樊柱軍，劉曉娟，程東幸

(西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710054)

0 引言

藏中聯(lián)網工程線路[1]海拔高程在2 930～5 200 m，一般高差在500～1 200 m，最大高差達1 550 m,整個線路沿線主要為侵蝕溶蝕剝蝕高山峽谷及侵蝕剝蝕溶蝕中、高山地貌。線路路徑走廊十分狹窄，塔基所處的地質環(huán)境條件十分復雜。絕大部分塔基位于斜坡上，斜坡包括基巖斜坡、土巖混合斜坡、崩塌堆積體斜坡、滑坡堆積體斜坡等，斜坡上塔基的穩(wěn)定性受到多種因素的影響。

韋立德等[2]建立了輸電線路塔基土質邊坡穩(wěn)定性安全系數的BP預測模型；趙有余等[3]分析了影響西南山區(qū)線路塔基穩(wěn)定性的因素，提出了相關的處理措施；章誠亮[4]分析了不同塔基基礎類型及穩(wěn)定性特點；魯先龍等[5]從塔基基礎穩(wěn)定性考慮，提出了不同基礎類型塔基的適用。相關文獻對輸電線路塔基穩(wěn)定性的研究，主要集中在塔基所在的宏觀地質環(huán)境條件和塔基基礎兩方面，很少將二者統(tǒng)一起來。對于受構造斷裂發(fā)育、剝蝕強烈、風化嚴重、地質災害易發(fā)的剝蝕峽谷地區(qū)，塔基的穩(wěn)定性需要綜合考慮多種因素，本文以八宿縣10L336-10L338段塔基為研究對象，分析了塔基所在堆積體的成因，查明了堆積體的物質結構特點，分析了斜坡的穩(wěn)定性和塔基基礎的穩(wěn)定性，綜合判斷了各個塔基的立塔條件和適宜性，提出了塔基地基方案和結構優(yōu)化的相關建議措施。

1 塔基所在工程區(qū)地質概況

10L336-10L338、10R335-10R337塔位邊坡大致傾向W，坡體頂部較陡，坡度大于40°，中上部發(fā)育一平臺，平均坡度約10°，中下部坡度在25°～40°；坡體兩側、坡體中部均可見流向東至西的沖溝，坡體前緣發(fā)育河流階地，怒江上游支流冷曲河由南向北從坡體前緣流過；此外，在坡體前部發(fā)現多處泉點，并可見較大范圍的滲水區(qū)域。塔位10R335、10L336、10R336、10L337、10R337、10L338由北向南展布于坡體中部(圖1)。

工程區(qū)主要發(fā)育古生界石炭系、二疊系來姑組(C2P1l)灰黑色板巖、結晶灰?guī)r，偶見乳白色、白色大理巖，中生界侏羅系(δoJ)石英閃長巖，且塔基所在斜坡主要為板巖，板巖中發(fā)育兩組結構面，結構面傾向坡外，組合形成楔形體。

圖1 塔基在斜坡分布Fig.1 A photo showing the tower foundation distribution in the slope area

2 滑坡特征及成因分析

2.1 宏觀定性分析

塔基兩側發(fā)育沖溝，坡體中上部發(fā)育緩傾坡外平臺，其后為一較光滑的陡壁，圈椅狀地形顯著；邊坡下部發(fā)育多處泉點及滲水區(qū)域；堆積體覆于河流相卵礫石堆積體之上，據此分析認為該邊坡為一古滑坡，滑坡發(fā)生于該處河流堆積階地之后，運動方向與坡向近一致，為一典型的大型巖質滑坡?；轮骰较騑，前緣抵達鄉(xiāng)村公路，高程3 920 m，后緣高程5 000 m，順河寬約1 km，橫河長約1.4 km。目前，殘余滑坡堆積物體積約6.00×107m3，主要分布于4 470 m高程以下，4 300～4 470 m為滑坡平臺，坡度10°～15°，起伏不平，4 300 m以下坡度較大，約35°～40°，滑坡舌部外有階地分布，寬約400 m。

滑坡在地形上較為明顯，邊界易區(qū)分，前部被泥石流等堆積體覆蓋，整體呈開口微閉的“馬蹄形”。該滑坡體后壁為上部緩傾平臺E側陡峻山體，后壁較平直光滑，可見“圈椅狀”地形?；虑熬壩挥谙虏烤弮A平臺上部坡體泉水出露一帶，下部緩傾平臺主要為原河流階地，其N側可見卵礫石堆積體，滑坡體基本覆蓋在原始河流階地上，左右側位于兩側山脊。

