曾二賢，包永忠，楊景勝，高斐略

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

隨著我國電力建設的快速發(fā)展，線路走廊越來越緊缺，山區(qū)輸電線路大多處于海拔較高、地勢險要、交通不便的地區(qū)，隨之帶來的塔位條件越來越惡劣，山區(qū)線路環(huán)境保護問題日益突出，已引起社會各方的廣泛關注。因此，研究山區(qū)輸電線路環(huán)保設計理念及措施，具有重要的工程意義和社會價值。

本文首先簡要概括了山區(qū)輸電線路環(huán)保設計的基本原則，然后提出了若干具體的環(huán)保設計理念，包括特殊鐵塔的設計、原狀土和新型環(huán)?；A的優(yōu)先選用、鐵塔與基礎配合技術、塔基邊坡的環(huán)保處理措施和建議。

1 環(huán)保設計的基本原則

輸電線路環(huán)境保護理念應貫徹于工程規(guī)劃、設計、施工、運行等全過程之中。作為輸電線路的設計工作者，應充分考慮如何減少或避免對環(huán)境的影響，避免先破壞后治理的被動局面，從源頭上可把握以下原則。

(1)線路路徑進行全方位優(yōu)化，可對環(huán)境敏感區(qū)采用適當?shù)谋茏尨胧?/p>

(2)桿塔塔位盡量避開陡峭地形及不良地質地段。

(3)控制電磁輻射的影響和可聽噪音。

(4)減少線路走廊寬度，高跨樹林，減少對林木的砍伐和山區(qū)開方。

2 桿塔和基礎的環(huán)保設計

2.1 全方位長短腿大極差的設計

山區(qū)鐵塔大部分位于斜坡、山脊或臺階地等地形，采用全方位長短腿組合能較好適應山區(qū)地形。目前，常規(guī)鐵塔塔腿級差一般設計為1.0m或1.5m，長短腿最大差值一般設計為12.0m，甚至有達到18.0m。見圖1直觀反映了長短腿級差變化對塔重及內力的影響，當長短腿級差在9.0m左右(可適應約35°地形坡度)時，計算塔重增幅為3%～5%。

文獻[8]、[9]表明，鐵塔塔腿高度的增大，腿部輔助材分隔數(shù)增多，鐵塔大變形產生的二階效應將會對塔腿受力性能產生不利的影響。因此，工程上應從經濟角度出發(fā)，結合長短腿對塔重的影響規(guī)律，合理選擇長短腿最大極差。對個別地形坡度較陡的塔位，當最大極差仍不能滿足極少數(shù)塔位高差要求時，一是可采用不等高基礎配合塔腳架使用調節(jié)，二是可根據(jù)鐵塔使用情況來單獨特殊設計或驗算，從而實現(xiàn)經濟和環(huán)保的目的。

2.2 特殊塔型的概念設計

鐵塔型式主要取決于電壓等級、線路回數(shù)、地形地貌及使用條件等因素，其合理的選用和特殊設計可減少對生態(tài)環(huán)境的破壞。

(1)小根開鐵塔

對于山區(qū)電壓等級高的輸電線路，可在常規(guī)自立式鐵塔的基礎上縮小根開，設計小根開鐵塔，能滿足山區(qū)局部地形陡峭、場地狹窄、立塔受限的工程需要。

表1 小根開鐵塔與常規(guī)鐵塔的環(huán)保效益比較

小根開鐵塔的根開較常規(guī)鐵塔縮減比例約26%，對陡峭地形適應性好，可節(jié)省土地征用費約36%～44%，本體造價較常規(guī)鐵塔費用增加約4.4%。建議在增加工程造價可接受的前提下，對山區(qū)局部地形可選擇性特殊設計小根開鐵塔，能大幅度減小征地、土石開挖方量，對環(huán)境保護、水土保持具有重大意義。

