楊 煜，周恩平，周 欣，劉 杰

(四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610000)

0 引言

錨桿基礎(chǔ)以往多應(yīng)用于220 ～750 kV 的線路中，2008年，在向家壩—上?！?00 kV 特高壓工程首次應(yīng)用，隨后在±800 kV 錦蘇線、糯廣線、酒湖線、雅中等特高壓直流工程中陸續(xù)得到應(yīng)用。目前，錨桿基礎(chǔ)在特高壓直流線路工程中已從試用階段逐漸邁入大規(guī)模推廣應(yīng)用階段，由此帶來了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益，并在工程實(shí)踐中，逐步積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。

隨著西南水電開發(fā)及西電東送戰(zhàn)略深入實(shí)施，西南山區(qū)高等級(jí)輸電線路越來越多，錨桿基礎(chǔ)的應(yīng)用范圍也不斷向西南(包括西藏)腹地延伸，本文根據(jù)西南山區(qū)特有的地理地質(zhì)環(huán)境，結(jié)合工程實(shí)際，就山區(qū)輸電線路錨桿基礎(chǔ)應(yīng)用中常見的幾個(gè)問題進(jìn)行探討。

1 西南山區(qū)主要地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)

1.1 氣象特點(diǎn)

西南山區(qū)大部位于青藏高原向四川盆地的過渡地帶，地形復(fù)雜、高差懸殊，地域上其氣象特征差異較大，受印度洋季風(fēng)、熱帶大陸氣團(tuán)與高原氣候影響，雨季與干季區(qū)別明顯、氣候垂直分帶清晰是其主要的氣候特征。多年年均降雨量為800 ～1 500 mm，雨季降水量占全年的80%～90%。

大致在1 300 m以下的金沙江河谷地帶氣候，屬南亞熱帶，1 300 ～2 000 m 的金沙江、雅礱江流域?qū)偌撅L(fēng)亞熱帶，2 000 ～3 000 m 地帶屬季風(fēng)暖溫帶、溫帶，3 000 ～4 000 m 地帶屬寒溫帶，4 000 m 以上為亞寒帶，5 000 m 以上屬永久冰雪帶，寒凍風(fēng)化作用強(qiáng)烈，凍土分布廣泛。

1.2 地形地貌

青藏高原的東南緣與橫斷山脈之間，是青藏高原向我國第二階梯過渡區(qū)域。區(qū)內(nèi)地勢(shì)呈西高東低，高差懸殊、起伏大，地貌類型多樣，以岷山、龍門山、大相嶺、大涼山為界，東部為四川盆地、西南為高山高原區(qū)，橫斷山脈多分布中高山峽谷地貌。

橫斷山脈(群)位于中國地勢(shì)第二級(jí)階梯與第一級(jí)階梯交界處，是我國第一﹑第二階梯的分界線，為一系列南北向平行山脈的總稱。山嶺海拔多在4 000 ～5 000 m，嶺谷高差一般在1 000 ～2 000 m 以上，山高谷深、谷坡陡峻，平均海拔4 000 m 以上。區(qū)域內(nèi)水系發(fā)育，多為源遠(yuǎn)流長的巨江大川，由于流徑地形陡變過渡帶，降水豐沛，水系蓄能豐富、水流湍急，地形切割強(qiáng)烈，水動(dòng)力地質(zhì)作用極為活躍。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要分布于西南的高原及高山峽谷地區(qū)，西南構(gòu)造線呈北西、NNW 方向伸展，東西對(duì)應(yīng)并于中部東經(jīng)101°～104°的廣大地域匯集、交接、穿插，構(gòu)造復(fù)雜。NE 向的龍門山斷裂帶、NW 向的鮮水?dāng)嗔褞?、SN 向的安寧河斷裂帶及則木河斷裂帶組成了區(qū)內(nèi)構(gòu)造體系的主體，構(gòu)成了著名的“Y”字型構(gòu)造體系，形成了我國西南特殊的大地構(gòu)造環(huán)境。

其中最為著名的活動(dòng)斷裂帶主要有：龍門山斷裂、鮮水河斷裂、安寧河斷裂、金沙江斷裂、紅河斷裂、小金河—麗江斷裂、小江斷裂、岷江斷裂等，這些骨干斷裂帶控制了整個(gè)區(qū)域的地殼活動(dòng)格局，構(gòu)成區(qū)域上主要的控震構(gòu)造帶，地震活動(dòng)突出，表現(xiàn)為震級(jí)大、頻率高的特點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從公元前26年—公元2008年間，僅四川共發(fā)生5 級(jí)以上地震約272 次。

1.4 地層巖性

西南山區(qū)地層分布繁雜，且普遍經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用影響，褶皺強(qiáng)烈、構(gòu)造復(fù)雜、連續(xù)性差、巖相變化大、巖性變化劇烈。

