某750 kV架空輸電線路黃土濕陷性研究

周 凱，葛海明，任治軍

(中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 211102)

某750 kV架空輸電線路黃土濕陷性研究

周 凱，葛海明，任治軍

(中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 211102)

某750 kV架空輸電線路工程途經大厚度黃土地區，根據區域資料，該地區黃土為自重濕陷性黃土。黃土濕陷易造成輸電線路鐵塔傾斜，甚至倒塔，嚴重危及線路的運行安全。因此，黃土地區塔腿基礎的防濕陷措施至關重要。為了解該線路沿線黃土的濕陷性，勘察期間對沿線的黃土濕陷性問題進行了較為系統的研究，依據地基濕陷等級對沿線進行了分區，分別提供濕陷下限和濕陷起始壓力，同時針對線路鐵塔的特點，對鐵塔基礎防止或減少濕陷的措施進行論述，為設計人員提供便利。

架空輸電線路；黃土濕陷性；防濕陷措施。

1 概述

某750 kV架空輸電線路工程位于陜北黃土高原中部的延安地區，線路自北向南經過甘泉縣和富縣，途經區域地貌主要為黃土長梁狀丘陵溝壑地貌、黃土塬梁溝壑地貌及河谷階地地貌等，參照區域地質資料以及地質剖面圖(見圖1)，該區域第四系風積黃土厚度很大，局部厚度達200 m，依據地區送電線路架設經驗，桿塔優先定立于梁峁頂和塬頂，因此，塔基受力范圍內黃土以上更新統馬蘭黃土和中更新統離石黃土為主。根據《濕陷性黃土地區建筑規范》附錄A中國濕陷性黃土工程地質分區規定，線路位于隴東-陜北-晉西地區(Ⅱ區)，該地區黃土特征簡述為“自重濕陷性黃土分布廣泛，濕陷性黃土層厚度通常大于10 m，地基濕陷等級一般為Ⅲ～Ⅳ級，濕陷性較敏感”。

濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強度較高，但遇水浸濕時，土的強度顯著減低，在附加壓力或在附加壓力與土的自重壓力下引起的濕陷變形，是一種下沉量大，下沉速度快的失穩性變形，對建筑物危害較大。送電線路鐵塔屬高聳構筑物，當受力范圍內的黃土發生濕陷時，將造成塔位傾斜，嚴重時將發生倒塔，嚴重危及線路運行安全。由于黃土濕陷造成的鐵塔傾斜時有發生，如330 kV定和一、二線139號塔位于Ⅲ級濕陷性黃土場地，受農田灌溉影響，塔位下部黃土產生濕陷，造成鐵塔向左側560 mm的傾斜；330 kV炳隴二線163號塔位于Ⅲ級自重濕陷性黃土場地，受澆灌影響，地基土產生濕陷，右側基礎沉陷，桿塔中心傾斜2.7 m。

750 kV輸電線路作為地區的主干電網，對經濟發展、國計民生起著重要作用，一旦發生鐵塔傾斜或倒塔等事故，將造成很大安全隱患和經濟損失。本線路位于濕陷性黃土地區，因此，沿線鐵塔基礎應根據濕陷性黃土的等級和工程的重要性因地制宜采取以地基處理為主的綜合措施。

圖1 富縣地質剖面圖

2 勘察方案

由于架空線路鐵塔是以點線狀排列，每隔數百米一基鐵塔，呈現分散性，獨立性，其不同于常規的場地勘察，宜分段進行勘察分析評價?？辈旆椒ㄒ艘怨こ痰刭|調查為主，對缺乏巖土資料的地區應布置勘探點，勘探點宜優先選擇探井，同一地貌單元不宜少于2～3個探井。

本工程勘察以工程地質調查為主，但為了進行沿線黃土濕陷性的分析判斷，勘察時針對不同地貌單位布置11個勘探點，地貌變化處適當加密，其中1C1、1C2、1C4、1C5、1C6、1C11位于黃土長梁狀丘陵溝壑地貌段的梁峁頂部，1C3位于河谷階地，1C7、1C8、1C9、1C10位于黃土塬梁溝壑地貌段的梁塬頂部，間距為5 ～10 km，勘探點布置及勘探深度圖見圖2。

圖2 勘探點布置及勘探深度圖

勘探方法采用工程鉆機和探井，在探井中取樣，人工采取盒裝試樣，取樣采用容器φ150 mm ×200 mm；工程鉆探采用干鉆方式，取樣用黃土薄壁取土器采取。原狀樣取樣間距為1.0 m，土樣直徑大于120 mm，取樣等級均為Ⅰ級。

測定黃土濕陷性的試驗采用室內壓縮試驗，測定了黃土的濕陷系數δs、自重濕陷系數δzs和濕陷起始壓力psh，試驗方法及步驟嚴格按照相關規程規范要求執行，具體試驗數據概述見表1。

