摘要：輸電線路桿塔基礎(chǔ)的不均勻沉降和水平位移均可能導(dǎo)致鐵塔整體傾斜和倒塔事故的發(fā)生。為能及時(shí)獲取桿塔基礎(chǔ)的不均勻沉降和水平位移狀態(tài)信息，提出了適用于山區(qū)斜坡地形條件下的輸電線路不等高基礎(chǔ)的不均勻沉降及水平位移無(wú)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法。經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證，該方法能夠監(jiān)控輸電線路基礎(chǔ)的不均勻沉降和水平位移。

關(guān)鍵詞：山區(qū)輸電線路；不等高基礎(chǔ)；不均勻沉降；水平位移；無(wú)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM76 文章編號(hào)：1009-2374（2015）36-0125-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.062

上撥和抗傾覆穩(wěn)定性是桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的控制條件，在山區(qū)斜坡地形條件下基礎(chǔ)邊坡的最小保護(hù)距離也應(yīng)滿足桿塔荷載要求，但山區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)易受地質(zhì)災(zāi)害的影響，塔位邊坡的局部滑塌導(dǎo)致設(shè)計(jì)的臨坡基礎(chǔ)變?yōu)樾逼禄A(chǔ)，基礎(chǔ)有效抗拔深度和最小邊坡保護(hù)距離減小，嚴(yán)重減弱了塔基地基土水平抗力、降低了基礎(chǔ)的拔承載力，從而導(dǎo)致水平位移及不均勻沉降在基礎(chǔ)中出現(xiàn)，在這過(guò)程中給塔身構(gòu)件帶來(lái)了附加應(yīng)力，產(chǎn)生了許多安全隱患。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)主要通過(guò)采用人工定期巡視的方式對(duì)線路進(jìn)行巡查，從而使輸電線路可以正常運(yùn)行。但因?yàn)檩旊娋€路桿塔在山區(qū)一般都位于其地形險(xiǎn)要，地勢(shì)復(fù)雜的山頂或半山腰，在人工定期巡視過(guò)程中不能及時(shí)了解基礎(chǔ)變形的具體狀況，相應(yīng)的加固措施不能及時(shí)有效地落實(shí)，給工作造成諸多不便。

桿塔基礎(chǔ)的不均勻沉降、位移及導(dǎo)線覆冰等均可引起桿塔的傾斜，其傾斜度可以通過(guò)安裝桿塔傾斜傳感器來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這種方法并不能對(duì)桿塔基礎(chǔ)進(jìn)行直接監(jiān)控，而是要對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，查找引起桿塔的傾斜的原因后，再采取諸如塔位邊坡治理、基礎(chǔ)充填與置換塔位、平推復(fù)位等不同的防護(hù)措施?；A(chǔ)不均勻沉降的無(wú)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)多采用GPS、位移計(jì)、沉降儀及常規(guī)靜力水準(zhǔn)儀方法。GPS價(jià)格昂貴且在高壓線下影響大，在基礎(chǔ)及地形高差較小的地方，通常使用常規(guī)靜力水準(zhǔn)儀就可以滿足，但是在輸電線路高差較大或在基礎(chǔ)不等高進(jìn)行不均勻沉降觀測(cè)時(shí)，上述方法卻難以適用。沉降儀及位移計(jì)一般不能安裝在桿塔基礎(chǔ)上，通常要鉆孔進(jìn)行埋設(shè)符合類型的錨頭。本文針對(duì)山區(qū)斜坡地形條件下的輸電線路不等高基礎(chǔ)，提出了一套不均勻沉降及水平位移的無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并應(yīng)用在廣東電網(wǎng)公司韶關(guān)供電局坪石電廠至曲江500千伏輸電線路的電桿塔。

