高烈度地震觸發(fā)山區(qū)輸電線路震害發(fā)育分布規(guī)律

(西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

0 引 言

中國西部地區(qū)受到印度板塊和歐亞板塊的碰撞影響，青藏高原強烈變形，高原內(nèi)部及其邊緣的活斷層上經(jīng)常發(fā)生強烈地震，是世界大陸內(nèi)部活躍的強烈地震區(qū)之一。中國西南地區(qū)水電資源豐富，輸電線路很多從高烈度地震區(qū)穿過，大多在崇山峻嶺中走線，塔位所在處地形陡峻，地質(zhì)構造復雜。

“5·12”汶川地震震中烈度為Ⅺ度，“4·20”蘆山地震震中烈度為Ⅸ度。這兩次地震均為高烈度地震，波及范圍廣，給該區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)工程造成了極大的破壞。據(jù)不完全統(tǒng)計，在汶川地震中輸電線路受損數(shù)達到1643條，其中500 kV的線路受損4條，220 kV～330 kV的線路受損64條。

已有調(diào)查結果表明線路受損情況與變壓器、斷路器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器等震害相比較輕[1-3]。但在地震中倒塌、破壞仍較多，主要是地基不均勻沉降、山體滑坡、泥石流等造成的塔體傾斜、傾倒、構件損壞等[4-5]。而實際上由于地形陡峭、巖體風化破碎等，強烈地震時，地震誘發(fā)的災害，特別是在山岳地區(qū)，其危害比地震直接造成的還要大[6-10]。

“4·20”蘆山地震發(fā)生后，西南電力設計院有限公司等單位迅速組織了相關人員進行系統(tǒng)的震害排查，迅速掌握了蘆山地震后在建和已建典型輸電線路(康崇線500 kV輸電線路)塔位、塔基出現(xiàn)明顯破壞或失穩(wěn)資料。下面通過這些資料分析，以500 kV康崇輸電線路為對象，對震害塔位從場地烈度、地形坡度、地形地貌、基礎形式等方面進行分析和研究，從而獲得高地震烈度區(qū)陡坡地形帶塔位和塔基的震害類型、分布特點。

1 蘆山地震震害及分析

1.1 與地震烈度的關系

統(tǒng)計康崇線塔基在不同烈度區(qū)損壞數(shù)，結果見表1。

表1 康崇線塔位不同烈度區(qū)震害統(tǒng)計

從表1可以看出，隨地震烈度增加，震害也在逐漸增大。Ⅵ度以下地區(qū)輸電線路損壞比例僅為2.9%，到Ⅵ度區(qū)后，損壞比例顯著增高。從輸電線塔基損壞統(tǒng)計結果看，Ⅵ度損壞比例急劇上升，并且接近Ⅶ度，甚至Ⅷ度區(qū)。進一步分析，Ⅵ度區(qū)塔基的破壞特點，其破壞程度還是較Ⅶ度、Ⅷ度區(qū)輕，震害類型主要有滾石砸壞等由地震地質(zhì)災害引起的損壞。輸電線路一般地震烈度Ⅶ度及以上才考慮抗震設防是合理的，在Ⅵ度區(qū)走線時，地質(zhì)災害對塔基的不良影響可采取適當?shù)姆雷o措施。

1.2 與地形坡度的關系

將塔基所處的地形坡度分成：<10°、10°～<15°、15°～<20°、20°～<25°、25°～<30°、30°～<35°、35°～<40°以及≥40°共8檔，對52個震害塔基的地形坡度進行統(tǒng)計分析，同時與全線路塔基地形坡度進行對比，獲得不同坡度條件下塔基的損壞比例，結果見圖1。從圖1可以看出，坡度越陡，發(fā)生震害的比例越大，其中坡度為30°～<40°時震害比例較大。

將震害從表象和宏觀特征將其分為堡坎開裂、滾石砸壞、下方山體塌方、基礎周邊土體裂縫、上方山體滑坡5種破壞方式。為了探討塔基破壞方式與塔基側(cè)坡度的關聯(lián)性，將塔基側(cè)坡度分為：15°～<20°、20°～<25°、25°～<30°、30°～<35°、35°～<40°、40°～<45°共7檔，對不同的震害類型在不同坡度的分布情況進行統(tǒng)計，結果見圖2。

從圖2總體可以看出塔基破壞類型中滾石砸壞、周邊土體裂縫分布的坡度范圍較大，堡坎開裂、下方土體塌方分布在坡度較陡段。

圖1 震害隨陡坡自然坡度分布情況

圖2 各個震害類型隨基側(cè)坡度分布情況

不同震害破壞方式發(fā)育的地形地貌、地形坡度統(tǒng)計如圖3所示。

圖3 震害整體統(tǒng)計結果

堡坎開裂主要發(fā)生在坡體中上部靠近坡頂?shù)牟课?，表現(xiàn)為施工自建平臺外堡坎出現(xiàn)裂縫。這類損壞主要發(fā)生在塔基處坡度30°～40°內(nèi)；滾石砸壞發(fā)生在坡體中上部靠近坡腰的位置，隨坡高增高，發(fā)生震害坡體坡度也隨之變大，中低山斜坡震害主要發(fā)生在10°～20°坡段內(nèi)，而高山斜坡震害則發(fā)生在25°～40°坡段內(nèi)；下方山體塌方發(fā)生在斜坡(坡脊)中上部，并且基側(cè)坡度較陡，一般約30°～45°坡段內(nèi)；基礎周邊土體有裂縫出現(xiàn)該類損壞的地形地貌無集中表現(xiàn)，即各類地貌中均有發(fā)育。出現(xiàn)的地形坡度亦從相對較緩至陡坡，發(fā)生范圍較廣。

