周 凱，葛海明，任治軍

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102)

某750 kV架空輸電線路黃土濕陷性研究

周 凱，葛海明，任治軍

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102)

某750 kV架空輸電線路工程途經(jīng)大厚度黃土地區(qū)，根據(jù)區(qū)域資料，該地區(qū)黃土為自重濕陷性黃土。黃土濕陷易造成輸電線路鐵塔傾斜，甚至倒塔，嚴(yán)重危及線路的運(yùn)行安全。因此，黃土地區(qū)塔腿基礎(chǔ)的防濕陷措施至關(guān)重要。為了解該線路沿線黃土的濕陷性，勘察期間對(duì)沿線的黃土濕陷性問題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，依據(jù)地基濕陷等級(jí)對(duì)沿線進(jìn)行了分區(qū)，分別提供濕陷下限和濕陷起始?jí)毫?，同時(shí)針對(duì)線路鐵塔的特點(diǎn)，對(duì)鐵塔基礎(chǔ)防止或減少濕陷的措施進(jìn)行論述，為設(shè)計(jì)人員提供便利。

架空輸電線路；黃土濕陷性；防濕陷措施。

1 概述

某750 kV架空輸電線路工程位于陜北黃土高原中部的延安地區(qū)，線路自北向南經(jīng)過甘泉縣和富縣，途經(jīng)區(qū)域地貌主要為黃土長(zhǎng)梁狀丘陵溝壑地貌、黃土塬梁溝壑地貌及河谷階地地貌等，參照區(qū)域地質(zhì)資料以及地質(zhì)剖面圖(見圖1)，該區(qū)域第四系風(fēng)積黃土厚度很大，局部厚度達(dá)200 m，依據(jù)地區(qū)送電線路架設(shè)經(jīng)驗(yàn)，桿塔優(yōu)先定立于梁峁頂和塬頂，因此，塔基受力范圍內(nèi)黃土以上更新統(tǒng)馬蘭黃土和中更新統(tǒng)離石黃土為主。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》附錄A中國(guó)濕陷性黃土工程地質(zhì)分區(qū)規(guī)定，線路位于隴東-陜北-晉西地區(qū)(Ⅱ區(qū))，該地區(qū)黃土特征簡(jiǎn)述為“自重濕陷性黃土分布廣泛，濕陷性黃土層厚度通常大于10 m，地基濕陷等級(jí)一般為Ⅲ～Ⅳ級(jí)，濕陷性較敏感”。

濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，但遇水浸濕時(shí)，土的強(qiáng)度顯著減低，在附加壓力或在附加壓力與土的自重壓力下引起的濕陷變形，是一種下沉量大，下沉速度快的失穩(wěn)性變形，對(duì)建筑物危害較大。送電線路鐵塔屬高聳構(gòu)筑物，當(dāng)受力范圍內(nèi)的黃土發(fā)生濕陷時(shí)，將造成塔位傾斜，嚴(yán)重時(shí)將發(fā)生倒塔，嚴(yán)重危及線路運(yùn)行安全。由于黃土濕陷造成的鐵塔傾斜時(shí)有發(fā)生，如330 kV定和一、二線139號(hào)塔位于Ⅲ級(jí)濕陷性黃土場(chǎng)地，受農(nóng)田灌溉影響，塔位下部黃土產(chǎn)生濕陷，造成鐵塔向左側(cè)560 mm的傾斜；330 kV炳隴二線163號(hào)塔位于Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地，受澆灌影響，地基土產(chǎn)生濕陷，右側(cè)基礎(chǔ)沉陷，桿塔中心傾斜2.7 m。

750 kV輸電線路作為地區(qū)的主干電網(wǎng)，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)計(jì)民生起著重要作用，一旦發(fā)生鐵塔傾斜或倒塔等事故，將造成很大安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。本線路位于濕陷性黃土地區(qū)，因此，沿線鐵塔基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土的等級(jí)和工程的重要性因地制宜采取以地基處理為主的綜合措施。

