吳樹濤 余根祥 方煌盛 陳文興 陳孝湘

(1.國網(wǎng)福建省電力有限公司寧德供電公司，福建 寧德 352000;2.中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司，福建 福州 350003)

0 引言

隨著福建省電力事業(yè)的快速發(fā)展，架空輸電線路工程建設越來越多。由于福建省山地、丘陵眾多，環(huán)境條件復雜，加上臺風和暴雨的影響，各類地質災害頻發(fā)，給架空輸電線路的運行帶來安全隱患。

通過對福建省內(nèi)山地、丘陵地區(qū)塔位的地質災害調查，發(fā)現(xiàn)地質災害受塔位的不合理排水影響較大，其中坡面地表徑流及地表水下滲是引發(fā)塔位滑坡、沖刷、坍塌等地質災害的重要因素。因此，在多雨及匯水面積較大的山地、丘陵塔位合理設置排水溝尤為必要，這對減少塔位沖刷、水毀和保證塔位穩(wěn)定具有重要意義[1-2]。

排水溝分為塔位上方排水溝和基面排水溝，其作為塔位重要的防護構筑物，起到截斷山坡側匯水面的雨水、山洪及其他地表徑流，減少匯水對塔位的沖刷破壞，維持塔位所在邊坡及基礎保護范圍外臨空面的整體穩(wěn)定性等作用，塔位排水溝布置如圖1所示。

圖1 塔位排水溝布置示意圖

科學合理的排水溝設計及施工，不僅可以保障塔位的長期安全，還能減少不必要的資源損耗。調查發(fā)現(xiàn)，架空輸電線路排水溝在設計及施工過程中存在不少問題，一是排水溝斷面設計過程中沒有綜合考慮塔位地區(qū)差異、地形情況、地表環(huán)境、降雨強度等因素，缺乏水文與水力計算，出現(xiàn)部分排水溝設計尺寸偏小，未能滿足泄水流量要求。部分塔位排水溝設計又偏于保守，造成工程量增加、施工難度加大和資金浪費。二是不重視排水溝的平面布置及出水口設計，導致排水溝線型曲折，排水效率低，出水口土方長期被沖刷流失。三是排水溝施工需要經(jīng)過測量放線、溝槽開挖、塊石砌筑及抹面養(yǎng)護等多道工序，如果某一工藝不達標，降水時會造成沖溝，嚴重時可導致滑坡，對塔位整體穩(wěn)定及水土保持不利。

1 排水溝設計

1.1 一般要求

易發(fā)生水土流失、山洪沖刷、山體滑坡等地質災害的塔位，宜結合基面實際地形對塔位采取截水、排水措施[3]，設計方案應因地制宜，避免缺少、多余或不合理設計。排水溝的位置、數(shù)量和斷面尺寸應根據(jù)地形條件、降水強度、匯水面積、坡面徑流量等因素計算確定。

根據(jù)工程經(jīng)驗，對于塔位上邊坡較長，存在較大匯水面且覆蓋土層較厚的情況，應充分利用天然地形設置塔位上方排水溝。降基挖方的塔位基面還應增設內(nèi)高外低的環(huán)狀基面排水溝[4]。排水溝平面布置應線形平滑，轉角處用曲線連接，并盡可能垂直于徑流方向。塔位上方排水溝應設置于迎水側，距離基礎邊緣一般不小于5m。塔位基面排水溝同樣設置于迎水側及基礎外緣，距離基礎邊緣一般不小于2m。塔位上方排水溝出水口高程應低于鐵塔最長腿基礎底面高程或排向鐵塔所在山脊外側，基面排水溝出水口距離基礎邊緣不得小于8m，均應選擇在植被較好、流水通暢處，不得選擇在虛土、塌方及水土易流失處。當出水口處的坡面坡度大于10%或水頭高差大于1m時，應設置消力池及散水，消力池應定期排污，防止堵塞。

