輸電線路塔基防洪問題探討

王永豪 鄭博 候恒

摘要：輸電線路由于線路路徑長(zhǎng)，跨越的地貌單元多樣，不可避免地存在著跨越河流、湖泊、溝渠等水文條件較為復(fù)雜地域的情形。在這些地段，輸電線路塔基防洪問題尤為關(guān)鍵，對(duì)于工程造價(jià)有著直接影響。如果考慮過大，則容易造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi);反之如果考慮過小，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則關(guān)乎工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此在設(shè)計(jì)各個(gè)階段都給予了特別關(guān)注。工程實(shí)踐中，需要結(jié)合水文條件、地質(zhì)條件、周邊已運(yùn)行工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等綜合分析計(jì)算判斷，昀終確定一個(gè)合理的設(shè)計(jì)值，滿足工程實(shí)際設(shè)計(jì)需要。本文以工程實(shí)例作為研究對(duì)象，分析輸電線路塔基基礎(chǔ)防洪問題，對(duì)防洪問題中涉及的沖刷計(jì)算和人類活動(dòng)影響等問題進(jìn)行探討，以期為類似輸電線路工程提供有益參考。

關(guān)鍵詞：輸電線路;塔基;防洪問題

1 沖刷計(jì)算

輸電線路基礎(chǔ)沖刷計(jì)算歷來沒有自己獨(dú)立成體系的計(jì)算公式，采用公式來源于公路和鐵路的橋梁沖刷計(jì)算，沖刷深度為天然沖刷、一般沖刷和局部沖刷三者之和。

天然沖刷指河道天然演變所導(dǎo)致的沖刷，這種沖刷更多地緣于地質(zhì)營(yíng)力所形成，諸如風(fēng)蝕、水蝕等，天然沖刷目前尚無可靠的計(jì)算方法，其幅度較難量化。此外，由于輸電線路工程壽命相對(duì)于地質(zhì)年代很短，且由于這部分計(jì)算需要多年的觀測(cè)資料，而極少數(shù)河流才進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一般河流較難以獲取，因此，工程實(shí)踐中很少考慮天然沖刷對(duì)輸電線路基礎(chǔ)的影響。多年工程實(shí)踐證明，這種考慮是可以保障線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行的。但對(duì)于一些多沙質(zhì)游蕩型河流，人類活動(dòng)對(duì)河床改變較大，導(dǎo)致河床被重新塑造，如黃河流域的水庫沖沙活動(dòng)，這類活動(dòng)導(dǎo)致的天然沖刷需要單獨(dú)考慮，后面的人類活動(dòng)影響將專門分析。

一般沖刷計(jì)算是輸電線路沖刷計(jì)算的焦點(diǎn)，也是難點(diǎn)所在，是指由于工程建成，行洪斷面被壓縮，過流流速增加，從而河流被重新塑造，上述過程所導(dǎo)致的沖刷。輸電線路的沖刷計(jì)算具有其不同于橋梁沖刷計(jì)算前提的特殊性，如在電力行業(yè)中比較普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為輸電線路檔距較大，因而基礎(chǔ)壓縮河流斷面甚少，且基礎(chǔ)截面與河寬相比占比很小，對(duì)于流速影響可忽略不計(jì)，從而可以不考慮一般沖刷。但上述成果由于缺少理論和實(shí)踐支撐，在水利部門完成的防洪影響評(píng)價(jià)中，經(jīng)常持完全不同的觀點(diǎn)，即同時(shí)考慮一般沖刷和局部沖刷。從工程安全角度考慮，同時(shí)考慮到水利部門對(duì)工程監(jiān)管的需要，此外，一般輸電線路跨越河流相對(duì)較少，采用差異化的跨河設(shè)計(jì)滿足工程的需要，本文建議按水利部門的沖刷計(jì)算考慮，即同時(shí)考慮一般沖刷和局部沖刷。這樣既滿足了工程安全的需要，同時(shí)在相關(guān)政府監(jiān)管中也是有利的。一般沖刷計(jì)算中同時(shí)需要的另一個(gè)問題是現(xiàn)有塔位處于灘地和主槽的情形，這種情形對(duì)于游蕩型河流尤為關(guān)鍵，游蕩型河流主槽不定，由于人類活動(dòng)、大的洪水過程皆可能對(duì)河道進(jìn)行重新塑造，因此在這些河段必須要考慮主槽演變對(duì)塔位沖刷的影響。對(duì)于一些游蕩性河床沖刷深度計(jì)算，半理論半經(jīng)驗(yàn)公式存在一定局限性，需進(jìn)行模型試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。

局部沖刷指河道中設(shè)置塔基后，塔基周圍的水流情況與原始天然狀態(tài)會(huì)發(fā)生很大變化，由于塔基對(duì)水流的阻擋作用，因此在塔基上游不遠(yuǎn)處導(dǎo)致水面壅高，至塔基位置達(dá)到昀高，兩側(cè)水流收縮集中，動(dòng)能增加，水面逐漸下降，在塔基后一定范圍內(nèi)水面都很不穩(wěn)定。塔基的阻水作用使塔基前形成較強(qiáng)的螺旋流并向下游傳播發(fā)展，同時(shí)在塔基下游形成回流區(qū)，回流區(qū)會(huì)形成旋渦將泥沙卷往下游，引起床面沖刷。水流在壓差的作用下產(chǎn)生漩流，在與縱向水流匯合后，產(chǎn)生圍繞塔基卷繞的馬蹄形漩渦，漩渦是引起局部沖刷的主要原因。局部沖刷的計(jì)算主要與一般沖刷后水深、基礎(chǔ)型式、與水流的夾角等相關(guān)，在基礎(chǔ)型式中，目前采用群樁基礎(chǔ)沖刷的，根據(jù)工程實(shí)踐，將群樁折算到單樁的迎水截面，從而采用與單樁相同的公式，可以在一定程度上解決復(fù)雜問題。對(duì)于特殊復(fù)雜的群樁沖刷深度計(jì)算，通過模型試驗(yàn)，研究成果可為設(shè)計(jì)、相關(guān)專題所需的沖刷問題提供有利的技術(shù)支撐。

