螺栓螺帽，并依次重新擰緊。原95號(hào)塔沿四腿腿方向做好臨時(shí)拉線措施，拉線初始拉應(yīng)力可按120～140 MPa控制，拉點(diǎn)布置在塔頭與塔身交界處的橫隔節(jié)點(diǎn)上，達(dá)到臨時(shí)補(bǔ)強(qiáng)保護(hù)目的。

(2)B腿塔腳板加墊板。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，以D腿基礎(chǔ)頂面為基準(zhǔn)，其中A腿基礎(chǔ)頂面低16 mm,B腿基礎(chǔ)頂面低154 mm,C腿基礎(chǔ)頂面低12 mm，理論上需將四腿墊平才能消除附加荷載，但考慮到B腿地腳螺栓出扣長(zhǎng)度僅120 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于最大沉降值，因此建議B腿加楔形墊板，墊高10 cm為宜。雖四個(gè)基礎(chǔ)不在一個(gè)平面，但一定程度上緩解了鐵塔桿件的附加荷載；同時(shí)，塔腳板加墊板后需對(duì)塔身進(jìn)行整體傾斜度校核。

(3)可調(diào)式聯(lián)合大板基礎(chǔ)加固。目前基礎(chǔ)糾偏方案國(guó)內(nèi)大多數(shù)采用的是可調(diào)式聯(lián)合大板基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)雖一定程度解決基礎(chǔ)沉降問(wèn)題，但僅適用于原狀土，本桿塔采用斜柱板式基礎(chǔ)，且沉降值高達(dá)15 cm，需上下、左右同時(shí)調(diào)整糾偏，采用可調(diào)式聯(lián)合大板基礎(chǔ)實(shí)施極其困難，同時(shí)在地基不穩(wěn)定的情況下，采用斜柱基礎(chǔ)本身是不合適的，因?yàn)橹灰A(chǔ)存在很小的不均勻沉降，就會(huì)引發(fā)基礎(chǔ)出現(xiàn)次生的滑移現(xiàn)象，將加劇桿塔傾斜或倒塔的可能。

(4)臨時(shí)塔基礎(chǔ)排水?，F(xiàn)場(chǎng)勘查存在塔基雨水沖刷情況，對(duì)塔基采取臨時(shí)排水夯實(shí)處理，減少并避免塔基下沉。

本次處理考慮單一方案不能滿足線路短時(shí)運(yùn)行的要求，因此確定采用“塔身加裝拉線保護(hù)、塔腿墊高+桿塔加固、基礎(chǔ)排水”綜合方案。

2.2 糾偏方案的實(shí)施

(1)塔身加裝拉線保護(hù)措施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)以及理論分析結(jié)果，目前桿塔受力狀態(tài)主要圍繞AC腿基礎(chǔ)為軸線旋轉(zhuǎn)受力，再加上四腿不在同一水平高度，導(dǎo)致整塔同時(shí)處于受力較復(fù)雜的受扭狀態(tài)。為保證給后續(xù)基礎(chǔ)塔腿墊高、塔材補(bǔ)強(qiáng)提供安全可靠的保護(hù)，根據(jù)目前桿塔受力狀態(tài)，在距離地面約27 m高的塔身處，沿塔身對(duì)角線方向均勻裝設(shè)4根直徑13 mm的鋼絲繩拉線，為加強(qiáng)拉線處的強(qiáng)度以及塔身剛度，沿拉線掛點(diǎn)的塔身四周布置拉桿支撐結(jié)構(gòu)[6]，如圖4所示。

圖4 鐵塔加固、四方拉線安裝

(2)塔腿墊高及加固措施。如前所述，塔腿墊高方案重點(diǎn)針對(duì)A、B腿基礎(chǔ)，A腿需抬高10 mm，B腿需抬高164 mm，C腿和D腿不做處理，因此在A腿踏腳板下墊入10 mm厚的楔形墊板抬高，B腿采用“塔腿主材和塔腿斜材加長(zhǎng)補(bǔ)償。

(3)基礎(chǔ)排水措施。排水溝為土質(zhì)排水溝，兼截水和排水作用，開挖后對(duì)坑壁和坑底進(jìn)行夯實(shí)，坑底修整出向邊坡側(cè)的坡道，再用素混凝土對(duì)坑底和坑壁抹面，便于流水雙向順利排向邊坡，如圖5所示。同時(shí)B腿附近的沉降坑，取土回填至基坑防沉層高度，防止再次積水。

圖5 排水

3 方案實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)桿塔傾斜現(xiàn)狀調(diào)查，進(jìn)行地質(zhì)地貌取樣及衛(wèi)星云圖對(duì)比，分析沉降嚴(yán)重原因，提出了糾偏方案。2019年9月，實(shí)施了糾偏方案，在鐵塔四周打拉線確保塔身平衡，糾偏過(guò)程中對(duì)拉線張力進(jìn)行觀測(cè)和調(diào)整；對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行排水處理；采用設(shè)備抬高B腿，將預(yù)先加工好的塔腿替換原塔腿；用楔形墊塊墊高A腿；更換受損塔材。全塔螺栓復(fù)緊后，桿塔傾斜度再次測(cè)量合格。由于95號(hào)塔位為深厚回填土區(qū)，建立了7天1次的周期性基礎(chǔ)沉降測(cè)量、鐵塔根開測(cè)量、鐵塔傾斜值觀測(cè)制度，已運(yùn)行6個(gè)月，未發(fā)現(xiàn)明顯沉降，基礎(chǔ)根開仍保持原狀，桿塔傾斜度無(wú)變化，與實(shí)施前測(cè)量數(shù)據(jù)一致，說(shuō)明綜合糾偏措施實(shí)施效果良好，滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境要求，并推廣應(yīng)用至同機(jī)理傾斜桿塔上，為架空輸電線路桿塔傾斜治理提供了可參考依據(jù)，提高了設(shè)備的健康運(yùn)行水平。