丁海濤，王 赭，王繼華

(云南省電力設(shè)計(jì)院，云南 昆明 650051)

1 概述

近年來，隨著“西電東送”等能源開發(fā)和經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，云南省電網(wǎng)建設(shè)突飛猛進(jìn)、日新月異。每年竣工投產(chǎn)的電壓等級110千伏及以上工程項(xiàng)目有數(shù)十項(xiàng)之多，新建輸電線路總長數(shù)千公里。而云南省是一個(gè)高原山區(qū)省份，省內(nèi)山巒起伏，溝壑縱橫，地形地貌錯綜復(fù)雜，全省土地面積中，山地和高原約占94%，盆地僅占6%左右，這也就意味著：云南省內(nèi)輸電線路桿塔90%以上處于山區(qū)地帶。

多年來，云南省內(nèi)輸電線路設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行中，遇到的因次生地質(zhì)災(zāi)害問題造成輸電線路改線或巖土工程治理越來越多，其中一個(gè)主要原因即為施工過程中棄渣處置不當(dāng)，破壞了塔位附近的原始植被和原始地貌所造成，已經(jīng)嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，迫切需要設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行過程中采取有效的防治措施，確保輸電線路的安全運(yùn)行。

2 施工棄渣不當(dāng)對塔基穩(wěn)定性影響機(jī)理分析

本文從以下三個(gè)方面，研究因施工棄渣處置不當(dāng)，引發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害的作用機(jī)理，為提出合理可靠的處置措施提供理論依據(jù)。

2.1 施工棄渣本身的穩(wěn)定問題

圖1表示一勻質(zhì)土坡。根據(jù)瑞典條分法，對于其中任一豎向土條i，土條高為hi，寬為bi，土條本身的自重力為Wi，Ni為土條底部的總法向反力，Ti為土條底部(滑裂面)上的切向阻力；土條底部坡角為αi；長為li，土體重度為γi， AB為滑裂圓弧面，Xi為土條中心線到圓心O的水平距離。

圖1 瑞典法計(jì)算簡圖

根據(jù)摩爾－庫侖準(zhǔn)則，滑裂面AB上的平均抗剪強(qiáng)度為

式中：σ為法向總應(yīng)力；u為孔隙壓力；c'、φ'為坡體有效抗剪前度指標(biāo)

如果整個(gè)滑裂面AB上的平均安全系數(shù)為Fs，按照式(1)，土條底部的切向阻力Ti為：

取土條底部法線方向力的平衡，可得：

取所有土條對圓心的力矩平衡，有

如圖所示，根據(jù)幾何關(guān)系xi= Rsinαi

將式整理后有：

計(jì)算時(shí)土條厚度均取單寬，即有Wi=γibihi，因此式(5)可寫為

根據(jù)(6)式，巖土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)決定了邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的大小。山區(qū)塔基施工棄渣不經(jīng)處置，松散地堆放于斜坡表層，其抗剪強(qiáng)度一般都很低，極易產(chǎn)生失穩(wěn)滑坡。

2.2 邊坡自身荷載加大對塔位穩(wěn)定性影響

根據(jù)(6)式，巖土體的自身的重量也決定了邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的大小，對于一個(gè)正常穩(wěn)定的邊坡，在未施工前，邊坡是穩(wěn)定的，但或許剛好處于穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，增加了堆積在邊坡上的大量棄渣，將成為直接作用在斜坡上的附加荷載Gisinαi，對周圍巖土體產(chǎn)生一定的下滑推力或下滑摩擦力，對斜坡的變形和破壞產(chǎn)生促進(jìn)作用，見下式。

顯然Fs'，會小于Fs。

2.3 雨水入滲對塔位穩(wěn)定性影響

若棄渣不經(jīng)處置，松散堆積于塔位附近的山體斜坡上，一方面將破壞棄渣范圍內(nèi)的大量植被，導(dǎo)致表層巖土裸露，破壞原地貌的水文地質(zhì)條件，若遇強(qiáng)降水，雨水將大量下滲，導(dǎo)致斜坡上的巖土層飽和，從而增加了滑體的重量，軟化后降低巖、土體的強(qiáng)度，甚至在斜坡深部的隔水層上積水，產(chǎn)生動水壓力和孔隙水壓力，對透水巖土層產(chǎn)生浮托力等，最終導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、無雨不滑”的特點(diǎn)。