2.2 成因機制分析

該邊坡滑坡之前為一較陡峻的巖質邊坡，巖傾向坡內，且板巖、凝灰?guī)r硬度大，因此邊坡較為陡峻。邊坡上部海拔較高，風化、凍融作用強烈，再加之巖體發(fā)育有兩組傾向坡外的結構面(圖2)，傾坡外的結構面在上述作用下逐漸向下發(fā)展貫通。此外，坡體前緣河流侵蝕坡腳形成臨空面，后期可能受上部崩坡積體荷載、前緣河流侵蝕、地震等作用，山體上部可能產生垮塌、滑移，坡體下部巖體受剪切作用，最后坡體沿著貫通的結構面形成滑坡。其演化過程，大致可分為以下幾個階段：巖體結構面向下發(fā)育→巖體結構面逐漸貫通→結構面完全貫通，下部產生剪切破壞滑坡形成→滑坡堆積體前部受河流侵蝕形成現今地貌(圖2)。

圖2 滑坡堆積縱剖面圖Fig.2 A longitudinal plan of the landslide accumulation

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 定性分析

綜合野外調查及室內資料分析認為，塔位邊坡雖堆積體較厚，整體坡度較大，地下水發(fā)育，且為古滑坡堆積體。現今滑坡堆積體前緣為坡度30°的斜坡，滑坡上發(fā)育一級滑坡平臺，未見后期滑動形成的次級滑坡平臺?；露逊e體上游邊界處，生有直徑30～50 cm的古樹，樹木未見彎曲等變形現象。說明滑坡發(fā)生后，堆積體穩(wěn)定性較好，未發(fā)生次級滑動，近期也沒有產生明顯的蠕滑變形?，F今堆積體前部延伸遠，坡腳位置不存在陡傾的臨空面，且現今的泥石流堆積體堆積在坡前，這多種因素使得坡體向前滑動方向受阻，抗滑力較大。此外基巖為板巖，層面傾向坡內，增大了坡體與基巖的摩擦阻力，抗滑力亦隨之增加，有利于坡體穩(wěn)定，故定性分析認為邊坡整體穩(wěn)定性較好。

3.2 定量分析

3.2.1剖面選擇和模型建立

定量計算采用Geostudio(SEEP/W&SIGMA/W)模塊，首先運用SEEP/W軟件分析斜坡體的滲流場，接著采用SIGMA/W對其應力進行分析，然后運用SLOPE/W進行穩(wěn)定性計算。

滑坡體大致形狀呈散開的扇形，考慮所選剖面既能反映坡體的典型特征，又能對滑坡體本身穩(wěn)定性進行全面評價，且對塔位邊坡亦能予以關注，并分析評價，綜合各因素，計算剖面參考滑坡主滑方向，垂直兩回線路走向，分別選取10R335-10L336(1-1′)剖面、10R336-10L337(2-2′)剖面、10R337-10L338(3-3′)剖面，分析認為，邊坡前部階地平臺對研究坡體穩(wěn)定性無實際意義，坡體頂部基巖于滑坡體穩(wěn)定性影響亦不大，故通過適量簡化邊坡剖面，所建立的典型剖面數值模型見圖3，其中各模型所設滑帶均位于基伏界線處，圖中①至④為指定的滑面，①為基伏界線處滑面。

圖3 典型剖面數值計算模型Fig.3 A numerical model of the typical profile

3.2.2參數選取及計算工況

參考相鄰區(qū)域的巖土工程資料，再利用工程經驗法結合實際情況綜合選取研究區(qū)的巖土參數，研究區(qū)各地層參數見表1。

結合研究區(qū)實際，本次數值模擬主要考慮天然穩(wěn)定性、暴雨穩(wěn)定性、地震穩(wěn)定性以及塔基荷載穩(wěn)定性，對應的工況分別為：天然工況、天然+荷載工況、暴雨工況、暴雨+荷載工況、地震工況。

表1 研究區(qū)各類巖土體物理力學參數

3.2.3計算結果

計算過程中選取的3條剖面中，其中10R336-10L337(2-2′)剖面基本上沿著滑坡的主滑方向，該剖面兩側坡面沖溝發(fā)育，坡面受沖溝沖刷侵蝕影響，植被發(fā)育一般，在斜坡的中部平臺上堆積了沖溝坡洪積物。從對滑坡穩(wěn)定性影響程度上分析，該剖面的計算分析更具有典型性和代表性,計算結果見表2。