1 工程背景

韶關(guān)供電局坪石電廠至曲江500千伏輸電線路的163號(hào)輸電桿塔基礎(chǔ)所在地貌單元為脊坡，邊坡非常險(xiǎn)峻，巖性為灰黃色強(qiáng)風(fēng)化混合巖，呈碎塊狀，局部夾中風(fēng)化巖塊，抗壓強(qiáng)度為450kPa，埋深為0.00～8.00m。該塔基四條腿（鐵塔基礎(chǔ)及塔腿編號(hào)以面向線路前進(jìn)方向，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為準(zhǔn)）均采用挖孔樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋設(shè)分別為7530mm、7010mm、7040mm、8025mm，樁身混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)值C20?；A(chǔ)施工于2009年4月9日完成，2009年5月25日立塔。呼稱高48m，塔全高74.4m。施工完成時(shí)測(cè)量的Ⅰ-Ⅱ頂面高差為4005m、Ⅱ-Ⅲ頂面高差為6003mm、Ⅲ-Ⅳ頂面高差為0mm、Ⅳ-Ⅰ腿頂面高差為2mm。

腿砌擋土墻位置為Ⅲ、Ⅳ。因邊坡滑移導(dǎo)致Ⅲ腿前方擋土墻出現(xiàn)倒塌以及基礎(chǔ)上方出現(xiàn)2m左右的懸空，因此對(duì)其邊坡進(jìn)行了錨固加固處理。

2 監(jiān)測(cè)方法

2.1 樁頂不均勻沉降監(jiān)測(cè)

樁頂不均勻沉降采用振弦式微壓傳感器量測(cè)，四個(gè)樁體頂部最大高差達(dá)到6m，因此在選擇壓力傳感器時(shí)應(yīng)該考慮其測(cè)量的高差變化，選擇量程為7m的壓力傳感器系統(tǒng)。通過(guò)一根通液管（粗管）和通氣管（細(xì)管）將多個(gè)壓力傳感器系統(tǒng)的串聯(lián)形成不均勻沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為使外界對(duì)其系統(tǒng)的影響降低到最小，其內(nèi)部的儲(chǔ)液箱與通液管一端充分相連，同時(shí)傳感器的通氣管又有效地連通干燥管、儲(chǔ)液系統(tǒng)，從而構(gòu)建起了內(nèi)壓自平衡系統(tǒng)，如圖1。傳感器對(duì)溫度測(cè)值進(jìn)行修正時(shí)，是通過(guò)其內(nèi)置溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其內(nèi)部壓力的變化通過(guò)一定的換算后又能得出高程的變化，而這種變化的前提是以基準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)的傳感器為基準(zhǔn)。

在鐵塔四條腿所在樁基頂部和基準(zhǔn)點(diǎn)位置安裝振弦式微壓傳感器，連接微壓傳感器與自動(dòng)數(shù)據(jù)采集儀，設(shè)置采集需要的頻率，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)自動(dòng)采集。基準(zhǔn)點(diǎn)則通常為深埋式，使鉆機(jī)鉆至微風(fēng)化后，深埋鋼管。

觀測(cè)點(diǎn)n沉降量為Sn，當(dāng)其為正值時(shí)表示觀測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)抬升，負(fù)值則反之；觀測(cè)點(diǎn)n的儀器系數(shù)為Gn；基準(zhǔn)點(diǎn)的儀器系數(shù)則為Gref；觀測(cè)點(diǎn)初始讀數(shù)為R0n；當(dāng)前讀數(shù)為R1n；R1ref為基準(zhǔn)點(diǎn)的當(dāng)前讀數(shù)；R0ref為基準(zhǔn)點(diǎn)n的初始讀數(shù)。在系統(tǒng)中容器內(nèi)的水位高于任意測(cè)點(diǎn)的前提下，傳感器的沉降變形只與基準(zhǔn)傳感器的高程相關(guān)，與容器內(nèi)的水位變化沒(méi)有直接關(guān)系，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位高程變化值均與基準(zhǔn)點(diǎn)位高程變化值求差即可得到各樁頂沉降的絕對(duì)變化量。

2.2 樁頂水平位移監(jiān)測(cè)

樁頂水平位移采用雙軸傾角計(jì)測(cè)量。在鐵塔四條腿樁頂安裝雙軸傾角儀，A軸垂直所在塔位邊坡，B軸平行所在塔位邊坡。傾角計(jì)連接到自動(dòng)數(shù)據(jù)采集儀，定時(shí)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。假定樁底不發(fā)生水平位移，根據(jù)樁長(zhǎng)和傾角計(jì)所測(cè)樁頂傾角變化，即可計(jì)算出樁頂?shù)钠屏俊?/p>

