750 kV永白輸電線路桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的環(huán)保措施

劉生奎

（甘肅省電力設(shè)計(jì)院，甘肅蘭州730050）

750 kV永登—白銀雙回輸電線路（以下簡(jiǎn)稱(chēng)750 kV永白線）是西北750 kV網(wǎng)架的一個(gè)重要組成部分，也是我國(guó)第二條投運(yùn)的750 kV同塔雙回線路（投運(yùn)后改名為750 kV武—白輸電線路）。線路西起蘭州市永登縣武勝驛西側(cè)2 km處的750 kV永登變電所，終點(diǎn)為白銀市平川區(qū)750 kV白銀變電所，全長(zhǎng)145 km。建成后將打通青海拉西瓦水電站電力送出的北通道，初步形成甘肅750 kV主網(wǎng)架和西北750 kV電網(wǎng)的樞紐，為西北五省的電力互濟(jì)起到積極作用[1]。

1 輸電線路環(huán)保現(xiàn)狀

輸電線路對(duì)環(huán)境的影響主要包括電磁輻射影響和線路土建工程對(duì)環(huán)境的破壞。本文僅就線路土建工程對(duì)環(huán)境的影響作出評(píng)價(jià)分析，并提出切實(shí)可行的保護(hù)措施。

750 kV永白線沿線地區(qū)系黃河流域，線路沿線跨越了黃河及其部分支流，水土保持的意義尤其重要。采取必要的環(huán)保措施，既是工程建設(shè)能否立項(xiàng)的前提條件，也是電力建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的要求[2]。輸電線路建設(shè)提出的總原則“兩型三新”中的其中之一就是“環(huán)境友好型”。而輸電線路由于本身的特點(diǎn)，點(diǎn)多而分散，在城郊、農(nóng)村。山區(qū)均有分布，各點(diǎn)的地質(zhì)地形條件千差萬(wàn)別。以往常規(guī)的做法是降足基面，使用等長(zhǎng)腿、等高柱大開(kāi)挖基礎(chǔ)，導(dǎo)致土石開(kāi)挖量大且開(kāi)挖困難，塔基內(nèi)側(cè)產(chǎn)生高邊坡，并造成塔基周?chē)逊e幾百方乃至上千方棄渣。棄渣堆放在塔基周?chē)臏喜娌课唬?dāng)具有外部誘因，如強(qiáng)降水、地震等時(shí)，棄渣沿坡面自然滑落，造成水土流失和泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。水土流失造成植被破壞，進(jìn)而使鐵塔塔基出現(xiàn)安全隱患。地表徑流產(chǎn)生的水土流失導(dǎo)致地表變化，使鐵塔基礎(chǔ)埋深減小，甚至外露。基礎(chǔ)的有效埋深減小，導(dǎo)致抗拔貯備下降，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計(jì)極限荷載組合條件時(shí)，將危及基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，線路運(yùn)行出現(xiàn)安全隱患。750 kV永白線鐵塔根開(kāi)達(dá)15～23 m，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工方式勢(shì)必將產(chǎn)生更大的影響，也不利于線路的安全運(yùn)行，如圖1、圖2所示。

2 桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的環(huán)保措施

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，環(huán)保措施已不僅僅是一種表面的文章，而是具有一種社會(huì)效益的積極的生產(chǎn)力[3]。每個(gè)地區(qū)、每個(gè)工程的情況千差萬(wàn)別，只能根據(jù)各塔位的具體情況，采取不同的環(huán)保措施。各塔位的具體環(huán)保做法雖然不會(huì)是一種方式，但從幾個(gè)大的方面來(lái)說(shuō)，還是有一定的共性。本文從基礎(chǔ)選型、塔位選擇、全方位高低腿的應(yīng)用、基面處理4個(gè)方面，結(jié)合750 kV永白線的工程實(shí)踐，對(duì)輸電線路桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的環(huán)保措施作些探討。