天然工況下2-2’剖面邊坡穩(wěn)定性系數為1.246，天然工況下加上輸電塔等外部荷載后，邊坡穩(wěn)定性系數有所降低，為1.236。暴雨工況下邊坡數值模擬計算結果見圖4、圖5，在暴雨工況下坡體上部緩傾平臺外側坡體以及緩傾平臺上部坡腳有負量值區(qū)域存在，表明該處受拉，這與該邊坡靠近緩傾平臺頂部存在大量沖溝的現象近一致，初步判斷其沖溝是由融雪或降雨形成的徑流侵蝕形成的。在暴雨工況下，堆積體內部存在多處剪應變集中區(qū)域，說明暴雨情況下坡體有向外運動的趨勢，但這些剪應變集中區(qū)域尚未貫通，是局部存在的，坡體整體穩(wěn)定性影響較小。從表2可知，暴雨情況下邊坡穩(wěn)定性系數為1.239；在暴雨工況下加上外部荷載后，邊坡穩(wěn)定性略有降低，穩(wěn)定性系數為1.217。在地震作用下邊坡穩(wěn)定性顯著降低，其穩(wěn)定性系數降為1.055，當存在輸電塔等荷載后，地震作用使得邊坡穩(wěn)定性系數進一步降低，為1.054。

表2 各剖面各工況安全系數平均值

10R336-10L337及其它兩剖面計算結果統(tǒng)計分析，見表2可以得出，邊坡整體在天然、荷載、暴雨、暴雨+荷載、地震+荷載工況下穩(wěn)定，在地震工況下亦較穩(wěn)定，綜合評價認為邊坡在各工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 暴雨工況最小主應力Fig.4 Diagram showing the minimum stress distribution under rainstorm condition

圖5 暴雨工況最大剪應變Fig.5 Diagram showing the distribution of maximum shear strain under rainstorm condition

4 塔基穩(wěn)定性分析

4.1 定性分析

通過對滑坡體進行定性分析和定量計算，結果顯示：古滑坡體在天然、暴雨等工況下處于穩(wěn)定狀態(tài), 不存在整體復活的可能性，這為在該場地立塔提供了基礎條件，該古滑坡區(qū)六基塔為原狀土掏挖基礎[6]，上部鋼結構的穩(wěn)定性通過樁周土的剪切力提供，掏挖基礎埋深在10～13 m，塔基基礎的穩(wěn)定性依賴于古滑坡體的穩(wěn)定性，但是，對于整個古滑坡體來說，塔基基礎仍然屬于淺基礎的范疇，塔基在坡面加載、施工擾動，易對滑坡體表層地質環(huán)境條件產生破壞，在降雨等外在工況的觸發(fā)下，地質環(huán)境平衡系統(tǒng)被打破，滑坡體易產生淺表層變形，進而對塔基穩(wěn)定性產生影響，因此在對古滑坡整體穩(wěn)定分析的基礎上，對塔基基礎淺表層斜坡穩(wěn)定性分析顯得十分必要。

對6基塔所處微地貌單元、地表植被、地形坡度、地表不良地質作用等方面進行綜合定性分析，除10L337塔基外，其余5基塔處于穩(wěn)定狀態(tài)，10L337塔基存在極大的安全隱患。10L337塔位處于堆積體坡肩部位，緩傾平臺邊緣，10L337塔A、B腿位于上部緩傾平臺邊緣，C、D腿位于斜坡上，斜坡坡度約35°(圖6)。10L337塔位于堆積體坡肩部位，A、B腿后緣平臺形成的匯水面，通過C、D腿所在斜坡坡面寬淺沖溝自然排泄，坡面受沖刷影響，地形較破碎，地形線凹向坡體內，地表植被不發(fā)育，坡面由較為松散的碎石組成，在坡面暫時性流水作用下，碎石易垮塌，引起淺表層松動變形，進而牽引堆積體坡肩受拉，產生法向力，引起變形，從而對塔基穩(wěn)定造成影響。

圖6 10L337塔基全景Fig.6 Panoramic photo of the slope area of 10L337 tower foundation

4.2 定量計算

通過定性分析可知，10L337塔基所在坡面發(fā)育寬淺沖溝，對塔基穩(wěn)定性產生影響，為進一步定量評價其在荷載、暴雨工況、地震工況下的穩(wěn)定性，擬采用Geostudio進行計算分析。據野外調查，分析認為沖溝侵蝕形成的臨空面使得坡體局部穩(wěn)定性降低，塔位邊坡在荷載、暴雨、地震等情況下可能產生局部滑動、垮塌，其剪出口較大可能位于臨空面上?；诖?，通過指定出入口地毯式搜索確定危險區(qū)域后，指定了不同角度的6條滑面，計算模型及滑面見圖7。