當(dāng)土坡內(nèi)部有地下水滲流作用時(shí)，滑動土體中存在滲透壓力。邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮地下水滲透壓力的影響。

圖2 滲流對邊坡穩(wěn)定性的影響

同樣，在滑動坡體中任取一豎向土條Wi=γihibi，見圖2，如果將土條和土條中的水一起作為脫離體，此時(shí)土條重力就包括土條和土條中的水體重力，即：

式中：γ為土的濕容重；γm為土的飽和容重(包括了土體和水體)。

土條的兩側(cè)和底部都作用有滲透水壓力，在穩(wěn)定的情況下，土體均已固結(jié)，由附加荷載引起的孔隙應(yīng)力均已消散，土條底部的孔隙水壓力ui也就是滲透水壓力。設(shè)土條底部中點(diǎn)處的滲透水水頭為hwi(一般根據(jù)流網(wǎng)確定)，則有

式中：γw為水的容重

一般地，bi較小，即土條取得很薄，地下水面與滑裂面接近平行，土條兩側(cè)的滲透水壓力幾乎相等，可認(rèn)為相互抵消。

將式(8)和式(9)代入式(6)，有

通過比較式(6)與(10)，可得土體飽水后斜坡穩(wěn)定系數(shù)將顯著降低。

綜上分析，施工棄渣若處置不當(dāng)，將對塔基附近山體的穩(wěn)定造成極大的不利影響，特別是在強(qiáng)降雨等作用下，將引起原穩(wěn)定斜坡發(fā)生滑動破壞，威脅塔基穩(wěn)定。

3 棄渣處置不當(dāng)對塔位穩(wěn)定性影響類型分析

通過對大量威脅塔基安全的次生地質(zhì)災(zāi)害實(shí)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出電網(wǎng)建設(shè)中存在的因棄渣處置不當(dāng)誘發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害主要有以下幾種類型。

3.1 誘發(fā)地表沖刷

在地形較陡、匯水面積較大的地段，若塔位附近地基巖土層物理力學(xué)性質(zhì)相對較差，不耐水沖刷，施工后松散棄渣不經(jīng)處置而直接就地堆放，經(jīng)雨水沖刷和較大匯水水流沖刷作用，極易引起棄渣流失，并在棄渣中形成地表徑流渠道，進(jìn)而引起棄渣厚度內(nèi)發(fā)育沖溝，沖溝進(jìn)一步向下切割，引起原位土體的流失，威脅塔基兜土、周圍埋地設(shè)施和巖土工程治理措施基礎(chǔ)的安全。

3.2 誘發(fā)地表淺層滑動

在覆蓋層較厚且土質(zhì)松散、全～強(qiáng)風(fēng)化的各種破碎巖石地帶，植被往往生長較好，對保持水土、穩(wěn)定邊坡作用突出。進(jìn)行塔基施工，破壞周圍植被，且施工棄渣不經(jīng)處置就地松散堆放，進(jìn)入雨季，松散棄渣飽水后在重力和雨水沖擊力作用下，向山坡下坡向順?biāo)疂L動、滑動，并破壞沿途下坡向原有植被，造成巖土裸露。裸露巖土在浸水、風(fēng)、光照、溫度變化等各種風(fēng)化作用下快速軟化、剝離、脫落，進(jìn)一步發(fā)展成為沖溝、滑坡等不良地質(zhì)作用；若沖溝繼續(xù)下切，將使溝壁兩側(cè)松散巖土形成臨空面，進(jìn)而誘發(fā)表淺層原位巖土的滑坡。

3.3 誘發(fā)地表深層滑動

在棄渣飽水后超重產(chǎn)生的下滑力、水壓力及徑水流等多種合力的作用下，陡坡上的棄渣極易向下滑動，當(dāng)棄渣產(chǎn)生向下滑動趨勢時(shí)，其對本土就形成一向下坡向的摩擦拖拽力，這部分外力的作用大于原始土體的抗剪切強(qiáng)度時(shí)，就會導(dǎo)致原位巖土失穩(wěn)而同時(shí)下滑，根據(jù)不同的巖土體，形成規(guī)模大小不等的滑坡。

