袁明

（山東電力建設(shè)第一工程公司，濟(jì)南250100）

特高壓輸變電桿塔地基沉降變形與糾傾

袁明

（山東電力建設(shè)第一工程公司，濟(jì)南250100）

特高壓輸變電工程輸送線路長，需要路經(jīng)山地、丘陵、剝蝕準(zhǔn)平原、山麓斜坡、河流侵蝕階地、沖積平原、湖泊與沼澤、黃土塬、巖溶、沙漠等區(qū)域，不同的地貌特征具有相應(yīng)的巖土力學(xué)性質(zhì)。復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，諸多不良地質(zhì)條件和非確定因素（軟弱下臥層、層狀地質(zhì)、地表徑流、潛在巖溶土洞等）可能造成輸電線路桿塔不同程度的損害，輕則引起桿塔傾斜變形，重則導(dǎo)致桿塔倒塌、輸電線路中斷、主干輸電線路解列等。地基穩(wěn)固是保證桿塔安全使用的主要前提和基礎(chǔ)。就特高壓輸變電基礎(chǔ)工程中存在的相關(guān)地質(zhì)缺陷進(jìn)行分析，對可能失穩(wěn)的桿塔基礎(chǔ)，針對其不同的工程地質(zhì)條件提出相適應(yīng)的糾傾、加固方法和工藝。

特高壓；輸變電；桿塔地基；沉降變形；糾傾

0 引言

特高壓輸電線路是我國整個(gè)輸電網(wǎng)的主要干線，其單回涵蓋范圍更為廣泛。為了滿足輸電線路工程安全性要求，從勘察設(shè)計(jì)和施工上需要對輸電線路預(yù)留安全儲備。不良地質(zhì)災(zāi)害所造成的工程事故會給輸電線路附近人民生命財(cái)產(chǎn)安全和正常生活帶來嚴(yán)重影響。保障特高壓輸電線路的正常安全運(yùn)營對于全國電力輸運(yùn)來講意義極為重大。

1 不同地質(zhì)環(huán)境桿塔地基沉降變形原因

1.1 軟弱下臥層引起基礎(chǔ)沉降變形

特高壓輸電線路桿塔高、規(guī)模大、輸電線較粗，其上部荷載較大，當(dāng)桿塔基礎(chǔ)下部存在軟弱下臥層（地基）時(shí)，由于軟弱土層特殊的力學(xué)特性和變形特性，其往往更容易產(chǎn)生沉降變形，而當(dāng)軟弱下臥層（地基）分布不均勻時(shí)，非均勻鐵塔基礎(chǔ)沉降變形影響更嚴(yán)重。因此，從特高壓輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來講，軟弱下臥層（地基）的存在是桿塔基礎(chǔ)穩(wěn)定性的潛在威脅。另外，地球表層土體在形成過程中，多受到外界因素的影響，如水流沖刷、風(fēng)力搬運(yùn)、植被發(fā)育等，這些影響往往使得地殼土體并非均勻水平層裝分布，尤其是軟弱分布層更是如此［1］。厚度非均勻分布的傾斜軟弱下臥層（地基）往往會引起基礎(chǔ)的不均勻沉降，從而引起基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的傾斜、彎曲變形。上部結(jié)構(gòu)的傾斜是造成桿塔傾倒的主要因素，而基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)的局部彎曲變形會造成桿塔本身附加應(yīng)力的增加，從而降低輸電線路桿塔的安全性和穩(wěn)定性。

1.2 層狀地基引起基礎(chǔ)沉降變形

均質(zhì)巖土體在外荷載作用下的變形特性相對較為簡單，但是巖土材料的形成是一個(gè)漫長而復(fù)雜的過程，不同的地質(zhì)時(shí)期具有不同的土體形成環(huán)境，特別是在富水環(huán)境影響下，巖土地基的形成受到水力搬運(yùn)的影響，地基本身多呈層狀分布特性，另外，不同形成年代的巖土體具有不同的力學(xué)特性，而當(dāng)層狀巖體產(chǎn)狀呈現(xiàn)非水平分布情況時(shí)，層狀土體間結(jié)構(gòu)面粘結(jié)強(qiáng)度較巖土材料本身往往較弱，更容易產(chǎn)生剪切錯(cuò)動變形，這種情況下地基的非均勻變形復(fù)雜程度也會大大增加。