1.2 水文與水力計算方法

目前，排水溝的水文計算主要是依據(jù)塔位的水文地質與氣象資料，設計徑流量大小取決于地表覆蓋狀況、土壤種類、設計重現(xiàn)期、降雨強度、匯水面積及植被狀況等，可根據(jù)《水土保持工程設計規(guī)范》(GB 51018-2014)的計算公式[5]。

Qm=16.67φqF

(1)

式(1)中，Qm為設計流量，單位：m3/s；φ為徑流系數(shù)；q為設計重現(xiàn)期和降雨歷時內(nèi)的平均降雨強度，單位：mm/min；F為匯水面積，單位：km2。徑流系數(shù)φ應根據(jù)塔位實際地表種類，采用《水土保持工程設計規(guī)范》(GB 51018-2014)的推薦值。設計重現(xiàn)期和降雨歷時內(nèi)的平均降雨強度q可通過塔位及其鄰近地區(qū)的自記雨量計資料分析得到，當缺乏自記雨量計資料時，可采用標準降雨強度等值線圖推算。

排水溝的水力計算應根據(jù)設計流量Qm確定斷面形狀和尺寸，并確保其斷面水流速度介于容許不沖刷流速與容許不淤積流速之間。參考《室外排水設計規(guī)范》(GB 50014-2021)[6]，排水溝斷面尺寸計算公式如下。

Q≥Qm

(2)

Q=Av

(3)

(4)

(5)

表1 排水溝壁的粗糙系數(shù)

1.3 斷面形式及材料要求

排水溝斷面形式應根據(jù)排水需要，以及對自然環(huán)境景觀的協(xié)調等選定，可采用梯形、矩形、三角形或U形等[7]。架空輸電線路排水溝一般采用梯形斷面，斷面尺寸大小應經(jīng)水文與水力計算，溝的深度和溝底寬度均不宜小于0.4m，排水溝迎水側鎖口應略低于原狀邊坡并結合緊密，避免造成交界處土方被沖刷流失，排水溝斷面見圖2，福建省塔位排水溝常用規(guī)格尺寸見表2。此外，為提高排水效率，避免造成雜物淤積，其溝底縱坡宜大于5%。

圖2 排水溝斷面示意圖

表2 福建省塔位排水溝常用規(guī)格尺寸一覽表

目前，排水溝多采用塊石漿砌，水泥砂漿抹面，其塊石強度等級應不低于MU30，石料應堅硬無風化，顏色保持均勻，表面無泥砂雜質。砌筑砂漿細骨料在沒有特殊要求的情況下以中粗砂為宜，其粒徑應不大于5mm，砌筑砂漿強度等級不低于M10。施工中不得使用含有油污或酸堿性相對較大的水。

2 排水溝施工方法

架空輸電線路工程排水溝施工流程為施工準備、測量放樣、溝槽開挖、排水溝砌筑、抹面養(yǎng)護。施工質量控制要點如下。

2.1 施工準備

為確保塔位排水溝的施工能順利完成，并滿足使用功能及質量要求，在施工前應做好以下準備工作：①施工人員應經(jīng)過技術培訓，取得專業(yè)合格證。②準備足夠的建筑材料，包括塊石、水泥、砂、水等各類原材料，正式進場前均應進行質量檢查，其材料數(shù)量及性能指標均應滿足國家標準及設計要求，并妥善保管。③提前做好水泥砂漿配合比試驗工作。

2.2 測量放線

根據(jù)施工圖紙要求，使用測量儀器準確放出塔位上方排水溝和基面排水溝中軸線所對應的位置，通常情況下定位樁間距為10m，通過撒白灰或拉線標識出排水溝開挖輪廓線。通過測量放線，以便指導后續(xù)的溝槽開挖施工。

