鐵塔基礎不均勻沉降實例分析及處理技術

摘 要：輸電鐵塔基礎的作用是承受上部荷載，由基礎不均勻沉降造成的桿塔傾斜，是引起倒桿斷線的重要因素之一。由于寧夏地區黃土特有的濕陷性，當其作為地基土時如果發生滲水，地基承載力特征值會大幅度降低，故地基處理不好將可能使基礎出現不均勻沉降，產生安全隱患。針對某輸電線路出現鐵塔基礎不均勻沉降問題實例，文章從設計承載力驗算、施工、運行維護三個環節分析不均勻沉降的原因，提出了多種處理技術，并對該基礎沉降提出推薦方案。

關鍵詞：鐵塔；基礎；不均勻沉降；處理技術

1引言

輸電鐵塔是電網線路的重要組成部分之一，其基礎大多數為獨立混凝土結構。由于輸電線路較長，工程地質條件復雜多樣，當運行中的鐵塔基礎發生不均勻沉降時，一般需要查明該場地的巖土分布和物理力學性質、地基施工質量、運行維護資料，分析各個環節處理方式是否滿足要求，在查明原因后采取有效措施及時處理。

2 工程概況

寧夏電力公司某110kV輸電線路2009年5月竣工投運，運行單位于2011年10月發現該線路#8塔身傾斜，基礎回填土平面有下沉現象。經現場初步測量，塔身向小號側傾斜400mm，不滿足運行規范要求。在對該塔臨近兩個耐張段進行了逐基復測后，顯示僅#8塔順線路方向傾斜值不滿足運行規范要求。據此可知，#8塔身傾斜屬個性問題。#8塔最大允許傾斜值240mm，而該塔實際傾斜值達到了400mm，四個不同基礎沉降差達81mm。上述數據表明，該鐵塔基礎產生了不均勻沉降。

3 鐵塔基礎不均勻沉降原因分析

輸電鐵塔基礎發生不均勻沉降，一般有3方面的可能：一是基礎設計方面的問題，即地質勘探不細，特殊地質情況未能充分的了解，對基礎埋深、墊層和夯實程度考慮設計不周，未發現地下不良地質現象，對地下暗洪、坑洞等未處理或者處理不善，鐵塔運行后上部荷載超過地基、持力層設計荷載能力，使地基發生破壞產生均勻沉降；其次是施工中出現的問題，即施工中地基處理不當，回填土與灰土墊層分層夯實不足，基礎地基及回填土密實度達不到設計要求，或者施工基面、排水措施不滿足設計要求時，使回填土層滲水出現涌洞，至基礎不均勻沉降；三是運行中受外力破壞的影響，鐵塔基礎頂面散水坡、排水設施因工業施工、農業生產遭受破壞后，滲水進入不密實的回填土和墊層下土層，會引起地基破壞沉陷發生不均勻沉降。

因此，對于基礎而言，設計時必需保證鐵塔基礎底面壓力值小于或等于地基的允許承載力，施工時必需保證地基夯實質量，運行時要維護好地基基面排水設施，才能使鐵塔基礎運行情況滿足規范要求。

3.1 巖土分布及地基土工程力學性質

查閱該線路工程的巖土報告及實地補充勘查，依據《寧夏回族自治區區域地質志》，走廊內未發現全新活動斷裂，穩定性較好，走廊勘查范圍內未見暗濱、空洞、塌陷、采空等其他不良地質作用及文物等埋藏物，線路沿線無壓覆礦產。

同時，以線路工區現有的設備基礎，查出#8塔中心樁附近5m深的土層分布情況，從上往下為：2.3～2.6m厚人工填土，運行至今已完成固結，承載力特征值fak=80～100kPa；2～3m厚黃土狀粘土，多空隙并具濕陷性，可塑狀態，推薦承載力特征值fak=120kPa，天然重度γ=15kN/m3。