2.3 自動(dòng)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)自動(dòng)采集采用BGK-MICRO分布式網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件、測(cè)量模塊、GPRS通訊模塊、電源模塊等組成，采用太陽(yáng)能板加蓄電池供電。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 不均勻沉降

傳感器連接到采集箱測(cè)量模塊，通過(guò)通訊模塊接入傳輸網(wǎng)絡(luò)，由計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，包括設(shè)置監(jiān)測(cè)采集頻率、數(shù)據(jù)接收、在線測(cè)量、原始數(shù)據(jù)報(bào)表預(yù)覽與輸出。

如圖2所示，2014年2月13日至10月20日，Ⅰ和Ⅱ腿、Ⅲ和Ⅳ腿兩組均有較為一致的豎向形變，Ⅰ和Ⅱ腿處于上拔狀態(tài)；Ⅲ和Ⅳ則先處于上拔狀態(tài)，后則處于下壓狀態(tài)。Ⅰ腿豎向位移量累計(jì)變化為-1.33～10.87mm、Ⅱ腿豎向位移量累計(jì)變化為-1.29～12.30mm、Ⅲ腿豎向位移量累計(jì)變化為-8.01～13.14mm，Ⅳ腿豎向位移量累計(jì)變化為-6.08～8.27mm。從數(shù)據(jù)中可以看出14.19mm為Ⅱ腿與Ⅲ腿最大高差，其形成13.33m的水平距離，不超過(guò)規(guī)范要求的最大傾斜度（注：規(guī)范要求<0.5%，實(shí)測(cè)為0.11%）。12.64mm為Ⅰ腿與Ⅳ腿所形成的高差，同時(shí)形成13.52m的水平距離，最大傾斜度為0.09%。我們可以得知，或許因?yàn)閷?dǎo)線主要位于Ⅲ、Ⅳ腿，四個(gè)腿中Ⅲ、Ⅳ腿所承受的荷重較大，導(dǎo)致塔基基礎(chǔ)向脊坡前緣傾斜。上述基礎(chǔ)最大傾斜度只代表監(jiān)測(cè)期間內(nèi)基礎(chǔ)發(fā)生的傾斜，基礎(chǔ)建成后至現(xiàn)在的傾斜度需要采取其他手段進(jìn)行量測(cè)。目前，桿塔基礎(chǔ)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，持續(xù)監(jiān)測(cè)，可以進(jìn)一步掌握傾斜的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 樁頂水平位移

如圖3所示，2014年2月25日至10月20日期間，樁頂最大累計(jì)水平位移量變化范圍為-5.57～3.52m之間（Ⅳ腿），Ⅰ與Ⅳ樁頂向邊坡位移，Ⅱ腿向邊坡頂位移，Ⅲ腿位移量變化范圍為-1.87～1.11mm，變化量較小，可見(jiàn)Ⅲ腿所在塔位邊坡加固起到了很好的作用。上述樁頂水平位移量計(jì)算的前提是樁底不發(fā)生水平位移。但是，如果樁底發(fā)生水平位移，意味著塔位邊坡不穩(wěn)定，基礎(chǔ)的不均勻沉降會(huì)加大，可以通過(guò)沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反映出來(lái)。

4 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)斜坡地在雨季容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，山體的滑坡或坍塌極大地減弱了輸電線路基礎(chǔ)的抗拔承載力，使地基水平抗力大大減弱，從而造成了塔基出現(xiàn)水平位移，甚至出現(xiàn)地基不均勻沉降，加重了塔身的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致輸電線路桿塔基礎(chǔ)無(wú)法正常工作。無(wú)線自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的產(chǎn)生能有效地監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)出現(xiàn)的變化，并采用傾角計(jì)量測(cè)基礎(chǔ)頂部的水平位移，及時(shí)有效地掌握動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，做好塔基安全防范工作，確保輸電線路的安全運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：劉文峰（1974-），男，廣東汕頭人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司韶關(guān)供電局輸電所運(yùn)行專責(zé)，電氣工程師，研究方向：輸電線路運(yùn)行維護(hù)，輸電架空線路、電纜線路的運(yùn)維管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）