圖7 10L337塔基計算模型Fig.7 Diagram of the calculation model of 10L337 tower foundation

巖土參數詳見表1，各工況計算結果見表3，詳細分析列于表后。

表3 10L337塔基各工況計算結果

由通過計算可知滑面③為最危險滑面。在暴雨情況下(40 mm/d)塔位邊坡穩(wěn)定性明顯降低，穩(wěn)定性系數為1.022，接近極限平衡狀態(tài)。暴雨情況下加上輸電塔荷載后，塔位邊坡穩(wěn)定性系數降為0.976(圖8)，其失穩(wěn)的可能性較大，根據計算結果估計來看，其滑動平均深度約10 m，滑動體積約1.2×104m3，于沖溝侵蝕臨空面剪出，考慮到塔基基礎埋深在12 m左右，塔基基礎地基土處于變形范圍內，因此分析認為在暴雨工況下，塔位邊坡局部可能會出現垮塌，影響塔基的安全。

圖8 暴雨+荷載安全系數Fig.8 Diagram showing the results of safety factor under the rainstorm and load conditions

在地震工況下塔位邊坡穩(wěn)定性系數為1.055，邊坡基本穩(wěn)定。地震情況下加上輸電塔等荷載后邊坡穩(wěn)定性系數略有降低(圖9)，為1.015，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

圖9 地震+荷載安全系數Fig.9 Diagram showing the results of safety factor under the earthquake and load conditions

由此可以看出，10L337塔位邊坡對降雨較為敏感，在暴雨工況下坡體穩(wěn)定性顯著降低，這與定性分析是一致的。綜合分析認為10L337塔位邊坡在天然工況以及天然+荷載情況下坡體穩(wěn)定性較好，邊坡失穩(wěn)的可能性?。辉诘卣鸸r下，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡失穩(wěn)的可能性?。坏诒┯旯r下以及暴雨+荷載工況下邊坡穩(wěn)定性較差，邊坡局部向沖溝內失穩(wěn)的可能性較大。

5 結論

通過對塔基所在斜坡宏觀地質條件和基礎兩方面進行綜合分析，對塔基穩(wěn)定性獲得的結論及建議如下：

(1)塔基所在斜坡為大型巖質滑坡形成的厚層-巨厚層堆積體，該滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；位于滑坡堆積體淺表部的塔基，除10L337塔基存在安全隱患外，其余塔基處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)塔基的穩(wěn)定性和塔基所在斜坡的穩(wěn)定性是兩個范疇，斜坡整體穩(wěn)定是立塔的基本條件，塔基穩(wěn)定性不僅依賴于整個斜坡的穩(wěn)定，更取決于塔基地基的穩(wěn)定性。

(3)鑒于塔基穩(wěn)定性主要取決于塔基基礎持力層以及下臥層土體的穩(wěn)定性，因此山區(qū)輸電線路塔基應盡量選擇在穩(wěn)定可靠的基巖上，對于位于斜坡堆積體上的塔基，一定要查明基礎埋深范圍、下臥層巖土體的特征以及工程性能，采取由整體到局部、由宏觀到微觀等方法，綜合判定塔基的穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1] 樊柱軍.西藏藏中與昌都聯(lián)網工程500千伏線路工程包10巖土工程勘察報告[R].西安：西北電力設計院有限公司，2016.

FAN Zhujun.The design No.10 geotechnical investigation report of 500 kV network project between Tibet’s Central Region and Changdu Region[R].Xian：Northwest Electric Power Design Institute Co. Ltd, 2016.

[2] 韋立德,安少鵬,等.輸電線路塔基土質邊坡穩(wěn)定性評價的BP網絡模型[J].電力勘測設計,2013,30(2):17-20.

WEI Lide，AN Shaopeng，et al.Bp network model of stability evaluation of tower foundation soil slope in transmission line[J].Electric Power Survey & Design，2013，30(2):17-20.

[3] 趙有余,王永忠,等.西南山區(qū)某高陡斜坡輸電線路塔基地質災害的預防與治理[J].土工基礎,2014,27(6):33-37.

ZHAO Youyu，WANG Yongzhong,et al.Geological hazards prediction and prevention for transmission tower foundation on tteep slopes[J].Soileng and Foundation，2014，27(6):33-37.

[4] 章誠亮.高壓輸電線路桿塔基礎穩(wěn)定性分析[J].企業(yè)技術開發(fā),2013,32(2):112-114.

ZHANG Chengliang.Analysis on stability of poles foundation in High-Voltage transmission line[J]. Technologyical Development of Enterprise，2013，32(2):112-114.

[5] 魯先龍,程永峰.中國架空輸電線路桿塔基礎工程現狀和展望[A].第五屆輸配電技術國際會議論文集[C].北京：中國電力出版社，2005：189-193.

LU Xianlong，CHENG Yongfeng.Current status and prospect of transmission tower foundation engineering in China[A]. Papers of the 5th international conference on transmission and distribution technology[C].Beijing：China Electric Power Press，2005：189-193.

[6] DL/T 5219—2005,架空送電線路基礎設計技術規(guī)定[S].

DL/T 5219—2005, Technical Regulations for Foundation Design of Overhead Transmission Lines [S].