圖1 富縣地質(zhì)剖面圖

2 勘察方案

由于架空線路鐵塔是以點(diǎn)線狀排列，每隔數(shù)百米一基鐵塔，呈現(xiàn)分散性，獨(dú)立性，其不同于常規(guī)的場(chǎng)地勘察，宜分段進(jìn)行勘察分析評(píng)價(jià)?？辈旆椒ㄒ艘怨こ痰刭|(zhì)調(diào)查為主，對(duì)缺乏巖土資料的地區(qū)應(yīng)布置勘探點(diǎn)，勘探點(diǎn)宜優(yōu)先選擇探井，同一地貌單元不宜少于2～3個(gè)探井。

本工程勘察以工程地質(zhì)調(diào)查為主，但為了進(jìn)行沿線黃土濕陷性的分析判斷，勘察時(shí)針對(duì)不同地貌單位布置11個(gè)勘探點(diǎn)，地貌變化處適當(dāng)加密，其中1C1、1C2、1C4、1C5、1C6、1C11位于黃土長(zhǎng)梁狀丘陵溝壑地貌段的梁峁頂部，1C3位于河谷階地，1C7、1C8、1C9、1C10位于黃土塬梁溝壑地貌段的梁塬頂部，間距為5 ～10 km，勘探點(diǎn)布置及勘探深度圖見圖2。

圖2 勘探點(diǎn)布置及勘探深度圖

勘探方法采用工程鉆機(jī)和探井，在探井中取樣，人工采取盒裝試樣，取樣采用容器φ150 mm ×200 mm；工程鉆探采用干鉆方式，取樣用黃土薄壁取土器采取。原狀樣取樣間距為1.0 m，土樣直徑大于120 mm，取樣等級(jí)均為Ⅰ級(jí)。

測(cè)定黃土濕陷性的試驗(yàn)采用室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，測(cè)定了黃土的濕陷系數(shù)δs、自重濕陷系數(shù)δzs和濕陷起始?jí)毫sh，試驗(yàn)方法及步驟嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求執(zhí)行，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)概述見表1。

表1 黃土濕陷試驗(yàn)數(shù)據(jù)及濕陷性、濕陷程度判別

3 黃土濕陷性評(píng)價(jià)

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“黃土規(guī)范”)第4.4章相關(guān)規(guī)定，黃土是濕陷性評(píng)價(jià)，主要包括黃土的濕陷性，濕性黃土的濕陷程度，濕陷性黃土的濕陷類型，濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)和濕陷起始?jí)毫?，其中濕陷類型和濕陷等?jí)應(yīng)通過計(jì)算自重濕陷量(Δzs)和濕陷量(Δs)。

(1)黃土的濕陷性是按室內(nèi)浸水(飽和)壓縮試驗(yàn)，在一定壓力下測(cè)定的濕陷系數(shù)δs進(jìn)行判定，當(dāng)δs≥0.015時(shí)，為濕陷性黃土，否則為非濕陷性黃土。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)判定，沿線大部分土樣顯示為濕陷性黃土(占比約87.7%)，少數(shù)為非濕陷性黃土或鈣質(zhì)結(jié)核含量較高土層，且以夾層狀或零星狀分布于濕陷性黃土之中，因此可以判定沿線黃土為濕陷性黃土。

(2)濕陷性黃土的濕陷等級(jí)，根據(jù)濕陷系數(shù)δs值的大小進(jìn)行判定，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照黃土規(guī)范4.3.3條判定，全部濕陷性黃土試樣的濕陷程度以中等為主(占比約56.3%)，其次為輕微(占比約26.8%)，少量為強(qiáng)烈(占比約16.9%)。

(3)場(chǎng)地的濕陷類型，按自重濕陷量的實(shí)測(cè)值Δ'zs或計(jì)算值Δzs判定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作條件及線路特點(diǎn)，本工程自重濕陷量采用計(jì)算值Δzs，計(jì)算自天然地面算起，至其下非濕陷性黃土層的頂面止，沿線位于隴東—陜北—晉西地區(qū)，β0取1.20。