圖1 以往輸電線路基面的施工（實(shí)例）Fig.1 The construction of base surface in transmission line at the past(an example)

圖2 以往輸電線路基面的施工（示意圖）Fig.2 The construction of base surface in transmission line at the past（schematic diagram）

2.1 基礎(chǔ)選型

輸電線路基礎(chǔ)類(lèi)型較多，而成功的基礎(chǔ)方案一般要滿(mǎn)足安全可靠性、技術(shù)合理性、施工可行性、環(huán)保性幾個(gè)特點(diǎn)。750 kV永白線沿線地質(zhì)復(fù)雜，地形破碎，沿線80%的地段地層為基巖，且部分地段（約30%）地形陡峭，山型多呈魚(yú)脊梁（見(jiàn)圖3），高度在20～40 m。巖石主要為砂質(zhì)片巖、板巖，風(fēng)化程度在2 m左右。根據(jù)該工程初步設(shè)計(jì)的論證，選擇了斜柱板式基礎(chǔ)和巖石嵌固基礎(chǔ)（見(jiàn)圖4、圖5）。

2種基礎(chǔ)的主要差別在開(kāi)挖土石方量、基礎(chǔ)耗材指標(biāo)上。從基坑開(kāi)挖來(lái)說(shuō)，板式斜柱基礎(chǔ)是一種開(kāi)挖大基坑類(lèi)的基礎(chǔ)，基坑開(kāi)挖方量一般是其混凝土方量的8~12倍，而巖石嵌固基礎(chǔ)基本上是在塔腿

圖3 破碎地形段的特殊地貌Fig.3 Special landform of fragmentary hill mass

圖4 巖石嵌固基礎(chǔ)Fig.4 Rock embed foundation

圖5 斜柱板式基礎(chǔ)Fig.5 Inclined column plate foundation

小基面上就地開(kāi)挖，挖方棄渣只有同規(guī)格開(kāi)挖基礎(chǔ)的1/6～1/10[3]；從棄渣處理來(lái)看，由于板式基礎(chǔ)的開(kāi)挖土石方大多不能很好地滿(mǎn)足回填的要求（按《驗(yàn)收規(guī)范》石子與土3∶1混合后回填），只能作為棄渣廢棄，很多山區(qū)的線路工程中棄渣順坡放下，嚴(yán)重影響了邊坡的植被，而嵌固基礎(chǔ)的基坑開(kāi)挖方量只有混凝土方量的1.0~1.2倍，棄渣可在基面就地灘平，基本不影響植被；從基面開(kāi)方量來(lái)說(shuō)，由于嵌固基礎(chǔ)的基面只有板式基礎(chǔ)基面的1/10左右，因而基面開(kāi)方量也大幅減少；從基礎(chǔ)耗材來(lái)說(shuō)，相同承載力的嵌固基礎(chǔ)的混凝土耗量只有板式基礎(chǔ)的約60%，基礎(chǔ)鋼筋約節(jié)省50%；故而嵌固基礎(chǔ)是一種很好的節(jié)能環(huán)保類(lèi)基礎(chǔ)。

750 kV永白線基礎(chǔ)作用力很大（上拔力一般在1 000～3 000 kN），故而用板式基礎(chǔ)規(guī)格較大，巖基基坑采用人工開(kāi)挖效率很低。為了提高基坑開(kāi)挖效率，施工時(shí)一般采用挖掘機(jī)開(kāi)挖，對(duì)山體的破壞性很大。而嵌固式基礎(chǔ)采用小爆破加人工開(kāi)挖，基坑開(kāi)挖面積大幅較小，雖然基坑開(kāi)挖的效率有所減低，但成孔后澆置基礎(chǔ)不需支模，基礎(chǔ)澆置的效率很高。故而巖石嵌固基礎(chǔ)的大量使用是750 kV永白線工程環(huán)保措施中的一個(gè)亮點(diǎn)。