2 人類活動(dòng)影響

人類活動(dòng)很大程度上改變了原有的自然地形地貌條件，具有巨大的自然再塑力，導(dǎo)致流域形態(tài)、水流流向、流速等改變，與原有自然地形地貌條件有很大不同，將可能導(dǎo)致很大的破壞力。因而，在人類活動(dòng)頻繁地區(qū)需考慮工程建設(shè)期內(nèi)人類活動(dòng)對(duì)塔基防洪可以能影響，提前采取技術(shù)和工程措施，以避免由于人類活動(dòng)導(dǎo)致的工程措施變更。下面以典型工程實(shí)例進(jìn)行分析。

由于修建截洪溝改變了原有的溝道來水量，導(dǎo)致來水量增大，同時(shí)地層為圓礫及砂土，顆粒間無黏性，抗沖刷能力差，因此水流對(duì)沖溝的切割逐漸加大，塔位沖溝不斷向下深切，溝底兩側(cè)直立陡坎相對(duì)高度不斷增加，不斷坍塌或引發(fā)滑塌，進(jìn)而在不斷循環(huán)交替過程中向塔基方向發(fā)展，昀終威脅塔基的安全穩(wěn)定性，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘后，采取了塔基移位的措施，造成了一定程度上的經(jīng)濟(jì)損失。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查，分析原因主要有：（1）河道整治改變了河勢(shì)，2011年陜西渭河段綜合整治工程開工，整治工程西起渭南與臨潼交界，東至渭河潼關(guān)入黃口。包括防洪工程、河道清障、污水治理、生態(tài)景觀四大建設(shè)內(nèi)容。按照城區(qū)段百年、農(nóng)防段 50年一遇標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)渭河河灘區(qū)進(jìn)行全線清障。由于綜合整治工程開工，改變了原有河道河勢(shì)，使河道主槽發(fā)生了比較大的變化。此外，在距線路上游約 500～1000m內(nèi)修建了 2個(gè)挑流丁壩，使水流偏向塔基處，導(dǎo)致塔基處水流流速、水深改變，從而導(dǎo)致沖刷深度加大，使塔基基礎(chǔ)裸露。（2）梯級(jí)電站聯(lián)合調(diào)度調(diào)水調(diào)沙對(duì)渭河河道形態(tài)的影響，上游連續(xù)進(jìn)行了利用并優(yōu)化桃汛洪水過程沖刷降低潼關(guān)高程試驗(yàn)，均取得明顯效果。潼關(guān)河段河勢(shì)調(diào)整理順，形成單一的規(guī)則主槽，導(dǎo)致潼關(guān)高程下降，由于排沙的上溯性，導(dǎo)致塔位處的高程逐年下降。

3 討論

針對(duì)上述問題，如何避免輸電線路在跨越河流、湖泊、溝渠等水文條件較為復(fù)雜的地域，可能導(dǎo)致工程變更，主要有以下考慮：

進(jìn)行充分現(xiàn)場(chǎng)踏勘和資料收集，現(xiàn)場(chǎng)踏勘是設(shè)計(jì)的前提，只有充分現(xiàn)場(chǎng)踏勘，才能為后續(xù)工作提供基礎(chǔ)，在現(xiàn)場(chǎng)踏勘過程中，要充分注意周邊工程情況，要留意工程名稱、承建單位等信息，為后續(xù)收資奠定基礎(chǔ)。在資料收集過程中，不但要收集現(xiàn)有工程資料，同時(shí)還應(yīng)收集規(guī)劃工程資料。資料收集是進(jìn)行內(nèi)業(yè)工作的基礎(chǔ)，只有充分的資料收集，才能與內(nèi)業(yè)的分析計(jì)算進(jìn)行比較對(duì)比，從而為提供合理的結(jié)果奠定基礎(chǔ)。

對(duì)線路經(jīng)過人類活動(dòng)影響強(qiáng)烈地區(qū)，盡量避免河中立塔，應(yīng)在前期階段，相關(guān)專業(yè)進(jìn)行充分溝通，進(jìn)行跨河方案比選，從而昀大程度上減少河道、湖泊、溝渠中立塔的情形，如無法避免，應(yīng)優(yōu)選立塔位置，通過影像圖對(duì)比不同時(shí)期歷史影像，避開分洪口門、河道演變劇烈地段等不利位置，如無法避開，從工程安全角度出發(fā)，應(yīng)適當(dāng)留有裕度，對(duì)于游蕩型河流，可采取灘地立塔按主槽考慮，這樣在前期階段就留有一定的安全裕度，從而昀大程度上避免因水文條件變化導(dǎo)致塔基不穩(wěn)定等狀況。

4 結(jié)語

輸電線路由于線路路徑長(zhǎng)，跨越的地貌單元多樣，在水文條件復(fù)雜地段輸電線路塔基防洪問題尤為關(guān)鍵，對(duì)于工程造價(jià)有著直接影響。本文以工程實(shí)例為研究對(duì)象，分析輸電線路塔基基礎(chǔ)防洪問題，對(duì)防洪問題中涉及的沖刷計(jì)算和人類活動(dòng)影響等問題進(jìn)行探討，以期為類似輸電線路工程提供有益參考。

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