架空輸電線路塔基邊坡穩(wěn)定性分析及治理措施

裴大威

（廣東順德電力設(shè)計院有限公司，廣東佛山 528300）

0 引言

滑坡是山地架空輸電線路比較常見的一種地質(zhì)災(zāi)害，塔基滑坡將導(dǎo)致塔基失穩(wěn)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。一般情況下，塔位選擇時應(yīng)盡量避開不良地質(zhì)地貌，但輸電線路受線路宜直不宜曲、宜選高位不宜選低洼等其他控制線路造價因素的影響，塔位一般選擇相對高聳的位置，這些也是相對容易發(fā)生滑坡的位置，因此勘察設(shè)計階段，對無法避開且可能存在邊坡失穩(wěn)的塔位應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，研究其潛在滑面位置、滑帶抗剪強(qiáng)度、控制邊坡穩(wěn)定性的因素等，對于不滿足安全穩(wěn)定性的邊坡應(yīng)提前采取可靠的加固措施，防止后期滑坡。

1 邊坡穩(wěn)定性分析

1.1 引起滑坡的原因

引起滑坡的根本原因在于土體內(nèi)部某個面上的剪應(yīng)力達(dá)到了它的抗剪強(qiáng)度，穩(wěn)定平衡遭到破壞。剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度的原因有兩種：①由于剪應(yīng)力的增加，例如桿塔基礎(chǔ)施工時，在坡面或坡頂填土堆載導(dǎo)致荷重增加，降雨使土體重度增加，這些都會使土體內(nèi)部剪應(yīng)力增加；②由于土體本身抗剪強(qiáng)度減小，例如孔隙水應(yīng)力的升高，黏土夾層因浸水而軟化，黏性土的蠕變等都會引起巖土體的強(qiáng)度降低。

1.2 簡化的畢肖普條分法

條分法是目前一般工程中常用的土坡穩(wěn)定分析方法，有瑞典條分法、簡化的畢肖普（Bishop）條分法、楊布條分法等，其中畢肖普條分法的使用比較廣泛，該方法有如下假定：

（1）假定滑動面為圓弧面。

（2）不考慮切向條間力。

（3）土條是剛性的。

（4）各土條底部滑動面上的抗滑安全系數(shù)均相同，即等于滑動面的平均安全系數(shù)。

取任一土條i，其上的作用力有土條自重Wi，作用于土條底部的切向抗剪力有效法向應(yīng)力Ni′，孔隙水壓力uili，在土條兩側(cè)分別作用有法向力Ei和Ei+1及切向力Xi和Xi+1，令ΔXi=Xi+1-Xi，ΔEi=Ei+1-Ei，畢肖普條分法受力如圖1所示。

圖1 畢肖普條分法受力分析

結(jié)合莫爾—庫倫強(qiáng)度理論，畢肖普條分法計算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的公式如下：

假設(shè)ΔXi=0，即得到簡化的畢肖普條分法公式（根據(jù)大量工程實(shí)例證明，這種簡化對安全系數(shù)的影響較小，僅為1%左右）。

畢肖普條分法公式可以寫成總應(yīng)力計算公式：

對于土質(zhì)邊坡，在進(jìn)行穩(wěn)定計算時，首先要假定若干可能的滑動面，分別求出它們的抗滑安全系數(shù)，從中找出最小值，以此來代表土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，而與此相應(yīng)的滑動面也就是最危險的滑動面。對均質(zhì)土坡來說，滑動面位置與土的性質(zhì)、土坡坡度以及硬土層的埋藏深度有關(guān)。

2 某塔基邊坡穩(wěn)定性分析及治理措施

某高壓架空輸電線路桿塔塔基位于山脊，邊坡有歷史滑坡痕跡。塔基地區(qū)山體為花崗巖風(fēng)化土，主要為坡積粉質(zhì)黏土、殘積砂（礫）質(zhì)黏性土和全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。該土層為特殊性土，具有隨含水量增加，其強(qiáng)度降低、壓縮性增大的軟化特性和浸泡后呈散粒狀、片狀及塊狀掉剝崩落的崩解特性。根據(jù)勘察資料，結(jié)合工程經(jīng)驗，提出本桿塔邊坡巖土設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 主要巖土層物理指標(biāo)

工程采用SLOPE/W-2007軟件建模，采用Bishop法極限平衡理論對滑坡進(jìn)行邊坡整體穩(wěn)定性驗算分析，建模如圖2所示，計算結(jié)果如表2所示。

圖2 滑坡整體穩(wěn)定性驗算模型

表2 塔基邊坡整體穩(wěn)定性分析計算結(jié)果（加固前）

根據(jù)計算，該邊坡不穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求值，因此必須對塔基影響范圍內(nèi)的邊坡進(jìn)行適當(dāng)防護(hù)，以減少外界因素的影響。綜合分析塔基所在邊坡的地質(zhì)情況和環(huán)境條件，本次治理方案設(shè)計主要采用如下措施：

（1）在塔基下方的滑坡區(qū)域采用錨桿（錨索）+格構(gòu)梁加固，并采用噴混植生進(jìn)行生態(tài)護(hù)坡防護(hù)；其中滑坡上部采用預(yù)應(yīng)力錨索+格構(gòu)梁加固，設(shè)置7排錨索，共計56根錨索，滑坡下部采用錨桿+格構(gòu)梁加固，設(shè)置3排錨桿，共計24根錨桿。

（2）每根錨索由4束15.2mm鋼絞線（1×7股）組成，1860級，單根錨索長度L=20m，錨固段La=15m；錨桿采用HRB400級螺紋鋼筋，d=28mm，單根長度分別為L=12m/8m，如圖3、表3所示。

圖3 滑坡錨桿（錨索）加固模型

表3 塔基邊坡整體穩(wěn)定性分析計算結(jié)果（加固后）

根據(jù)數(shù)值計算分析，采用錨桿（錨索）+格構(gòu)梁加固治理方案有效提高邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)語

（1）滑坡是山地架空輸電線路比較常見的一種地質(zhì)災(zāi)害，塔基滑坡將導(dǎo)致塔基失穩(wěn)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。對可能存在邊坡失穩(wěn)的塔位應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，研究其潛在滑面位置、滑帶抗剪強(qiáng)度、控制邊坡穩(wěn)定性的因素等，對于不滿足安全穩(wěn)定性的邊坡應(yīng)提前采取可靠的加固措施，防止后期滑坡。

（2）畢肖普（Bishop）條分法是邊坡穩(wěn)定性計算中的常用方法，本文采用SLOPE/W軟件中Bishop法對某高壓輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡進(jìn)行了整體穩(wěn)定性驗算分析，得出該邊坡需進(jìn)行加固處理。

（3）采用錨桿（錨索）+格構(gòu)梁加固，并采用噴混植生進(jìn)行生態(tài)護(hù)坡防護(hù)方式，能起到很好的邊坡穩(wěn)定作用。

（4）根據(jù)邊坡失穩(wěn)的原因分析，施工階段應(yīng)加大桿塔施工中的余土外運(yùn)，避免塔基周圍堆載，對周圍裸露的土體進(jìn)行充分復(fù)綠，避免雨水沖刷和水土流失。