總之，大部分的震害分布在地形坡度為20°～45°的坡段內(nèi)，現(xiàn)場調(diào)查同時發(fā)現(xiàn)，震害產(chǎn)生的具體部位還與微地貌形態(tài)有密切關系。

2 震害特征

對堡坎開裂、滾石砸壞、下方山體塌方、基礎周邊土體裂縫、上方山體滑坡5種塔基破壞方式進一步分析其震害特征。

堡坎開裂是樁基施工挖土堆砌于塔基周圍形成的堡坎在地震作用下產(chǎn)生裂縫，外在表現(xiàn)為堡坎開裂，實質(zhì)上是地震作用下地基基礎的損壞。主要發(fā)生在坡體中上部，塔基處坡度30°～<40°。

滾石砸壞則是塔基被處于其上方的山體崩塌落石砸中而損壞，是受地震地質(zhì)災害的影響而損壞。發(fā)育坡度幾乎涵蓋所設的7個檔，隨機性較大。

下方山體塌方是指地震作用下樁側(cè)坡土體出現(xiàn)變形、甚至塌方。陡坡場地上的樁基礎一般會有一側(cè)或多側(cè)外邊坡，外邊坡的土體實質(zhì)上構成樁周土體，因此外側(cè)(下側(cè))坡失穩(wěn)破壞實質(zhì)上是樁周部分土體發(fā)生比裂縫更嚴重的變形破壞，因此，其表象雖為滑塌地質(zhì)災害，實質(zhì)上是樁周土體失穩(wěn)，因而可歸為地基基礎損壞。

基礎周邊土體裂縫則是樁基礎在地震力作用下樁周土出現(xiàn)裂縫，一般認為樁基礎的破壞包括樁本身破壞以及樁周土體破壞等，因此該種破壞實質(zhì)上是地震作用下地基基礎的損壞。

上方山體滑坡是塔基被處于其上方的山體滑坡的滑動、堆積作用而損壞，是受地震地質(zhì)災害的影響而損壞。上方山體滑坡主要發(fā)生在25°～<30°坡段，因為一般覆蓋層邊坡坡度在25°～<40°左右，而基巖邊坡坡度則可能更陡，超過35°后坡積層就很難停積。

因此，根據(jù)震害特征將堡坎開裂、下方山體塌方、基礎周邊土體裂縫的震害類型歸為地震致地基基礎損壞，而將上方山體滑坡、滾石砸壞的震害歸為地震地質(zhì)災害致地基基礎損壞。

將前述的5類塔基破壞方式按其震害類型重新統(tǒng)計，結果見表2。

表2 不同震害類型樁基損壞數(shù)量

輸電線塔場地地基基礎的損壞包括場地破壞和地基基礎破壞。場地破壞主要表現(xiàn)在場地巖土體的滑坡、崩塌等失穩(wěn)破壞，場地破壞可能會對地基基礎造成不良影響。地震致地基基礎損壞主要為塔基周邊土體破壞，因線路荷載與地震力共同作用下引起，直接影響線路基礎穩(wěn)定，此類為線路設計時主要防治對象。地震致地基基礎損壞數(shù)量較大，占86.7%，而地震地質(zhì)災害致地基基礎損壞也占有一定比例，為13.3%。

通過上面統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，山區(qū)線路優(yōu)先選取地勢起伏較小的斜坡走線，當陡坡坡度大于30°以上地區(qū)，不宜修筑堡坎，山區(qū)線路基礎優(yōu)先考慮埋置深的原狀土基礎，受淺層土體變形影響小，同時不宜在塔基周圍棄土。

3 結 語

通過研究，對高烈度地震觸發(fā)的輸電線路震害發(fā)育分布可以得到以下基本結論：

1)隨地震烈度增加，震害也在逐漸增大。到Ⅵ度區(qū)后，損壞比例顯著增高。進一步分析Ⅵ度區(qū)塔基的破壞特點，可以看出其破壞程度還是較Ⅶ度、Ⅷ度區(qū)輕，輸電線路一般地震烈度Ⅶ度及以上才考慮抗震設防是合理的，在Ⅵ度區(qū)走線時，地質(zhì)災害對塔基的不良影響可采取適當?shù)姆雷o措施。

2)坡度越陡，發(fā)生震害的比例越大，其中坡度為30°～40°時震害比例較大。同時，塔基破壞方式與塔基側(cè)坡度的關聯(lián)性得出塔基破壞類型中滾石砸壞、周邊土體裂縫分布的坡度范圍較大，堡坎開裂、下方土體塌方分布在坡度較陡段。

3)絕大部分的地震災害點都分布在20°～50°的坡段內(nèi)，地震災害產(chǎn)生的具體部位與微地貌形態(tài)還有密切的關系。通常發(fā)生在斜坡或坡脊的中上部。

4)輸電線塔位塔基震害調(diào)查中，將震害從表象和宏觀特征將其分為堡坎開裂、滾石砸壞、下方山體塌方、基礎周邊土體裂縫、上方山體滑坡5種破壞方式，并根據(jù)各震害類型特點將輸電線塔場地地基基礎的損壞分為場地破壞和地基基礎破壞。

5)山區(qū)線路優(yōu)先考慮選取地勢起伏較小的斜坡走線，當陡坡坡度大于30°以上地區(qū)，不宜修筑堡坎，線路基礎優(yōu)先選用原狀土基礎，不宜在塔基周圍棄土。