王 龍，何春暉，宋卓彥，陳相家，李 倩，寇 天

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)正積極實(shí)施“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”的電力發(fā)展戰(zhàn)略，致使電網(wǎng)路徑愈來愈緊張，其中很多線路穿越山區(qū)丘陵地段，桿塔修建在邊坡上。塔基土質(zhì)邊坡在荷載、降雨、坡腳開挖等因素影響下易誘發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害［1］。巖質(zhì)邊坡節(jié)理裂隙發(fā)育，塔基邊坡工程若未采取有效支護(hù)措施，也會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞［2-3］。因此，在不采取額外邊坡支護(hù)措施的情況下，減少施工對(duì)環(huán)境的破壞，提高桿塔基礎(chǔ)附近邊坡的穩(wěn)定性，降低山區(qū)輸電線路工程造價(jià)，有著重要的工程意義和實(shí)踐價(jià)值。

預(yù)應(yīng)力錨索作為一種有效的巖土體加固方式，已被廣泛應(yīng)用于邊坡［4］、深基坑［5］、地下洞室［6］等工程領(lǐng)域。在輸電工程領(lǐng)域，雒億平等［7］提出一種聯(lián)合板索基礎(chǔ)，即通過預(yù)應(yīng)力錨索連接埋深較淺上板與埋深較大下板，使其與兩板之間的土形成整體來抵抗上拔力和下壓力。麻堅(jiān)等［8］針對(duì)山區(qū)輸電線路轉(zhuǎn)角塔提出一種壓力型錨索承臺(tái)基礎(chǔ)，并分析了其受力特點(diǎn)及工程經(jīng)濟(jì)性。上述二者對(duì)基礎(chǔ)本身進(jìn)行了詳細(xì)的研究，但未從邊坡安全角度進(jìn)行研究分析，而外荷載、地下水變化等因素易降低高邊坡的穩(wěn)定性，進(jìn)而誘發(fā)滑坡，嚴(yán)重威脅輸電線路的安全運(yùn)行。本文結(jié)合輸電線路特點(diǎn)，提出一種預(yù)應(yīng)力錨索基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)可提高塔基附近邊坡穩(wěn)定性，減少施工開挖土方量，降低對(duì)自然環(huán)境的破壞。

1 預(yù)應(yīng)力錨索基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力錨索基礎(chǔ)由鋼筋混凝土構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力錨索組成，如圖1和圖2所示。鋼筋混凝土構(gòu)件將上部荷載傳至基面，并且起到錨定預(yù)應(yīng)力錨索的作用，其水平力抗力可由錨索和臨坡面巖土體提供?；A(chǔ)施工時(shí)，通過張拉預(yù)應(yīng)力錨索使混凝土構(gòu)件受力，并將拉拔力傳遞給邊坡內(nèi)部土體，內(nèi)部土體再通過機(jī)械力及摩擦力將拉拔力傳遞給周圍注漿體，從而使桿塔基礎(chǔ)與邊坡形成整體，在滿足桿塔作用力的同時(shí)，可提高塔基邊坡的穩(wěn)定性。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索基礎(chǔ)

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索基礎(chǔ)剖面圖

2 塔基邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 計(jì)算模型與參數(shù)

以某新建輸電線路工程為背景，分析不同工況下塔基邊坡的穩(wěn)定性?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)塔位所處邊坡剖面圖如圖3所示，圖4為簡(jiǎn)化的二維Slide邊坡計(jì)算模型，邊坡分析采用簡(jiǎn)化Bishop法。

圖3 塔基邊坡剖面圖

圖4 計(jì)算模型

該邊坡剖面地質(zhì)信息由上往下依次為粉土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、全風(fēng)化花崗片麻巖和中等風(fēng)化花崗片麻巖，各層物理參數(shù)如表1所示。桿塔型式擬采用2E5-SZ3直線塔，其基礎(chǔ)作用力如表2所示，塔基預(yù)應(yīng)力錨索參數(shù)如表3所示。

