電網工程中沙漠地區桿塔位基礎處理方案及防風固砂分析

摘 要 根據對且末220kV變電站－塔什薩依110kV變電站輸電線工程沿線踏勘調查，發現沙漠地區的風蝕作用、流動性砂丘等不良地質現象會對輸電線路桿塔位基礎和穩定性造成極大的影響和破壞。本文根據現場勘察資料和室內研究成果，對電網工程中沙漠地區桿塔位基礎處理方案及其穩定性、防風固砂原理進行了分析。

關鍵詞 電網工程 風蝕 砂丘 基礎處理

中圖分類號：TM754 文獻標識碼：A

1 沙漠地區不良地質作用概述

國家電網工程中輸電線路工程在穿越沙漠地區時，將不可避免地受到以下不良地質作用的影響：

（1）風蝕作用：風的剝蝕作用簡稱風蝕，包括吹揚和磨蝕兩種方式。沙漠腹地風速大、地面干燥、植被稀少、松散物覆蓋，表層砂層易受吹揚作用而經常處于被搬運移動狀態。迎風面的砂粒被風吹揚而沉積于背風面，導致整個砂層沿風力作用方向推進，這就是沙漠地區地形經常變化的內在因素。正是這個原因，沙漠中輸電線路桿塔位基礎周圍的松散砂層易受到風蝕作用被吹蝕掏空。進一步導致桿塔位基礎不均勻沉降，甚至傾倒破壞。

（2）流動性砂丘：風積物形成的砂質丘崗，迎風坡上的砂粒在風力作用下以跳躍和蠕移的形式向上坡移動并在落砂坡的上部堆積，當砂粒堆積到坡度超過休止角時，又發生墜落。這種過程反復進行，便使砂丘不斷向前移動。

且末220kV變－塔什薩依110kV輸電線工程部分線路路徑穿過塔克拉瑪干沙漠，該沙漠是我國流動性砂丘分布最廣的沙漠，流動性砂丘占85%。砂丘高大，一般高度100～150m，其中高度在50m以上的砂丘占全沙漠流動性砂丘的80%；砂丘形態復雜，基本為復合型砂丘鏈，走向NNE-SSW或NE-SW，基本與主導風向一致。流動性砂丘的移動速度為5～10m/a。

2 桿塔位基礎處理方案分析

且末220kV變－塔什薩依110kV輸電線工程中部分地質段（G29～G31、G298～G427、G435～G512、G540～G560）地形起伏較大，穿行于復合型砂丘、流動性砂丘、半固定-固定砂丘。砂丘高度在5～40m之間，直接威脅到線路桿塔的穩定性及基礎結構的完整性。此段砂丘高大，風積砂土很厚，干燥～松散狀態，砂顆粒均勻，磨圓度較好。由于風積砂承載力低，又比較松散，滿足不了地基承載力的要求，基坑開挖時容易流動、坍塌，桿塔基礎需要進行人工處理。

（1）墊層法：先對基礎底部砂土浸水至飽和，當砂土浸水呈飽和狀態時，在振動作用下可克服砂土顆粒間的阻力而重新分布，由疏松到密實。在級配良好的情況下，顆粒較小的砂土，在動水壓力作用下可以均勻地填充到大顆粒的空隙中，得到較大的密實度。經振動碾壓密實后的穩定砂層，承載力可達150～200kPa，且地基壓縮性小、施工簡便、費用低。然后每層鋪40～50cm厚風積砂，浸水至飽和，進行振動碾壓至密實。墊層厚度根據實際情況考慮，可采用1～2m厚。在基坑開挖完成，底部墊層處理好后，就可以進行鋼筋混凝土澆注。

（2）整體重力式基礎：風積砂干燥松散，作為回填土滿足不了桿塔基礎抗拔力的要求，可考慮由桿塔基礎的自身重量來滿足抗拔力的要求，因此可采用整體重力式基礎形式。采用整體重力式基礎主要綜合考慮不均勻沉降、底部沙土處理和施工圍護、支護措施簡便易行。在設計進行抗拔計算后，提出基礎埋深，再考慮到基礎處理深度1～2m，最終就可確定基礎開挖深度。施工時，現在基礎范圍邊緣打入圍護結構，并到基礎確定的深度，然后才能進行基坑開挖。

（3）獨立式基礎：首先采用墊層法對基礎進行處理。采用獨立式基礎，在設計進行抗拔計算后，提出各塔腿基礎埋深，再考慮基礎處理深度1～2m，最終確定基礎開挖深度。施工時，現在基礎范圍邊緣打入圍護結構，并到基礎確定的深度，然后才能進行基坑開挖。