綜上，西南山區(qū)地理地質(zhì)環(huán)境特殊，板塊運(yùn)動(dòng)活躍、深大斷裂發(fā)育、河流水系深切、動(dòng)力地質(zhì)作用強(qiáng)烈、地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，具有地震烈度高、頻率大、水文氣象復(fù)雜多變、地形及巖性差異變化大、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、地質(zhì)環(huán)境脆弱等鮮明特點(diǎn)。

2 主要問題探討

結(jié)合西南山區(qū)獨(dú)特的地形地貌、地層巖性、地震地質(zhì)、水文氣象等背景條件，就區(qū)域內(nèi)輸電線路巖石錨桿基礎(chǔ)，探討其應(yīng)用中的幾個(gè)主要問題。

2.1 錨桿基礎(chǔ)的坡度條件

在一些線路工程的應(yīng)用中，巖石錨桿基礎(chǔ)的坡度使用條件規(guī)定為：塔腿局部地形坡度不大于40°。

西南山區(qū)地形峻峭，坡度普遍較陡，而錨桿塔位選擇的首要因素是坡度，假設(shè)塔位所在地形為單面坡，坡度為20°～40°，覆蓋層為山區(qū)最常見的含黏性土碎塊石，厚度為2 ～4 m，下為玄武巖，轉(zhuǎn)角塔承臺(tái)尺寸設(shè)為3.9 m×3.9 m，底部嵌入巖層0.5 m，則錨桿基坑開挖示意圖如圖1所示。

考慮坡度分別為40°、35°、30°、25°、20°，覆蓋層厚度為4 m、3 m、2.5 m、2 m，組合后分別按天然、降雨、地震、地震+降雨4 種工況計(jì)算基坑上邊坡穩(wěn)定性及對(duì)應(yīng)的每延米滑體(潛在)的體積[1]，計(jì)算結(jié)果見表1所列。

從計(jì)算結(jié)果可知：①40°坡度僅在覆蓋層不超過2 m 情況下穩(wěn)定；②30°、35°坡度時(shí)，覆蓋層厚度為4 m、3 m 時(shí)不穩(wěn)定，2.5 m 時(shí)處于臨界狀態(tài)，2 m 時(shí)穩(wěn)定；③25°、20°坡度時(shí)，覆蓋層厚度為4 m、3 m 時(shí)不穩(wěn)定，2.5 m 時(shí)處于基本穩(wěn)定，2 m 時(shí)穩(wěn)定。

從組合情況來看：①如果40°坡度遇4 m覆蓋層，基坑開挖后上邊坡最大高度為10.6 m，降雨條件下大概率會(huì)失穩(wěn)破壞，且滑體體積量級(jí)大，安全風(fēng)險(xiǎn)極高，此種情況應(yīng)避免出現(xiàn)；②30°坡度及2.5 m 以下覆蓋層時(shí)，基坑邊坡處于基本穩(wěn)定至穩(wěn)定狀態(tài)，且潛在滑體方量均?。虎? m、3 m 覆蓋層時(shí)，20°以上坡度各工況下均易失穩(wěn)，且對(duì)應(yīng)滑體方量較大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

因此，選擇巖石錨桿塔位時(shí)，應(yīng)綜合考慮地形、巖土體性質(zhì)，覆蓋層厚度，切忌盲目按照坡度原則的上限選擇錨桿基礎(chǔ)塔位，30°坡度及2.5 m 覆蓋層作為上限條件較為合適，且在施工時(shí)也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)上邊坡采取有效的防護(hù)措施，盡量避免塔位場地的過大擾動(dòng)和破壞失穩(wěn)。

2.2 覆蓋層厚度與基坑安全性

山區(qū)臺(tái)地塔位場地平緩情況下，使用錨桿基礎(chǔ)時(shí)，覆蓋層的厚度要求是不超過2 ～4 m，厚度較大時(shí)，基坑開挖可能會(huì)出現(xiàn)一些新問題。

對(duì)于狀態(tài)較好的黏性土，開挖后在一定深度范圍內(nèi)均具有一定的自穩(wěn)能力，按土力學(xué)理論泰勒法并結(jié)合手冊(cè)經(jīng)驗(yàn)公式[2]，估算的基坑直立邊坡極限高度如式(1)所示。

式中：H代表直立邊坡極限高度，m；c代表黏聚力，kPa；γ代表重度，kN/m3。

計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮開挖暴露情況下黏聚力的降低及坑邊附近荷載影響，取不小于2 的安全系數(shù)，則對(duì)于硬塑黏土，當(dāng)取c=40 kPa，γ=19.5 kN/m3時(shí)，考慮安全系數(shù)后，則估算得基坑允許的直立邊坡高度為3.9 m；可塑黏土，當(dāng)取c=30 kPa，γ=19 kN/m3時(shí)，考慮安全系數(shù)后，則估算得基坑允許的直立邊坡高度為3.0 m。