3.2 基礎設計、施工與運行情況

考慮到該區域為濕陷性黃土，基礎設計時采用了底板規格為2×2m的階梯淺基礎，埋深2m，基礎墊層為0.5m厚2：8灰土。上部荷載P按6噸計算，進行地基承載力驗算如下：

fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγs（h0-0.5）=120+0.3×15（3-3）+0.5×16（2-0.5）=132kN/m3；

fa/0.75=176kN/m3 -地基允許承載力；

P=6×9.8/（4×2×2）=3.675 kN/m3-基礎應力設計值；

故P

根據以上驗算，基礎應力設計值P遠小于地基允許承載力fa/0.75，所以設計方面給出的地基承載力理論上是滿足要求。但現實中基礎發生沉降，證明該地基土已經失效，理論的設計措施無法滿足現實要求。筆者認為是設計未根據農田實地情況充分考慮黃土濕陷時對鐵塔的影響，設計給的0.5m厚灰土墊層在發生滲水時厚度可能不夠，以至于基礎應力影響范圍內持力層具有的濕陷性未部分或徹底消除，是造成基礎沉降的原因之一；其次，經過現場勘查，C、D腿基礎周圍回填土下陷，而且土體中有涌洞，表明施工過程中回填土體密實度未達到設計要求，發生塌陷，也誘發了持力層的失效；另外，據現場考證，線路運行后，由于基礎位于農田中心，農戶在犁地、種田過程中已將基礎散水坡、排水設施破壞，在農田灌溉時，大量的農業用水未能及時排除地基范圍，引起了密實度不足的回填土發生滲水。

經過以上的分析可基本判定鐵塔基礎部不均勻沉降的原因：主因是持力層濕陷性黃土多次滲水后發生蠕變，持力層黃土發生明顯的土質承載力降低，導致基礎底板各角應力不等，發生不均勻沉降；誘因是回填土、墊層密實度不夠，發生農業灌溉用水下滲。

4 處理技術方案

4.1 基礎移位

若采用基礎移位的處理方案，可在原有塔基一個根開的位置重新澆筑基礎。具體措施為加大基礎墊層的設計厚度到1m，其余措施參照原設計。由于本塔為雙回路，帶重要用戶負荷，不能同時停電，實施起來比較困難，且重新澆筑基礎造價較高。

4.2 基礎糾傾

采用基礎糾傾處理，可使地基過大的不均勻沉降符合運行的允許值。利用濕陷性黃土浸水濕陷這一特性，對地基相對下沉較小的部位進行浸水，強迫其下沉，使既有建筑物的傾斜得以糾正，在實施過程中地基下沉的速率以5～1Omm/d為宜，當達到預估的浸水滯后沉降量時及時停水。此法對技術設備要求較低，但運行單位暫無類似可借鑒的經驗，操作時應注意觀察并控制沉降量，以免發生基礎失穩等重大隱患。

4.3應力解除法

應力解除法是應用土力學的原理，在基礎沉降小的一側按照一定的角度打斜孔，解除地基中的局部應力，從而使地基土中的應力發生重分布，局部沉降量增大，從而達到控制不均勻沉降的目的。對于本案例中采用應力解除法處理不均勻沉降時，可使用高壓水槍打孔，在沉降量少的A、B腿一個根開的位置成45°斜向打孔，打孔深度按5～6m執行，打孔時注意孔間距不能太小，孔徑不能過大，以免造成塌陷。此方法操作相對簡單，可實施性也較強。

5 結束語

運行中的鐵塔基礎因局部環境或外力破壞產生不均勻沉降，將導致塔身傾斜，是引起倒桿斷線的重要因素，分析基礎不均勻沉降的原因并妥善處理，對電網安全穩定運行具有重要的意義。本案中出現的基礎不均勻沉降問題，運行單位最保守徹底的處理方法是基礎移位，但是在造價、停電工期方面不理想，采用基礎糾傾方案實施起來較困難，技術要求高，也無類似經驗可借鑒。因此，應力解除法是目前暫時推薦方案。

參考文獻

[1]張寶滿.建筑結構基礎部均勻沉降的原因及防治對策探討[J].技術與經濟，2010（5）.

[2]《GB50025-2004濕陷性黃土地區建筑規范》.中國建筑工業出版社，2004（5）第一版.