（4）避開或推平：當線路路徑經過沙漠邊緣時，砂丘分布較多、高度不高且移動速度較快。此種情況下，桿塔位首選避開，當砂丘鏈區較寬難以避開時，可采用人工或機械方式進行推平。基礎持力層采用下部自然沉積的粉細砂層，可采用天然地基。

3 砂丘區域防風固砂分析

由于輸電線路穿行于沙漠中流動性砂丘區域，為保證桿塔位基礎的穩定性，就需要對流動性砂丘進行治理防護。鑒于“重害重防、輕害輕防、因害設防、阻固結和”的原則，具體可采用以下防風固砂措施：

3.1 草方格砂障

把麥秸、稻草、或經壓碾的蘆葦等粗纖維材料截成段，下半截栽入土中固定，出路部分在地表形成格狀或帶狀的半隱蔽砂障。主要用于流砂固定，阻滯砂丘前移。草方格工程的防砂原理是增加地表粗糙度，改變其上的風速廓線，從而減弱貼地面層風速，降低實際風力作用的有效性，控制風蝕作用。常規草格帶高度12～15cm，規格1m€?m，通過工程前后風能的損耗和再分配，從而達到抑制風蝕，固定流砂的目的。

3.2 砂埂砂障

砂埂砂障的設計思路就是用農民使用的刮耙將流砂堆成各種規格的砂埂。砂埂的規格一般是底寬30～40cm，高15 ～ 25 cm，截面為等腰三角形。在砂埂完成后，再用土壤凝結劑噴灑固結。這種砂障最大的特點就是把過去化學固砂單一的隔離作用和其他砂障類型增加地表粗糙度的作用橋面的節后在一起發揮固砂作用。充分利用風積砂設置砂障，最大程度地體現“就地取材、以砂治砂”的思想。砂埂砂障比直接噴灑在砂面上形成的結皮砂障固砂效果要好的多。砂障規格越小，對風的削弱能力越強，固砂能力越好。

另一方面還可以與植物固砂結合起來使用，在所設置的砂埂砂障中種植各種固砂植物。

3.3 土工編織袋砂障

砂袋砂障的制作材料首選抗老化的土工編織袋，該材料具有抗老化、比重輕、耐酸堿、耐腐蝕、強度高等優點。砂袋規格形式可分為長桶形、有鰭砂障兩種。制作有鰭砂障的砂袋時，接口處預留8cm，在第一道縫線外側每隔1cm增加一道縫線，共增加三道，以增加鰭底部的剛度。在長桶形有鰭砂障的基礎上，將縫線以上的編織袋橫線抽去，使其發揮類似于麥草砂障的作用，對風產生擾動作用。使用時在袋內裝砂，以達到利用風積砂“以砂治砂”的基本思路。通過室內外綜合實驗分析，土工編織袋砂障規格為15cm€?0cm€?00cm或者帶距為100cm的有鰭砂障最為合理。使用時就地裝砂，再平鋪于砂面形成1m€?m、1.5m€?.5m或2m€?m的土工布平鋪砂障，其平面也可制成帶狀。

由于每一個固砂單元都可以實現移動，因而可根據風砂危害程度的大小調節砂障的規格。在砂障被流砂埋壓后可以提起，其固砂效能就能恢復如新，從而實現“障隨砂長”。這樣就可以使傳統的靜態固砂轉化為動態固砂。

3.4 土工編織袋固砂墻

利用新型抗老化土工布制成規格為40cm€?0cm€?cm的土工編織袋。采用就地裝砂的方法，在治理外圍高大砂丘的砂脊線上直接擺放形成土工布高立式砂障，為了防倒伏，兩側可加設0.5m的草方格，或用化學凝固劑噴面。

4 結論和建議

通過對輸電線工程中沙漠區域桿塔位基礎處理方案的了解分析以及防風固砂方法的討論，得出以下結論：

（1）為了防止沙漠區域中風蝕作用及流動性砂丘對輸電線桿塔位基礎的破壞可采用墊層法、整體重力式基礎、獨立式基礎、避開或推平的處理方案；

（2）為保證輸電線桿塔位基礎的穩定性，對流動性砂丘可采用草方格砂障、砂埂砂障、土工編織袋砂障（砂墻）等措施進行治理防護。

建議在國家電網輸電線工程途經沙漠地區時，相關部門和人員建立完善和成熟的防風固砂措施體系，以保證輸電線路的安全與穩定。

參考文獻

[1] 夏邦棟.普通地質學[M].地質出版社，1995:226-231.

[2] 褚飛.且末220kV變－塔什薩依110kV輸電線路巖土工程勘測報告[R].新疆:新疆電力設計院電網設計室，2011.