3.4 誘發(fā)沖溝復(fù)活

少數(shù)塔基附近發(fā)育有規(guī)模大小不等的沖溝，若棄渣隨意堆放于沖溝內(nèi)，不但破壞沖溝內(nèi)原有植被，剝離沖溝表層松散巖土層，進(jìn)而剝蝕溝底和溝壁，造成沖溝“死而復(fù)活”，而且極易誘發(fā)沖溝迅速向更深、更寬處發(fā)展，引起更大規(guī)模的沖溝、滑坡等不良地質(zhì)作用。

3.5 誘發(fā)輔助巖土措施基礎(chǔ)失穩(wěn)

塔基施工完畢后，由于棄渣沒有合理處置，而是就地松散堆放，在施工擋土墻、排水溝等巖土工程措施基礎(chǔ)時(shí)，其基礎(chǔ)設(shè)置在松散棄渣表層，基底棄渣經(jīng)過降水浸泡、壓縮變形等作用，導(dǎo)致?lián)跬翂Α⑴潘疁系茸冃?、失穩(wěn)破壞，失去功能，進(jìn)而有可能引起塔基附近的原狀巖土體隨之發(fā)生失穩(wěn)破壞，威脅塔基安全。

大量實(shí)例表明，輸電線路工程中，因棄渣不當(dāng)誘發(fā)滑坡次生災(zāi)害常常是在上述幾種情況綜合作用下發(fā)生，因此，應(yīng)高度重視輸電線路工程中棄渣的合理處置問題，防止誘發(fā)滑坡、沖溝等次生地質(zhì)災(zāi)害。

4 合理處置棄渣的常用措施

根據(jù)多年來在云南省、貴州省、緬甸、老撾等山區(qū)地段進(jìn)行的輸電線路設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行情況，歸納總結(jié)合理處置施工棄渣的措施有以下幾項(xiàng)：

(1)棄渣合理外運(yùn)：施工棄渣嚴(yán)禁不經(jīng)處置隨意傾倒、堆放，應(yīng)該經(jīng)過裝袋、密實(shí)、封口后，搬運(yùn)至距塔基50m～100m外穩(wěn)定區(qū)域，防止誘發(fā)塔基附近或擬堆放區(qū)域的次生地質(zhì)災(zāi)害。

(2)巖土工程治理措施基礎(chǔ)附近嚴(yán)禁傾倒棄渣：在擬建擋土墻、排水溝、噴錨支護(hù)、放坡處理等輔助設(shè)施基礎(chǔ)附近，嚴(yán)禁傾倒施工棄渣，防止輔助設(shè)施基礎(chǔ)置于松散棄渣上，而影響其功能。

(3)塔基附近必要時(shí)易恢復(fù)植被：若由于施工導(dǎo)致塔基附近植被破壞較嚴(yán)重，易在塔基周圍一定范圍內(nèi)恢復(fù)植被，如灑草籽、種植小型植被等，起到保水固坡的作用。

(4)破壞植被處盡快恢復(fù)植被:若因?yàn)闂壴洹⒘魇б鸶浇旅鏇_刷等，應(yīng)盡快恢復(fù)植被，防止進(jìn)一步?jīng)_刷而引起水土流失和沖溝、滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害。

(5)棄渣上恢復(fù)植被：當(dāng)棄渣有一定范圍和厚度時(shí)，經(jīng)合理處置后，宜在棄渣上恢復(fù)植被，以保持水土和避免較嚴(yán)重的沖刷。

(6)基礎(chǔ)施工盡量采用新工藝、新手段，盡量減少施工棄渣的產(chǎn)生。如采用高低腿、高低基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)、巖石錨桿基礎(chǔ)和挖孔樁基礎(chǔ)等，從源頭上減少棄渣。

[1]丁海濤，等.線路施工棄土對塔位穩(wěn)定性影響研究報(bào)告[R].2009，12.

[2]王繼華，等.降雨入滲條件下土坡水土作用機(jī)理及其穩(wěn)定性分析與預(yù)測預(yù)報(bào)研究[R].2008.

[3]朱家良.輸電線路地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估的基本特點(diǎn)與認(rèn)識[J].電力勘測設(shè)計(jì)，2006，(4).