通過相關(guān)公式計(jì)算，鑒于1C3位于河流階地地段，地下水較淺，未進(jìn)行自重濕陷性判別，9個(gè)勘探點(diǎn)的濕陷性場(chǎng)地自重濕陷量計(jì)算值(Δzs)一般為147.6～976.89 mm，普遍大于70 mm，為自重濕陷性黃土場(chǎng)地。1C4由于下部鈣質(zhì)結(jié)核密集，對(duì)判斷造成影響，根據(jù)附近工程和區(qū)域資料，全線應(yīng)按自重濕陷性黃土場(chǎng)地考慮。具體自重濕陷量計(jì)算值及濕陷類型判斷見表2。

(4)濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)，根據(jù)濕陷量的計(jì)算值和自重濕陷量的計(jì)算值等因素，按黃土規(guī)范第4.4.7條判定，具體判別見表2。

其中，在計(jì)算濕陷量的過程中，由于沿線基底底面標(biāo)高不確定，且為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，因此計(jì)算深度自地面下1.50 m算起，累計(jì)至非濕陷性黃土層的頂面止，β依據(jù)基底下不同深度分別取1.5、1.0和1.2，通過計(jì)算，本工程沿線濕陷量的計(jì)算值(Δs)一般為240.61～1514.54 mm。

表2 濕陷類型及濕陷等級(jí)

(5)黃土濕陷性分區(qū)、濕陷下限及起始?jí)毫?/p>

根據(jù)勘察結(jié)果和區(qū)域地質(zhì)資料，沿線鐵塔擬定的黃土梁(峁)頂、黃土塬頂上部5.0～20.0 m為馬蘭黃土，下部為離石黃土。相關(guān)研究表明，馬蘭黃土一般具有濕陷性，離石黃土上部部分土層具有濕陷性，試驗(yàn)結(jié)果與相關(guān)研究結(jié)論一致。由于探井工作受自然條件、天氣狀況以及探井地基土的影響，本次探井井深未挖至濕陷性黃土下限，對(duì)判定工作造成一定影響，考慮到探井下部黃土仍具有一定濕陷性，從安全角度出發(fā)，探井附近的濕陷性應(yīng)在判定結(jié)果上有所加重。從本次研究和相關(guān)結(jié)論，沿線濕陷性具有一定的規(guī)律性，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，可以根據(jù)黃土濕陷性進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)成果見圖1。

黃土濕陷下限在相關(guān)規(guī)范中并未給出明確的判別標(biāo)準(zhǔn)，勘察實(shí)踐中以現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)確定濕陷下限相對(duì)較為準(zhǔn)確，但在線路工程中采用該方法既不經(jīng)濟(jì)而且代表性也不強(qiáng)，本文采用某一深度以下室內(nèi)試驗(yàn)濕陷系數(shù)全部小于0.015為濕陷下限，雖然根據(jù)相關(guān)研究，采用室內(nèi)試驗(yàn)濕陷系數(shù)方法確定的濕陷下限往往過深，但從工程安全角度出發(fā)，在線路工程中運(yùn)用室內(nèi)試驗(yàn)濕陷系數(shù)確定濕陷系數(shù)是可行的。因此，根據(jù)本次現(xiàn)場(chǎng)勘察和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)某一深度以下連續(xù)5個(gè)土樣濕陷系數(shù)小于0.015或?yàn)楦患}質(zhì)結(jié)核層時(shí)，以該深度或鈣質(zhì)結(jié)核層頂面作為非濕陷性黃土頂面，沿線黃土濕陷下限見表3。