巖石嵌固式基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵是基坑的掏挖成形。在基坑掏挖成形過(guò)程中，要保證基礎(chǔ)周?chē)膸r體結(jié)構(gòu)整體性不被破壞，否則將嚴(yán)重影響基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，因而要求嵌固基礎(chǔ)的基坑開(kāi)挖盡可能采用人工開(kāi)鑿。基坑開(kāi)鑿時(shí)要采取有效的安全措施，基坑上方要有專(zhuān)人監(jiān)護(hù)，必要時(shí)應(yīng)做鋼護(hù)筒護(hù)壁。按施工經(jīng)驗(yàn)，護(hù)筒高度可做2~4 m，在4 m以下，基坑的成型相對(duì)較好。

750 kV永白線竣工后全線使用嵌固基礎(chǔ)93基，約占基礎(chǔ)總量的30%左右，與相同板式基礎(chǔ)相比，全線混凝土節(jié)省約2 000 m3，鋼筋節(jié)省約40 t，基面基坑開(kāi)方量約減少2萬(wàn)m3。

2.2 塔位選擇

塔位選擇涉及到宏觀和微觀2個(gè)方面的內(nèi)容。宏觀方面主要是線路路徑的選擇和鐵塔的規(guī)劃，在線路路徑選定的情況下，只有通過(guò)鐵塔的規(guī)劃，對(duì)線路路徑的局部進(jìn)行修正。在地形很差的線路段增加懸垂轉(zhuǎn)角塔的比例，以利于合理選擇塔位。使用懸垂轉(zhuǎn)角塔可以較靈活地在小范圍內(nèi)調(diào)整塔位，避免直線鐵塔僅在線路直線方向選擇塔位的局限性和大量使用轉(zhuǎn)角鐵塔的不經(jīng)濟(jì)性。另外在鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)，合理規(guī)劃塔身坡度，使基礎(chǔ)根開(kāi)適宜于實(shí)際地形，避免偏小根開(kāi)造成的高低腿之間預(yù)留邊坡的困難和過(guò)大根開(kāi)造成大的基面降開(kāi)方量，避免造成新的水土流失。從微觀選擇方面，該段選擇了部分有代表性的地形條件，實(shí)測(cè)了塔基斷面，并按比例將基礎(chǔ)在該類(lèi)地段上放樣（見(jiàn)圖6），針對(duì)不同的地形條件提出基礎(chǔ)處理對(duì)策。例如：在邊坡很陡，若塔位仍按常規(guī)選在山頂，則兩塔腿間的巖體因不易保留而開(kāi)方，這樣形成的基面降方量一般都在幾千方，此時(shí)易將兩腿放在梁頂，而另兩腿放在半坡，再對(duì)放在半坡的基礎(chǔ)提出合理的基礎(chǔ)型式。

2.3 全方位高低腿的應(yīng)用

近年來(lái)，輸電線路鐵塔與基礎(chǔ)采用全方位高低腿幾乎成為慣例。不采用高低腿一方面不滿(mǎn)足環(huán)保要求，另一方面材料損耗也不能滿(mǎn)足工程要求。所謂全方位高低腿，就是鐵塔長(zhǎng)短腿配以基礎(chǔ)高低柱，以適應(yīng)鐵塔四腿不同的地形高度[4]（見(jiàn)圖7）。

目前，輸電線路鐵塔塔腿級(jí)差一般設(shè)計(jì)為1.0 m或1.5 m，而基礎(chǔ)柱設(shè)計(jì)基面以上的高度一般設(shè)計(jì)為0.2 m、0.7 m、1.2 m、1.7 m、2.2 m，可適應(yīng)地形坡度為0°～50°。鐵塔長(zhǎng)短腿的使用避免了鐵塔四腿共開(kāi)平基面的困境，而高柱深埋基礎(chǔ)避免了設(shè)計(jì)基面以上土體的開(kāi)方，使四腿各開(kāi)小基面。