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工情況及裸露坑壁暴露時(shí)間，故當(dāng)覆蓋層為堅(jiān)硬的黏性土、密實(shí)的粉土、碎石類土?xí)r，可以將覆蓋層厚度放寬至4 m。否則，對(duì)于硬塑及以下黏性土、中密及以下粉土、碎石類土，則建議選用錨桿基礎(chǔ)時(shí)，覆蓋層厚度不宜超過3 m，以便從源頭上有效降低基坑安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 錨桿基礎(chǔ)與軟巖

區(qū)域內(nèi)最為常見的軟巖主要有：泥巖、泥質(zhì)類巖、頁巖、泥灰?guī)r、凝灰?guī)r、大部分千枚巖、片巖、膨脹巖以及各種成因的軟弱夾層、半成巖等，其力學(xué)強(qiáng)度低、遇水易軟化、飽和單軸抗壓強(qiáng)度一般為5 ～15 MPa、軟化系數(shù)不大于0.75、變形模量低，其最大工程特點(diǎn)是軟、弱、松、散，空隙、裂隙、節(jié)理、軟弱夾層等較為發(fā)育，且產(chǎn)狀多陡傾，雨雪水易滲入，受水的影響很大，與水作用后容易發(fā)生軟化、崩解、泥化、膨脹、收縮等各種變形現(xiàn)象，使其力學(xué)性能不斷弱化，流變效應(yīng)明顯，長期強(qiáng)度低，受力破壞前常出現(xiàn)明顯的塑性變形等特性。

西南山區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及水文氣象極為復(fù)雜，年降雨量較大(800 ～1 500 mm)，坡表巖性破碎松軟，水穩(wěn)性差的軟巖普遍分布，如川西某特高壓工程中泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)砂巖，產(chǎn)狀陡傾，在潛孔鉆成孔過程中出現(xiàn)串孔、塌孔、沉渣等情況，成孔困難，加之后期雨雪水下滲影響，清孔效果不理想，容易出現(xiàn)灌漿量不足、振搗不密實(shí)、包裹體強(qiáng)度差等情況。從驗(yàn)收檢測結(jié)果來看，這類巖石對(duì)錨桿蠕變很敏感，說明水對(duì)這類巖石影響至關(guān)重要，對(duì)這類巖石一方面要慎重選用，另一方面可參考抗浮錨桿的一些設(shè)計(jì)理念，充分考慮地理及氣候環(huán)境特點(diǎn)、裂隙滲水特點(diǎn)、施工水平與工藝，在主要指標(biāo)的選用上對(duì)這類巖石降檔使用。

2.4 錨桿基礎(chǔ)的施工

錨桿是一種古老的結(jié)構(gòu)形式，是埋入地層中的一種受拉桿件，大大減輕了結(jié)構(gòu)物的自重，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因而目前在各行各業(yè)中使用廣泛，如基坑支護(hù)、邊坡加固、滑坡治理、地下結(jié)構(gòu)抗浮、橋梁、隧道、壩體、碼頭、船閘加固等，幾乎遍布土木工程的各個(gè)領(lǐng)域，早已成為安全可靠的一門工程技術(shù)。

錨桿基礎(chǔ)在輸電線路工程的應(yīng)用也有時(shí)日，但在西南山區(qū)線路工程中的大面積應(yīng)用還處于初始階段。其對(duì)施工機(jī)械、施工工藝、施工操作水平、施工習(xí)慣、復(fù)雜地層及錨孔滲水的應(yīng)對(duì)處理等，相對(duì)傳統(tǒng)的人工挖孔樁，技術(shù)要求更高，更需要經(jīng)驗(yàn)豐富、專業(yè)化的施工隊(duì)伍及責(zé)任心強(qiáng)的施工管理人員，且鉆孔工藝、原材質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)措施、基底保護(hù)、清孔及振搗、澆注質(zhì)量以及關(guān)鍵工序間的銜接至關(guān)重要。

從一些線路工程錨桿基礎(chǔ)的實(shí)施來看，有些地方還有改進(jìn)空間，如針對(duì)破碎地層，可考慮采用流動(dòng)性更好的高標(biāo)號(hào)砂漿替換細(xì)石砼，配以壓力注漿或二次注漿，可能更有助于包裹體飽滿密實(shí)，也有利于破碎地層的固結(jié)；成孔性差的地層加強(qiáng)鉆進(jìn)工藝改進(jìn)，如調(diào)整檔位、降低壓力，低速平穩(wěn)鉆進(jìn)以利成孔；遇滲水或少量裂隙水、塌孔、串孔等異常情況，及時(shí)采取針對(duì)性回灌固結(jié)后再成孔等辦法；破碎地層中，適當(dāng)加大鉆孔間距、孔徑、孔深、跟管鉆、減少鉆孔數(shù)量等措施。