1.3 干濕交替作用引起基礎(chǔ)沉降變形

我國國土面積幅員遼闊、地形地貌亦復(fù)雜多變，從東部到西部成階梯狀分布，平原、盆地、丘陵、山區(qū)等多種地貌并存，加上水力分布和小氣候的影響，使得不同地域內(nèi)水資源分配極不均勻。即便在某一區(qū)域內(nèi)，受到人為因素和局部山地的影響，往往也呈現(xiàn)水力豐富和匱乏頻繁交替的情況，尤其是在東部臨海及沿江臨河地段，海／河水受到潮汐作用的影響出現(xiàn)漲落循環(huán)，這就對其臨近地段高壓輸電桿塔地基的賦水特性產(chǎn)生了嚴(yán)重的外在水理特性影響。對于受水理特性影響顯著的特殊土，如紅粘土、黃土、泥巖等，富水程度的交替循環(huán)對其力學(xué)特性產(chǎn)生很大程度的影響，從而造成桿塔地基的不均勻沉降與傾斜。

1.4 潛在洞體影響基礎(chǔ)變形

巖土材料為存在不同程度天然缺損的散體介質(zhì)，在其形成過程中，若受到地殼本身構(gòu)造運(yùn)動的擠壓、水流沖刷、人為因素等作用的影響，會形成一系列的潛在洞穴。在潛在洞穴影響范圍內(nèi)建造外載荷較大的特高壓輸電桿塔會改變洞穴周圍巖土體的應(yīng)力狀態(tài)，洞穴周圍巖土應(yīng)力狀態(tài)的改變對洞穴圍巖的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。一旦造成洞穴的圍巖的坍塌將直接威脅輸電線路桿塔的穩(wěn)定性。

2 桿塔地基加固糾傾措施

地基是承擔(dān)整個(gè)桿塔結(jié)構(gòu)荷載的關(guān)鍵，在施工的過程中是基于一定的土層之中的工程結(jié)構(gòu)方式，對結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固和穩(wěn)定性起著非常重要的作用。針對以上所述各類非常規(guī)地質(zhì)條件下特高壓輸電線路桿塔基礎(chǔ)的沉降變形原因，目前最為常見的地基加固糾傾措施有：迫降法、頂升法、高壓旋噴法、預(yù)留法、綜合法等［2］。

2.1 迫降糾傾技術(shù)

桿塔地基土在上部荷載的作用下，某一點(diǎn)的附加應(yīng)力在某一段時(shí)間內(nèi)為一定值，當(dāng)削弱該位置土體的一部分承力面積時(shí)，該點(diǎn)的附加應(yīng)力則增大，從而迫使該點(diǎn)土體發(fā)生垂直變形，產(chǎn)生新的沉降。迫降糾傾法就是利用這一原理在桿塔原沉降較小一側(cè)基礎(chǔ)下用各種方法設(shè)置若干水平或垂直空洞，隨著基底附加應(yīng)力的增大，基底土體由壓密變形向塑性變形發(fā)展，地基土處于彈塑性狀態(tài)，根據(jù)迫降量的大小，分布空洞的數(shù)量和位置來有效控制地基土的應(yīng)力，調(diào)整桿塔的不均勻沉降，達(dá)到糾傾的目的。

迫降糾傾是目前使用最為廣泛的糾傾方法，包括掏土糾傾、降水糾傾、堆載加壓糾傾和錨樁加壓糾傾。

2.1.1 掏土糾傾

掏土糾傾法是指從基礎(chǔ)沉降較小一側(cè)的基底下掏挖出適量的地基土、墊層，或抽取一定的基礎(chǔ)磚石，引起基礎(chǔ)新的沉降，有效調(diào)整基礎(chǔ)的沉降差，以達(dá)到糾傾的目的。淺層掏土糾傾法包括基底成孔掏土法、基底水平?jīng)_水掏土法、基底掏墊層法和基底抽磚石法。其中，基底成孔掏土法、基底沖水掏土法和基底掏墊層法都是在基礎(chǔ)底面以下掏挖土體，消弱基礎(chǔ)下土體的承載面積，在上部結(jié)構(gòu)的重力作用下，使附加應(yīng)力產(chǎn)生集中效應(yīng)，掏土孔產(chǎn)生壓扁變形，孔壁土體局部破壞，地基土產(chǎn)生新的附加沉降變形［3］。