圖7 全方位高低腿示圖Fig.7 Schematic diagram of omnidirectional high-low legs

2.4 鐵塔基面處理

鐵塔基面處理是基礎(chǔ)主體完工后的重要的工程安全保障和環(huán)保措施，盡管繁碎復(fù)雜，但在設(shè)計(jì)階段，就要對(duì)這些措施想細(xì)想好，這樣在施工圖階段才能切實(shí)落實(shí)好。下面分類(lèi)說(shuō)明各種情況下基面的處理情況。

2.5 護(hù)坡

在山區(qū)、丘陵區(qū)線路工程施工中，塔位基面挖方邊坡易產(chǎn)生剝落或塌方。須依據(jù)挖方的地質(zhì)地層、節(jié)理裂隙、坡面穩(wěn)定等情況，因地制宜選擇采用擋土墻或護(hù)坡[5]。在下列情況下，塔位周?chē)匀簧狡禄蚧嫱诜胶蟮钠旅嬉捎脫跬翂蜃o(hù)坡：

1）塔位外邊坡距離很緊張，若在雨水沖刷或自然風(fēng)化狀態(tài)下剝落坍塌，影響塔位安全。此時(shí)應(yīng)根據(jù)邊坡的危險(xiǎn)性選擇采用擋土墻或護(hù)坡。

2）開(kāi)挖類(lèi)基礎(chǔ)采用填土夯實(shí)，當(dāng)邊坡較陡時(shí)，填土不采取措施易被沖刷流失，需在夯實(shí)的填土外側(cè)局部砌護(hù)坡。

3）當(dāng)塔基挖方較多，山坡坡面或高低腿之間的坡面較高，因土質(zhì)疏松及巖石風(fēng)化等情況易剝落坍塌，影響塔位安全，此時(shí)需沿挖方坡面局部或全部砌護(hù)坡。

2.6 塔腿小基面

基面土石方大量開(kāi)挖，不但破壞了塔位原有的天然植被，而且使原穩(wěn)定土體受到擾動(dòng)。因此在工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中提出各個(gè)塔腿分別降基的概念，在考慮施工作業(yè)面以及邊坡穩(wěn)定點(diǎn)后，塔基基礎(chǔ)分坑應(yīng)形成4個(gè)小基面。這種小基面的設(shè)計(jì)理念將對(duì)原始地貌的破壞降到最小程度，保證了山體的穩(wěn)定，減少了施工難度，而且增加了基礎(chǔ)抗拔能力。在以往一些實(shí)際工程中運(yùn)用效果好，充分體現(xiàn)了綠色環(huán)保，減少水土流失的設(shè)計(jì)理念，具有很好的經(jīng)濟(jì)效果[2]。

2.7 排水溝與散水坡的設(shè)置

塔通暢良好的基面排水，有利于基面挖方邊坡及基礎(chǔ)保護(hù)范圍外臨空面的土體穩(wěn)定。位有坡度時(shí)，為防止上山坡側(cè)匯水面的雨水、山洪及其他地表水對(duì)基面的沖刷影響，除塔位位于面包形山頂或山脊外，均需在塔位上坡側(cè)，依山勢(shì)設(shè)置環(huán)狀排水溝，以攔截和排除周?chē)狡聟R水面內(nèi)的地表水。排水溝橫斷面尺寸一般為：深×底寬×上口寬=0.5 m×0.3 m×0.8 m。溝底應(yīng)留有不小于0.3%的縱向坡度。

開(kāi)挖排水溝的棄土，不得隨意拋在溝邊或塔位上方的坡頂，應(yīng)運(yùn)至施工單位選定的棄渣場(chǎng)堆放。排水溝設(shè)施應(yīng)與降基、基坑開(kāi)挖等土石方工程同步進(jìn)行，以使排水溝在線路施工過(guò)程中，就對(duì)基面及邊坡起保護(hù)作用。