2.3 溝槽開挖

根據(jù)溝槽開挖輪廓線，采用人工或機械開挖，當表層采用機械開挖時，溝底以上20cm厚土方采用人工開挖，并進行整平夯實。溝槽開挖形狀及尺寸應與排水溝斷面相匹配，盡量減小對原狀土層的擾動，嚴禁超挖。當出現(xiàn)意外超挖狀況，超挖部分應采用漿砌片石砌筑填充，嚴禁回填土。如存在不良地質情況，應采取合適的地基處理措施。溝槽開挖施工結束并經(jīng)驗槽合格后，方可進行后續(xù)排水溝砌筑施工，做到開挖一段、砌筑一段。

2.4 排水溝砌筑

排水溝砌筑應做好以下工作：①施工時應掛線砌筑，確保排水溝線形及斷面幾何尺寸滿足設計要求。②塊石材料應提前沖洗干凈，清除泥沙夾質，保持濕潤。③土質溝底經(jīng)滿鋪砂漿防滲后方可坐漿砌筑，石質溝底應先清理上覆泥土等雜物，并經(jīng)灑水濕潤后再進行砌筑。④塊石砌筑時應采用擠漿法分層、分段進行，溝底砂漿應滿鋪，砌塊間砂漿必須飽滿，搭接牢固，不得脫空，嚴禁采用灌漿法施工。⑤上層砌筑時應減小對下層的振動影響，以防偏位造成斷面尺寸減小，如遇砌筑施工進程中斷，恢復施工前應在原砌筑表面進行清洗潤濕處理。

2.5 抹面養(yǎng)護

抹面養(yǎng)護應做好以下工作：①排水溝砌筑完后，外露面應盡快采用M10水泥砂漿抹面，厚度一般控制在20mm左右，抹面應壓實趕光、平整美觀、無開裂現(xiàn)象。②完成上述各項工序后，應及時采用薄膜覆蓋并灑水養(yǎng)護，保持砌體處于濕潤狀態(tài)，養(yǎng)護周期一般不少于14天。

3 未來發(fā)展趨勢

近年來，預制混凝土排水溝、樹脂排水溝在房建、市政工程領域得到廣泛應用，實現(xiàn)了工廠規(guī)?；a(chǎn)及現(xiàn)場標準化施工[8-10]，如圖3所示。預制混凝土排水溝能充分解決斷面尺寸偏差、溝壁厚度不足、砌筑砂漿不飽滿等工程外觀及內(nèi)在質量問題。樹脂排水溝除了具備預制混凝土排水溝的優(yōu)點外，還具有自重輕、水流性能好、滲透率低等特點，溝節(jié)間企口縫采用耐候膠拼接，施工便利，已取得了良好的應用效果。目前，預制混凝土排水溝、樹脂排水溝在架空輸電線路工程領域鮮有案例，可借鑒房建、市政排水工程預制裝配建設經(jīng)驗，開展試點應用，提升排水溝成品質量，提高現(xiàn)場施工效率。

(a)預制混凝土排水溝 (b)樹脂排水溝

4 結論

①通過對福建省內(nèi)山地、丘陵地區(qū)塔位的地質災害的調查分析，發(fā)現(xiàn)排水系統(tǒng)不暢是影響塔位穩(wěn)定的關鍵因素，相關工程建設應因地制宜地設置排水溝，減少坡面地表徑流及地表水下滲對塔位沖刷影響。

②排水溝設計方案應綜合考慮塔位地表覆蓋狀況、降雨強度、匯水面積及植被狀況等因素，按照國標要求進行水文與水力計算，合理確定斷面形狀和尺寸，避免出現(xiàn)排水溝設計尺寸與實際偏離，造成過水斷面不足或資源浪費。

③排水溝施工需經(jīng)過施工準備、測量放樣、溝槽開挖、排水溝砌筑、抹面養(yǎng)護等多道工序，當中間某一工藝不達標時，都可能對塔位整體穩(wěn)定造成安全隱患。施工時應重視工序安排及節(jié)點控制，提升工程質量。

④架空輸電線路工程排水溝建設可借鑒預制混凝土排水溝、樹脂排水溝的工程案例，通過省內(nèi)試點應用，推動架空輸電線路工程的現(xiàn)場標準化施工。