掏土糾傾法一般適用于處理碎石土、沙土、黏性土、粉土、淤泥和淤泥質(zhì)土、填土等天然地基上（或經(jīng)淺層處理后）的淺基礎(chǔ)桿塔，并且要求其結(jié)構(gòu)的剛度和整體性較好，處于安全的正常使用狀態(tài)。對于基礎(chǔ)埋深較大、荷載較大的工程，應(yīng)慎重選擇。

掏土糾傾法具有操作簡單、安全可靠、適用性強(qiáng)、工期短、造價(jià)低、無振動、無污染等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用，是糾傾工程中最早應(yīng)用和最常應(yīng)用的糾傾方法之一。但是，該方法也存在著變形易于集中、基底受力不均勻、土方開挖量大、勞動條件差等缺點(diǎn)。

2.1.2 降水糾傾

在桿塔基礎(chǔ)沉降小的一側(cè)打上豎井抽水，降低地下水位，迫使土中孔隙減少，提高土地基土的有效應(yīng)力，隨之產(chǎn)生后固結(jié)，使地基土同時(shí)沉降，此法施工簡單、安全、費(fèi)用低。但是受到土本身滲透系數(shù)的制約，抽水涌水量及影響半徑都不大，效果不十分明顯，同時(shí)需要考慮井點(diǎn)降水對鄰近建筑物的影響應(yīng)設(shè)置回灌井點(diǎn)。

2.1.3 堆載加壓糾傾

堆載加壓糾傾是人為改變桿塔基礎(chǔ)荷載條件。軟弱地基對外部荷載十分敏感，過快的加載速率使得地基得不到充分固結(jié)，土體中孔隙水壓力來不及消散而形成水囊，部分土體將沿基底向外側(cè)基礎(chǔ)擠出，引起桿塔基礎(chǔ)大量沉降。在基礎(chǔ)沉降小的一側(cè)施加臨時(shí)荷載，適當(dāng)增加這個(gè)側(cè)邊的沉降，用以減小不均勻沉降差和傾斜。此法適用于淤泥土和松散填土等軟弱地基，不足之處是效率較低，工期長。

2.1.4 錨樁加壓

錨樁加壓糾傾是指在基礎(chǔ)沉降小的一側(cè)修筑一個(gè)與原基礎(chǔ)連接的懸臂鋼筋混凝土梁，利用錨樁和配套加荷機(jī)具，對錨樁進(jìn)行多級加荷，調(diào)整不均勻沉降已達(dá)到預(yù)期目的，直至糾傾或超糾傾達(dá)到扶正。

2.2 頂升糾傾

在桿塔的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間，沿某一選定的水平位置采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)托換加固技術(shù)，形成全封閉的頂升托換梁（柱）體系，然后將上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)進(jìn)行分離，并設(shè)置能支承整個(gè)桿塔的若干支承點(diǎn)，通過這些支承點(diǎn)的頂升，使建筑托換梁體系按糾偏方向作平面轉(zhuǎn)動，即可使傾斜桿塔得到糾正，這種方法叫做頂升糾傾法。

若基底全面設(shè)置支承點(diǎn)，大幅度頂升，還可增加桿塔底部利用空間。頂升糾偏過程是一種基礎(chǔ)沉降差異快速逆補(bǔ)償?shù)倪^程，它使原沉降較小處附加應(yīng)力增加。實(shí)踐證明，當(dāng)?shù)鼗系墓探Y(jié)度達(dá)80%以上、基礎(chǔ)沉降接近穩(wěn)定時(shí)，可通過頂升糾傾來調(diào)整剩余不均勻的沉降。頂升糾偏適用于整體沉降及不均勻沉降較大、造成標(biāo)高過低的桿塔。

2.3 高壓旋噴糾傾

就是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴注漿管鉆至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水成為壓力為2.0 MPa左右的高壓流從噴嘴射出來，沖擊土體土粒從土體剝落下來與漿液攪拌結(jié)合，使在土體中形成固體，加固土地基，提高地基的抗剪強(qiáng)度，改善土的變形性質(zhì)，使其在上部結(jié)構(gòu)荷載的直接作用下不產(chǎn)生破壞或過大的變形，此方法用的注漿材料是普通硅酸鹽水泥，在冬季施工時(shí)，應(yīng)在水泥漿內(nèi)摻入早強(qiáng)劑，在已沉降側(cè)漿液內(nèi)摻入膨脹劑，使?jié){液與土體盡快凝固，并且微膨脹。旋噴注漿不損壞桿塔上部結(jié)構(gòu)，不影響桿塔的正常使用，使軟弱地基得到加固，能取得穩(wěn)定的效果，能使桿塔基礎(chǔ)保持沉降穩(wěn)定滿足正常使用要求。