(2)跳線上繞塔

山區(qū)輸電桿塔將不可避免的遇到林區(qū)、陡峭山坡跳線受控等情況，且較為常見，可將傳統(tǒng)干字型耐張塔的跳線(見圖2(a))進行上繞優(yōu)化布置，形成跳線上繞塔，見圖2(b)。

該塔型在溪浙直流線路工程湘6標段G2452號桿塔中得到了應用，塔基樹種為松樹，跳線上繞后高邊線塔基跳線處林木無須砍伐，桿塔呼高有所降低，經濟性和環(huán)保效益明顯。

(3)Z型邊坡塔

考慮山地地形坡度的影響，可對常規(guī)的山區(qū)T字型導線橫擔改為進行階梯布置，形成階梯橫擔Z型邊坡塔(見圖3)，其目的是降低下山坡側的導線橫擔對地高度，充分利用桿塔有效高度，降低雷擊跳閘率。

圖3 Z字塔示意圖

常規(guī)的山區(qū)T型塔與Z型邊坡塔的優(yōu)缺點比較見表2。

表2 Z型塔與常規(guī)T型塔對比分析

(4)三角形斷面鐵塔

常規(guī)鐵塔斷面一般為矩形或方形，當塔身采用三角形斷面結構時，可減小占地面積，塔位選擇更為靈活；其次，根據(jù)受力的不對稱性合理布置塔身主材，充分利用三根主材的強度，主材可采用鋼管或特制型鋼。

文獻[10]表明，三角形斷面鐵塔在不考慮位移限制情況下，塔重與常規(guī)四邊形斷面鐵塔略有優(yōu)勢，但塔頂位移較四邊形鐵塔增幅較大，為滿足規(guī)范要求，通過加大塔身尺寸來增大鐵塔剛度，勢必將帶來塔重增加，鐵塔塔材無優(yōu)勢可言。但三角形斷面鐵塔其基礎混凝土及鋼筋耗量節(jié)省約15%，具有一定環(huán)保效益。

(5)其他塔型

根據(jù)工程需要，可采用同塔雙回或多回路設計、緊湊型塔、V串塔型、Y串型塔、F型塔、下字型塔、拉線塔等，也符合環(huán)保設計的要求。

2.3 優(yōu)先選用原狀土基礎

山區(qū)線路應優(yōu)先采用原狀土基礎。這類基礎能充分利用原狀土體力學性能，同時避免基坑大開挖，對環(huán)境的不良影響小。

(1)對巖石裸露或覆蓋層很薄時，可采用巖石錨桿基礎和嵌固基礎。

(2)對覆蓋層相對較厚時，可采用掏挖－巖石的復合基礎型式，見圖4。

(3)對山區(qū)地基覆蓋土層較厚及非巖石地基，可使用掏挖類(人工挖孔樁)基礎，此類基礎中新型環(huán)保基礎型式有斜掏挖和翼板掏挖基礎，見圖5。

圖5(a) 斜掏挖基礎示意圖

圖5(b) 翼板掏挖基礎示意圖

表3 普通掏挖基礎和帶翼板基礎比較

由表3看出，翼板掏挖基礎的混凝土用量比全掏挖基礎減少7%～9%，造價減少約3%～7%，在基礎露頭較高，傾覆作用顯著的情況時，其綜合環(huán)保效益更明顯。

(4)對大荷載條件下的山區(qū)鐵塔基礎，掏挖基礎直徑約為2.0m～2.8m，埋深約為10.0m～20.0m，屬于大體積混凝土，大直徑樁基的范疇，可采用空心掏挖和變截面人工挖孔樁基礎。

空心基礎，見圖6，是將一定埋深內的主柱采用棄土作為填充物，其一定程度上減少基礎混凝土量和棄土量，達到保護環(huán)境的作用。

變截面人工挖孔樁是一種優(yōu)化的結構型式，見圖7，其樁身截面在淺部荷載較大處樁徑較大，能滿足承載力或控制位移的需要，底部荷載較小處樁徑較小，符合樁身荷載傳遞規(guī)律，有利于節(jié)約樁身材料和環(huán)保。