在設(shè)計(jì)中對(duì)降基挖方的基面留有內(nèi)高外低的排水坡度，坡度一般為0.5%～1.0%。基面排水坡度盡可能向基礎(chǔ)保護(hù)范圍大的緩坡方向傾斜，以便基面水從此方向排出。對(duì)高低腿塔的挖方基面，應(yīng)避免流水直接沖刷兩腿間有高差的陡坎，使基面雨水從塔位排出。

2.8 棄渣處置

由于送電線路建設(shè)具有跨距長(zhǎng)、點(diǎn)分散等特點(diǎn)，對(duì)于基礎(chǔ)開(kāi)挖產(chǎn)生的棄渣，一般采取就近處置的方式。對(duì)于地勢(shì)平坦地區(qū)的塔基開(kāi)方，一般用于回填，并進(jìn)行平整壓實(shí)。特別是在林地或農(nóng)田、旱地段施工時(shí)，生土和熟土分開(kāi)堆放，塔基澆制完成后，生土和熟土按順序回填，將基坑開(kāi)挖的余土，全部堆放在塔基土地征購(gòu)范圍內(nèi)，可以堆放至與基礎(chǔ)保護(hù)帽頂面持平，恢復(fù)原有農(nóng)田可耕狀態(tài)，利于植被恢復(fù)，所以這類(lèi)地區(qū)基本上不存在棄土問(wèn)題。對(duì)于山地丘陵地區(qū)的塔基礎(chǔ)開(kāi)挖，一般會(huì)產(chǎn)生棄渣。對(duì)棄渣的處理，本著就近、經(jīng)濟(jì)的原則，首先用于塔座基面四周的平整；當(dāng)桿塔位于山包，四周為陡坡時(shí)，降基與基坑開(kāi)挖的土石方無(wú)法就地堆穩(wěn)時(shí)，應(yīng)在堆土的下方修一道擋土墻，將余土放入擋土墻內(nèi)，不允許余土流失山下，影響生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié)論

1）在輸電線路基礎(chǔ)選型中盡量選擇原狀土類(lèi)基礎(chǔ)，減少對(duì)桿塔基礎(chǔ)周?chē)恋臄_動(dòng)。

2）在施工選塔位時(shí)，宜靈活選擇多方案比較，以減少基礎(chǔ)內(nèi)外邊坡的處理。

3）盡可能依據(jù)地形原貌，采用全方位的高低腿。

4）精細(xì)做好基面、護(hù)坡、排水溝方案，消除塔位存在的隱患。

[1] 鄭衛(wèi)峰,魯先龍.750 kV同塔雙回路送電線路巖石嵌固式基礎(chǔ)試驗(yàn)研究報(bào)告[M].北京：國(guó)網(wǎng)北京電力建設(shè)研究院,2008.

[2] 李永祥.巖石嵌固式基礎(chǔ)在750 kV輸電線路中的應(yīng)用研究[J].電力建設(shè)，2009，30（6）：39-42.LI Yong-xiang.Application and study on rock-embedded foundation in 750 kV transmission line[J].Electric Power Construction,2009，30（6）：39-42(in Chinese)．

[2] 劉生奎,李永祥.掏挖基礎(chǔ)在西北戈壁地區(qū)的應(yīng)用探討[J].電網(wǎng)與水力發(fā)電進(jìn)展,2008,24(1):46-49.LIU Sheng-kui,LI Yong-xiang.Research on application of excavated foundation for steel towers in northwest stone desert[J].Advances of Power System&Hydroelectric Engineering,2008,24(1):46-49(in Chinese).

[4] 電力行業(yè)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).DL/T 5219-2005架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[5] 王高益.輸電線路的環(huán)保設(shè)計(jì)[J].四川電力技術(shù),2007,30(5):52-54.WANGGao-yi.Environmental protectiondesign on transmission lines[J].Sichuan Electric Power Technology,2007,30(5):52-54(in Chinese).