2.4 預(yù)留法糾傾

預(yù)留法糾傾是對在使用過程中可能發(fā)生傾斜的桿塔基礎(chǔ)，建造時(shí)在其基礎(chǔ)或地基上便預(yù)留下以后糾傾的條件，該方法多用于采動區(qū)的新建桿塔。

2.5 綜合法糾傾

一般說來，如果桿塔基礎(chǔ)的糾傾只限于某一種方法時(shí)，糾傾效果不一定十分顯著，尤其是對于桿塔體形復(fù)雜，地質(zhì)情況變化較大的糾傾工程，通常是多管齊下，將以上方法中的兩種或幾種方法結(jié)合起來（有時(shí)也輔以其他措施），采用綜合手段進(jìn)行糾傾［4］。例如浸水掏土法，浸水加壓法，浸水雙灰樁法，錨桿靜壓樁掏土（降水）法，壓入樁掏土法，輻射井射水雙灰樁法，基礎(chǔ)減壓加強(qiáng)剛度法，樁體卸載旋噴樁法等。綜合法糾傾過程中，多中獨(dú)立糾傾方法之間相互取長補(bǔ)短，可取得事半功倍的效果。

由于地基原因引起基礎(chǔ)的不均勻下沉，造成桿塔的傾斜變形，在糾傾之后要及時(shí)對地基進(jìn)行加固，或設(shè)法擴(kuò)大基礎(chǔ)面積、基礎(chǔ)灌漿、增設(shè)新的基礎(chǔ)等辦法來減少地基所承受的荷載，否則有可能造成新的沉降［5］。

3 結(jié)語

特高壓輸電線路非常規(guī)工程地質(zhì)條件下巖土材料的力學(xué)特性和抗變形特性直接關(guān)系到桿塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，正確了解其力學(xué)特性是輸電線路桿塔穩(wěn)定性分析和評價(jià)的前提條件。地基作為輸電線路的重要組成部分，其穩(wěn)定程度是保障構(gòu)筑物質(zhì)量與使用安全的主要基礎(chǔ)和前提。在現(xiàn)代化工程項(xiàng)目中，地基糾傾加固已成為整個(gè)工程施工中不容忽視的一部分，也是施工的首要環(huán)節(jié)。桿塔基礎(chǔ)糾傾方法的選擇應(yīng)該根據(jù)桿塔基礎(chǔ)情況、地基土性質(zhì)以及桿塔結(jié)構(gòu)類型等進(jìn)行確定。

［1］孫更生，鄭大同.軟土地基與地下工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1984.

［2］JCJ 123—2000既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］劉亞蓮，梁志松.建筑物傾斜原因分析和糾傾措施探討［J］.四川建筑科學(xué)研究，2002（3）：32-33.

［4］JGJ 79—1991建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［5］蔣斌松.巖石力學(xué)反問題［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1998.

Settlement Deformation and Inclination Rectification of Tower Foundation of UHV Transmission Lines

YUAN Ming
（Shandong Electric Power Construction No.1 Corporation，Jinan 250100，China）

Because of long distance，UHV transmission lines are built to pass mountains，hills，erosion quasi plains，foothills slopes，river erosion terraces，alluvial plains，lakes and swamps，loess plateau，karst，desert area and so on.These different landscape features have different geotechnical properties.Complex geological environment，many adverse geological conditions and non-deterministic factors（weak underlying layer，layered geology，surface runoff，soil potential karst cave，etc.）will cause varying degrees of damage to transmission line towers，such as tower deformation，tower collapse，break and split of transmission line and so on.For the safety of the power line，a solid and stable foundation is vital.An analysis on related geological defects in UHV power transmission infrastructure project is carried out.For possible instability of the tower foundation，appropriate correction methods，reinforcement methods and processes are put forward taking different geological conditions into consideration.

ultra-high voltage；power transmission line；tower foundation；settlement deformation；inclination rectification

TM754

B

1007－9904（2015）04－00078－03

2014-11-26

袁明（1976），男，高級工程師，從事電廠及其配套項(xiàng)目EPC合同實(shí)施過程中的設(shè)計(jì)管理、技術(shù)方案審查、設(shè)備選型和安裝調(diào)試等方面的工作。