濕陷起始?jí)毫?psh)是濕陷性黃土浸水飽和，開始出現(xiàn)濕陷時(shí)的壓力。鐵塔基礎(chǔ)常用的基礎(chǔ)型式有板式基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等，基礎(chǔ)埋深由淺至深，由于沿線各段不同深度的濕陷起始?jí)毫Σ町惷黠@，且呈現(xiàn)起始?jí)毫﹄S深度變深而變大，因此，在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)各段的地基濕陷等級(jí)，采取合理的防止或減少濕陷的措施，保證下部未處理濕陷性黃土的起始?jí)毫χ挡灰诵∮谝?guī)范規(guī)定值。各段不同深度內(nèi)的黃土濕陷起始?jí)毫σ姳?。

表3 沿線黃土濕陷下限及濕陷起始?jí)毫?/p>

4 防止或減少濕陷的措施

4.1 規(guī)范規(guī)定

鐵塔按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》劃分建筑物等級(jí)時(shí)，按《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：

(1)大跨越、重要跨越塔及高塔(100 m及以上)可按乙類建筑考慮。

(2)在Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)自重濕陷性黃土地區(qū)的轉(zhuǎn)角塔和塔高50 m及以上的懸垂型桿塔可按丙類考慮。

(3)塔高在50 m以下的懸垂型桿塔(不含水澆地)可按丁類考慮。本工程以丙類和丁類建筑為主。

4.2 治理措施

鐵塔基礎(chǔ)有分散性、獨(dú)立性、復(fù)雜性和運(yùn)輸困難等特點(diǎn)，宜采取以地基處理和防水措施為主的綜合措施，做到安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。針對(duì)本工程而言，根據(jù)架空線路鐵塔基礎(chǔ)和沿線地形的特點(diǎn)，采取如下措施。

(1)對(duì)于沿線位于黃土梁峁頂部和山脊的鐵塔，排水通暢，無匯水條件，可不采取地基處理措施，但應(yīng)做好防水措施。

(2)對(duì)于位于黃土梁峁間洼地、黃土塬的鐵塔，一般具有排水條件差，有匯水條件和灌溉條件，對(duì)丙類建筑應(yīng)同時(shí)采取地基處理措施和防水措施。

(3)丁類建筑和位于地基濕陷等級(jí)Ⅱ級(jí)的丙類建筑，應(yīng)采取以防水措施為主的治理措施。

濕陷性黃土常用的地基處理方法主要有墊層法、強(qiáng)夯法、擠密法和預(yù)浸水法。根據(jù)地下水位、交通條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮，本工程地基處理措施采用墊層法最為合適，具體可采取2∶8的灰土墊層，最小處理厚度根據(jù)塔型和濕陷等級(jí)確定，直線塔一般為1.0～2.0 m，轉(zhuǎn)角塔為1.5～2.5 m，處理寬度直線塔為基礎(chǔ)邊寬加0.6～1.0 m，轉(zhuǎn)角塔為基礎(chǔ)邊寬加1.0～1.5 m。

防水措施應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形和積水條件綜合分析，對(duì)于塔位所在地排水通暢，無匯水、積水條件，可充分利用原始地形散水，必要時(shí)設(shè)置散水坡和排水溝，當(dāng)施工造成塔位表層土體松軟時(shí)，應(yīng)夯實(shí)表層土體，防止地表水下滲。對(duì)于塔位所在地排水不暢，有匯水積水條件和有灌溉條件時(shí)，可考慮利用基礎(chǔ)開挖余土回填塔基并夯實(shí)，形成中間高四周低的人工散水坡，或塔基(塔腿)上部鋪設(shè)防水層。

5 結(jié)論和建議

本文以某黃土地區(qū)750 kV架空線路為依托，對(duì)沿線黃土濕陷性進(jìn)行了較為詳細(xì)的評(píng)價(jià)，從濕陷程度、濕陷類型、濕陷等級(jí)等各個(gè)方面進(jìn)行分析，提供沿線濕陷性等級(jí)分區(qū)、濕陷下限和濕陷起始?jí)毫?，同時(shí)根據(jù)塔型和現(xiàn)場(chǎng)自然條件，給出經(jīng)濟(jì)可行的防止或減少黃土濕陷的措施，為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供了較大的便利，但在實(shí)際分析時(shí)，也遇到了一些值得進(jìn)一步思考的地方。