圖6 空心掏挖基礎示意圖

圖7 變截面人工挖孔樁示意圖

(5)根據(jù)基礎型式及受力特點，尚應采取積極設計優(yōu)化措施，如地螺或插入角鋼預偏、主柱預偏心等，達到精細化設計和環(huán)保設計的要求。

2.4 不等高基礎配合塔腳架的使用

為避免和減少基面土石方開挖量，保持塔基穩(wěn)定，山區(qū)線路可優(yōu)化設計鐵塔與基礎的配合技術方案，對比結果見表8。

表8 鐵塔與基礎配合技術方案的對比

當基礎露高較大后，因偏心彎矩增大而導致基礎主柱截面和鋼筋量都很大，合理使用塔腳架能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，見表9和表10分別給出高陡邊坡情況下獨立塔腳架和聯(lián)合塔腳架的幾種方案。

表9 獨立桁架方案對比

表10 聯(lián)合桁架方案對比

對于塔腳架配合技術方案，建議在鐵塔建模設計時考慮鋼架部分的變形協(xié)調作用，否則鐵塔某些桿件將趨于不安全設計。

3 基面處理的環(huán)保設計

3.1 塔基邊坡的防護措施

塔基邊坡的防護主要有工程措施和生態(tài)護坡措施2類。工程措施有坡率法、漿砌塊石、加筋擋土墻、掛網錨噴等，在山區(qū)線路中應用相對較廣，但缺點是易形成水土流失，帶來新的次生災害和環(huán)境問題，如視覺污染、生態(tài)失衡等。

生態(tài)護坡是指利用植物單獨或與其它構件配合對邊坡進行防護和綠化、植被恢復的一種技術，包括植被固坡和綜合護坡型式，見圖8。

圖9為漿砌骨架植草護坡，是一種典型的綜合護坡方式，簡便易行，在山區(qū)線路工程中已有一定應用范例。

文獻[13]通過對幾種護坡形式的經濟性對比，指出山區(qū)線路工程中應用生態(tài)護坡，經濟性和環(huán)保效益明顯，值得推廣。

3.2 柔性防護網邊坡治理

柔性防護網不破壞坡面原有的地貌及植被生長，其開放性有利于排水和植被的生長，充分發(fā)揮了整個系統(tǒng)的防護能力，實現(xiàn)“局部受力、整體作用”的效果，見圖10，具有材料輕便、施工機具輕便、施工簡單快捷的特點。

3.3 棄土處理原則

施工棄土向塔位下邊坡隨意拋灑，易使坡體重力增加發(fā)生堆載誘發(fā)型滑坡或棄土牽引式滑坡，山區(qū)線路中應根據(jù)具體地形及周圍環(huán)境確定施工棄土的處理對策，可遵循如下基本原則：

(1)地形平緩時，可就地攤薄夯實堆放；

(2)對塔位地形坡度大于15°的坡地，應會同巖土專業(yè)選擇合適的位置作為棄土堆放地點。對部分塔位地形較陡時，應選擇修筑棄土?？?，通過計算確定?？哺叨燃伴L度。

(3)如塔位附近無合適修筑保坎的位置，應將所有棄土外運。

3.4 基面排水

良好通暢的基面排水，有利于邊坡及基礎保護范圍外臨空面的土體穩(wěn)定。對匯水面較大的塔位，應在塔位上方依地形修筑永久型排水溝。排水溝施工應與降基、基坑開挖等土石方工程同步進行。

4 結語

隨著電力建設事業(yè)的快速發(fā)展，解決山區(qū)輸電線路施工及運行帶來的環(huán)保問題已逐步成為降低電網工程建設成本、提高電網運行質量的重點，也符合目前建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會的要求。

本文綜述了山區(qū)輸電線路環(huán)保設計理念，提出的若干環(huán)保設計的具體建議，可作為今后類似工程設計參考。對于山區(qū)線路的環(huán)保設計，尚須在工程中不斷總結和優(yōu)化，以進一步探索新的設計思路。

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