表1 地質(zhì)物理參數(shù)

表2 基礎(chǔ)作用力

表3 預(yù)應(yīng)力錨索參數(shù)

2.2 自然邊坡穩(wěn)定性分析

如圖5所示，通過對(duì)該塔位施工前的天然邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，計(jì)算獲得該塔位天然邊坡在自然干燥狀態(tài)和有地下水活動(dòng)工況下的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.574和1.228，表明該塔位所處的自然邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 自然邊坡穩(wěn)定性分析

2.3 塔基邊坡穩(wěn)定性分析

輸電線路邊坡工程采取放坡開挖的施工措施，一方面具有設(shè)計(jì)和施工簡(jiǎn)單、工期較短的特點(diǎn)，另一方面可提高邊坡穩(wěn)定性。但大開挖不僅提高了工程造價(jià)，還破壞了自然地貌。因此，為減少工程土方量，節(jié)省工程造價(jià)，減少對(duì)原有地貌的破壞，山區(qū)丘陵地段的桿塔基礎(chǔ)常采用全方位高低組合基礎(chǔ)或深淺組合基礎(chǔ)［9］。在不采取額外邊坡支護(hù)措施的前提下，本文分別對(duì)上述塔基的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1）放坡開挖塔基邊坡穩(wěn)定性分析。如圖6所示，計(jì)算結(jié)果表明采用適當(dāng)放坡的基礎(chǔ)邊坡在干燥和有地下水活動(dòng)工況下邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.208和1.147，邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 邊坡開挖穩(wěn)定性分析

2）高低腿塔基邊坡穩(wěn)定性分析。如圖7所示，將全方位高低腿鐵塔結(jié)構(gòu)荷載施加在邊坡計(jì)算模型上，計(jì)算獲得該塔位邊坡在干燥工況下邊坡安全系數(shù)為1.092，邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)；在地下水活動(dòng)工況下，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)降低為0.983（小于1），邊坡發(fā)生淺層滑動(dòng)破壞。

2.4 預(yù)應(yīng)力錨索塔基邊坡穩(wěn)定性分析

預(yù)應(yīng)力錨索基礎(chǔ)的塔基邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，在干燥和有地下水活動(dòng)工況下，采用預(yù)應(yīng)力錨索基礎(chǔ)的塔基邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.351和1.128，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)比上述各塔基邊坡的穩(wěn)定性分析結(jié)果，采用預(yù)應(yīng)力錨索基礎(chǔ)在減少土方開挖量的同時(shí)，可提高邊坡的穩(wěn)定性，減少二次支護(hù)，保障線路運(yùn)行安全。

3 結(jié)論

本文以某新建輸電線路工程塔基邊坡為研究對(duì)象，提出一種預(yù)應(yīng)力錨索基礎(chǔ)，通過Slide數(shù)值模擬分析不同工況下邊坡穩(wěn)定性，得到以下結(jié)論：

圖7 高低腿塔基邊坡穩(wěn)定性分析

圖8 預(yù)應(yīng)力錨索塔基邊坡穩(wěn)定性分析

1）該塔位所處邊坡無論采用何種基礎(chǔ)形式，邊坡在干燥工況下均能處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2）進(jìn)行人工開挖削坡，且無任何邊坡支護(hù)措施，施加桿塔荷載后，該塔基邊坡穩(wěn)定性降低；在地下水活動(dòng)工況下，安全系數(shù)小于1，邊坡發(fā)生滑動(dòng)破壞。

3）該邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索基礎(chǔ)后，通過錨索結(jié)構(gòu)使桿塔作用力傳向邊坡體內(nèi)部，使基礎(chǔ)與周圍巖土體形成整體，從而提高了邊坡的穩(wěn)定性及工程安全性。該方法可為類似邊坡塔基工程提供參考。