2.5 工代服務(wù)

西南山區(qū)特高壓線路工程因受制于水源及交通，鉆探條件很差，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)及巖性變化劇烈地段，并在小型鉆探條件下，其局限性更為明顯，可能會(huì)因差異風(fēng)化強(qiáng)烈導(dǎo)致巖石風(fēng)化層厚度出現(xiàn)偏差，充分體現(xiàn)出巖土材料的空間變異性及巖土工程的不確定性等特點(diǎn)。

西南山區(qū)的錨桿基礎(chǔ)工代服務(wù)要保持高度的關(guān)注和應(yīng)有的敏感性，承臺(tái)開挖后首先進(jìn)行地層驗(yàn)槽，判斷地層是否有差異、了解鉆進(jìn)成孔情況、發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)會(huì)同設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、建管等一起商討處理，本著工程安全和實(shí)事求是的原則，做到應(yīng)調(diào)則調(diào)、該調(diào)則調(diào)，避免為保證指標(biāo)而勉強(qiáng)使用情況，及時(shí)校核、調(diào)整或修改基礎(chǔ)方案，第一時(shí)間解決工程問題及可能存在的潛在隱患，有力保障工程質(zhì)量。

2.6 錨桿基礎(chǔ)的安全度

相對(duì)傳統(tǒng)的挖孔樁，錨桿基礎(chǔ)采用了較為精細(xì)的設(shè)計(jì)方法，隨著輸電線路建設(shè)向西南山區(qū)的持續(xù)深入推進(jìn)，面對(duì)其獨(dú)特的地理地質(zhì)環(huán)境，在西南廣袤的崇山峻嶺中應(yīng)用錨桿基礎(chǔ)時(shí)，不應(yīng)僅滿足于計(jì)算通過，更應(yīng)結(jié)合其復(fù)雜、多變、脆弱的水文氣象與地震地質(zhì)環(huán)境，適當(dāng)增加安全裕度，以保障線路基礎(chǔ)的長期安全。

3 結(jié)論

1)西南山區(qū)具有地理地質(zhì)環(huán)境特殊，地質(zhì)背景復(fù)雜，動(dòng)力地質(zhì)作用強(qiáng)烈，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、地質(zhì)環(huán)境脆弱等鮮明特點(diǎn)。

2)西南山區(qū)輸電線路工程中，確定選用巖石錨桿基礎(chǔ)的坡度條件時(shí)，應(yīng)結(jié)合覆蓋層厚度、物理力學(xué)性質(zhì)、基巖破碎程度等綜合確定，30°及2.5 m 覆蓋層作為上限條件較為合適；臺(tái)地相對(duì)平緩的塔位，當(dāng)覆蓋層為堅(jiān)硬的黏性土，密實(shí)的粉土、碎石類土，選用錨桿基礎(chǔ)時(shí)，可以將覆蓋層厚度放寬至4 m；否則，對(duì)于硬塑及以下黏性土、中密及以下粉土、碎石類土，覆蓋層厚度不宜超過3 m。

3)區(qū)域內(nèi)廣泛分布的軟巖，受復(fù)雜的地質(zhì)背景及水文氣象影響，淺表層的巖體具有較為顯著的流變特性，建議輸電線路錨桿基礎(chǔ)選用時(shí)，一方面要慎重，另一方面應(yīng)結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)，在主要指標(biāo)的選用上對(duì)這類巖石適當(dāng)降檔使用。

4)應(yīng)特別重視山區(qū)線路錨桿基礎(chǔ)的施工環(huán)節(jié)，提高復(fù)雜地層及錨孔滲水、垮孔、及關(guān)鍵工序的應(yīng)對(duì)處理能力；工代階段，應(yīng)本著工程安全和實(shí)事求是的原則，做到應(yīng)調(diào)則調(diào)、該調(diào)則調(diào)，避免為保證指標(biāo)而勉強(qiáng)使用的情況，杜絕質(zhì)量隱患。

5)西南山區(qū)具有獨(dú)特的地理地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，在其廣袤的崇山峻嶺中應(yīng)用錨桿基礎(chǔ)時(shí)，不應(yīng)僅滿足于計(jì)算通過，更應(yīng)結(jié)合其復(fù)雜、脆弱的水文氣象與地震地質(zhì)環(huán)境，合理選用，適當(dāng)增加安全裕度，以保障線路基礎(chǔ)的長期安全。