(1)在勘察階段進(jìn)行濕陷量計(jì)算時(shí)，基底標(biāo)高還未確定，只能依據(jù)規(guī)范自地面下1.5 m算起，但是，在鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，基底標(biāo)高就已確定，往往大于1.5 m，如采用掏挖基礎(chǔ)時(shí)，基底埋深可能至6～7 m，采用樁基方案時(shí)，基底埋深將更深，此時(shí)，依據(jù)最新基底標(biāo)高計(jì)算的濕陷量計(jì)算值將會(huì)大大減小，濕陷等級(jí)也將隨之減輕，再采用1.5 m起算的結(jié)果將過于保守。

(2)濕陷下限采用現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)相對(duì)比較客觀，采用室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的下限一般過深，在架空線路上采用現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)，即不經(jīng)濟(jì)也不具有代表性，從工程安全角度出發(fā)，運(yùn)用室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定濕陷下限是可行的，但偏保守。

(3)在計(jì)算自重濕陷量和濕陷量時(shí)，常用某一個(gè)土樣代表1 m的土層，但是，在土層交界處(如黃土和古土壤界線、馬蘭黃土和離石黃土界線)，某土樣的代表厚度依舊為1 m還是至土層交界處的厚度?值得探討。因?yàn)閺姆治隹?，兩種代表厚度的計(jì)算結(jié)果差距很小，但是，當(dāng)計(jì)算值處于濕陷等級(jí)劃分的臨界值時(shí)，兩種方法計(jì)算得到不同的濕陷等級(jí)。

[1] 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心．陜西省延安市富縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報(bào)告[R]．西安：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，2009．

[2] GB 50025－2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S]．

[3] 馬軍，輸電線路鐵塔整體移位[J]．山東電力技術(shù)，2008，(1)．

[4] 景永良，高?。?30 kV輸電鐵塔傾斜的分析及帶電處理措施[J]．科技傳播，2012，(11)．

[5] DL/T 5219－2014，架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S]．

[6] GB 50548－2010，330 kV～750 kV架空輸電線路勘測(cè)規(guī)范[S]．

[7] 蔡懷恩，等．淺談延安黃土丘陵溝壑區(qū)地形地貌及工程地質(zhì)分區(qū)[J]．土木工程學(xué)報(bào)，2015，(7)．

[8] 武小鵬，等．自重濕陷性黃土下限深度判定方法研究[J]．西北地震學(xué)報(bào)，2011，(8)．

[9] 王治軍，等．董志塬大厚度自重濕陷性黃土場(chǎng)地浸水試驗(yàn)研究[J]．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2016，(3)．

Study on Loess Collapsible of A 750 kV Overhead Transmission Line

ZHOU Kai, GE Hai-ming, REN Zhi-jun
(Jiangsu Power Design Institute Co., Ltd., of China Energy Engineering Group, Nanjing 211102, China)

A 750kV overhead transmission line project through a large thickness loess region, according to regional data, the region loess collapsible loess, loess collapsibility easily lead line tower tilted, or even inverted tower, seriously endanger the safe operation of the transmission line.Therefore, based on tower legs trap moisture measures essential.In order to understand along loess collapsibility during the investigation of the loess along Collapsible issues were studied systematically, based on ground level along the line of collapsible partitioned, respectively Collapsible lower and initial collapse pressure, while line tower against the characteristics of measures to prevent or reduce Tower foundation of collapsible discussed to facilitate the design staff.

overhead transmission lines; the collapsibility of loess; wet fall prevention measures.

TU44

B

1671-9913(2017)03-0001-05

2016-04-28

周凱(1980- )，男，陜西三原人，工程師，主要從事電力系統(tǒng)工程的勘察設(shè)計(jì)。