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線自動化監(jiān)測方法。經(jīng)工程實踐驗證，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；無線自動化監(jiān)測 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM76 文章編號：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)，在這過程中給塔身構(gòu)件帶來了附加應(yīng)力，產(chǎn)生了許多安全隱患。當(dāng)前，國內(nèi)主要通過采用人工定期巡視的方式對線路進行巡查，從而使輸電線路可以正常運行。但因為輸電線路桿塔在山區(qū)一般都位于其地形險要，地勢復(fù)雜的山頂或半山腰，在人工定期巡視過程中不能及時了解基礎(chǔ)變形的具體狀況，相應(yīng)的加固措施不能及時有效地落實，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，其傾斜度可以通過安裝桿塔傾斜傳感器來進行監(jiān)測，這種方法并不能對桿塔基礎(chǔ)進行直接監(jiān)控，而是要對監(jiān)測結(jié)果進行分析，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)位等不同的防護措施?；A(chǔ)不均勻沉降的無線自動化監(jiān)測多采用GPS、位移計、沉降儀及常規(guī)靜力水準(zhǔn)儀方法。GPS價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)不等高進行不均勻沉降觀測時，上述方法卻難以適用。沉降儀及位移計一般不能安裝在桿塔基礎(chǔ)上，通常要鉆孔進行埋設(shè)符合類型的錨頭。本文針對山區(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線監(jiān)測系統(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號輸電桿塔基礎(chǔ)所在地貌單元為脊坡，邊坡非常險峻，巖性為灰黃色強風(fēng)化混合巖，呈碎塊狀，局部夾中風(fēng)化巖塊，抗壓強度為450kPa，埋深為0.00～8.00m。該塔基四條腿（鐵塔基礎(chǔ)及塔腿編號以面向線路前進方向，順時針轉(zhuǎn)動為準(zhǔn)）均采用挖孔樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋設(shè)分別為7530mm、7010mm、7040mm、8025mm，樁身混凝土強度不低于設(shè)計值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。施工完成時測量的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，因此對其邊坡進行了錨固加固處理。

2 監(jiān)測方法

2.1 樁頂不均勻沉降監(jiān)測

樁頂不均勻沉降采用振弦式微壓傳感器量測，四個樁體頂部最大高差達(dá)到6m，因此在選擇壓力傳感器時應(yīng)該考慮其測量的高差變化，選擇量程為7m的壓力傳感器系統(tǒng)。通過一根通液管（粗管）和通氣管（細(xì)管）將多個壓力傳感器系統(tǒng)的串聯(lián)形成不均勻沉降監(jiān)測系統(tǒng)。為使外界對其系統(tǒng)的影響降低到最小，其內(nèi)部的儲液箱與通液管一端充分相連，同時傳感器的通氣管又有效地連通干燥管、儲液系統(tǒng)，從而構(gòu)建起了內(nèi)壓自平衡系統(tǒng)，如圖1。傳感器對溫度測值進行修正時，是通過其內(nèi)置溫度傳感器來實現(xiàn)的。其內(nèi)部壓力的變化通過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)測點的傳感器為基準(zhǔn)。

在鐵塔四條腿所在樁基頂部和基準(zhǔn)點位置安裝振弦式微壓傳感器，連接微壓傳感器與自動數(shù)據(jù)采集儀，設(shè)置采集需要的頻率，并對數(shù)據(jù)進行定時自動采集?；鶞?zhǔn)點則通常為深埋式，使鉆機鉆至微風(fēng)化后，深埋鋼管。

觀測點n沉降量為Sn，當(dāng)其為正值時表示觀測點出現(xiàn)抬升，負(fù)值則反之；觀測點n的儀器系數(shù)為Gn；基準(zhǔn)點的儀器系數(shù)則為Gref；觀測點初始讀數(shù)為R0n；當(dāng)前讀數(shù)為R1n；R1ref為基準(zhǔn)點的當(dāng)前讀數(shù)；R0ref為基準(zhǔn)點n的初始讀數(shù)。在系統(tǒng)中容器內(nèi)的水位高于任意測點的前提下，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)的水位變化沒有直接關(guān)系，各監(jiān)測點位高程變化值均與基準(zhǔn)點位高程變化值求差即可得到各樁頂沉降的絕對變化量。

2.2 樁頂水平位移監(jiān)測

樁頂水平位移采用雙軸傾角計測量。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。傾角計連接到自動數(shù)據(jù)采集儀，定時自動采集數(shù)據(jù)。假定樁底不發(fā)生水平位移，根據(jù)樁長和傾角計所測樁頂傾角變化，即可計算出樁頂?shù)钠屏俊?/p>

2.3 自動采集系統(tǒng)

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

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 不均勻沉降

傳感器連接到采集箱測量模塊，通過通訊模塊接入傳輸網(wǎng)絡(luò)，由計算機對其進行控制，包括設(shè)置監(jiān)測采集頻率、數(shù)據(jù)接收、在線測量、原始數(shù)據(jù)報表預(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腿豎向位移量累計變化為-1.33～10.87mm、Ⅱ腿豎向位移量累計變化為-1.29～12.30mm、Ⅲ腿豎向位移量累計變化為-8.01～13.14mm，Ⅳ腿豎向位移量累計變化為-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，不超過規(guī)范要求的最大傾斜度（注：規(guī)范要求<0.5%，實測為0.11%）。12.64mm為Ⅰ腿與Ⅳ腿所形成的高差，同時形成13.52m的水平距離，最大傾斜度為0.09%。我們可以得知，或許因為導(dǎo)線主要位于Ⅲ、Ⅳ腿，四個腿中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行量測。目前，桿塔基礎(chǔ)處于正常運行狀態(tài)，持續(xù)監(jiān)測，可以進一步掌握傾斜的發(fā)展趨勢。

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)的不均勻沉降會加大，可以通過沉降監(jiān)測系統(tǒng)反映出來。

4 結(jié)語

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)無法正常工作。無線自動化安全監(jiān)測技術(shù)的產(chǎn)生能有效地監(jiān)測基礎(chǔ)出現(xiàn)的變化，并采用傾角計量測基礎(chǔ)頂部的水平位移，及時有效地掌握動態(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行。

參考文獻

[1]魯先龍，程永鋒.斜坡地形輸電線路基礎(chǔ)和桿塔的配合技術(shù)[J].電力建設(shè)，2011，32（8）.

[2]袁廣林，楊庚宇，張云飛.地表變形對輸電鐵塔內(nèi)力和變形的影響規(guī)律[J].煤炭學(xué)報，2009，34（8）.

[3]周柯宏，張燁，舒佳，等.輸電線路桿塔傾斜度在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].廣東電力，2013，26（7）.

[4]羅晶，陸佳政，李波，等.輸電線路桿塔不平衡張力及傾斜監(jiān)測裝置的研究[J].湖南電力，2011，31（4）.

[5]甘鳳林，王德賀，付豪.傳感器在預(yù)警鐵塔不均勻沉降應(yīng)用中的試驗分析[J].黑龍江電力，2012，34（1）.

[6]甘宵云.500kV輸電線路不均勻沉降基礎(chǔ)平推復(fù)位[J].江西電力，2009，33（2）.

作者簡介：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)供電局輸電所運行專責(zé)，電氣工程師，研究方向：輸電線路運行維護，輸電架空線路、電纜線路的運維管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）