表1 黃土濕陷試驗數據及濕陷性、濕陷程度判別

3 黃土濕陷性評價

根據《濕陷性黃土地區建筑規范》(以下簡稱“黃土規范”)第4.4章相關規定，黃土是濕陷性評價，主要包括黃土的濕陷性，濕性黃土的濕陷程度，濕陷性黃土的濕陷類型，濕陷性黃土地基的濕陷等級和濕陷起始壓力，其中濕陷類型和濕陷等級應通過計算自重濕陷量(Δzs)和濕陷量(Δs)。

(1)黃土的濕陷性是按室內浸水(飽和)壓縮試驗，在一定壓力下測定的濕陷系數δs進行判定，當δs≥0.015時，為濕陷性黃土，否則為非濕陷性黃土。根據室內試驗數據判定，沿線大部分土樣顯示為濕陷性黃土(占比約87.7%)，少數為非濕陷性黃土或鈣質結核含量較高土層，且以夾層狀或零星狀分布于濕陷性黃土之中，因此可以判定沿線黃土為濕陷性黃土。

(2)濕陷性黃土的濕陷等級，根據濕陷系數δs值的大小進行判定，根據室內試驗數據按照黃土規范4.3.3條判定，全部濕陷性黃土試樣的濕陷程度以中等為主(占比約56.3%)，其次為輕微(占比約26.8%)，少量為強烈(占比約16.9%)。

(3)場地的濕陷類型，按自重濕陷量的實測值Δ'zs或計算值Δzs判定，根據現場工作條件及線路特點，本工程自重濕陷量采用計算值Δzs，計算自天然地面算起，至其下非濕陷性黃土層的頂面止，沿線位于隴東—陜北—晉西地區，β0取1.20。

通過相關公式計算，鑒于1C3位于河流階地地段，地下水較淺，未進行自重濕陷性判別，9個勘探點的濕陷性場地自重濕陷量計算值(Δzs)一般為147.6～976.89 mm，普遍大于70 mm，為自重濕陷性黃土場地。1C4由于下部鈣質結核密集，對判斷造成影響，根據附近工程和區域資料，全線應按自重濕陷性黃土場地考慮。具體自重濕陷量計算值及濕陷類型判斷見表2。

(4)濕陷性黃土地基的濕陷等級，根據濕陷量的計算值和自重濕陷量的計算值等因素，按黃土規范第4.4.7條判定，具體判別見表2。

其中，在計算濕陷量的過程中，由于沿線基底底面標高不確定，且為自重濕陷性黃土場地，因此計算深度自地面下1.50 m算起，累計至非濕陷性黃土層的頂面止，β依據基底下不同深度分別取1.5、1.0和1.2，通過計算，本工程沿線濕陷量的計算值(Δs)一般為240.61～1514.54 mm。

表2 濕陷類型及濕陷等級

(5)黃土濕陷性分區、濕陷下限及起始壓力

根據勘察結果和區域地質資料，沿線鐵塔擬定的黃土梁(峁)頂、黃土塬頂上部5.0～20.0 m為馬蘭黃土，下部為離石黃土。相關研究表明，馬蘭黃土一般具有濕陷性，離石黃土上部部分土層具有濕陷性，試驗結果與相關研究結論一致。由于探井工作受自然條件、天氣狀況以及探井地基土的影響，本次探井井深未挖至濕陷性黃土下限，對判定工作造成一定影響，考慮到探井下部黃土仍具有一定濕陷性，從安全角度出發，探井附近的濕陷性應在判定結果上有所加重。從本次研究和相關結論，沿線濕陷性具有一定的規律性，根據相關規范要求，可以根據黃土濕陷性進行分區，分區成果見圖1。

黃土濕陷下限在相關規范中并未給出明確的判別標準，勘察實踐中以現場試坑浸水試驗確定濕陷下限相對較為準確，但在線路工程中采用該方法既不經濟而且代表性也不強，本文采用某一深度以下室內試驗濕陷系數全部小于0.015為濕陷下限，雖然根據相關研究，采用室內試驗濕陷系數方法確定的濕陷下限往往過深，但從工程安全角度出發，在線路工程中運用室內試驗濕陷系數確定濕陷系數是可行的。因此，根據本次現場勘察和室內試驗結果，當某一深度以下連續5個土樣濕陷系數小于0.015或為富集鈣質結核層時，以該深度或鈣質結核層頂面作為非濕陷性黃土頂面，沿線黃土濕陷下限見表3。

濕陷起始壓力(psh)是濕陷性黃土浸水飽和，開始出現濕陷時的壓力。鐵塔基礎常用的基礎型式有板式基礎、掏挖基礎、樁基礎等，基礎埋深由淺至深，由于沿線各段不同深度的濕陷起始壓力差異明顯，且呈現起始壓力隨深度變深而變大，因此，在鐵塔基礎設計時，應針對各段的地基濕陷等級，采取合理的防止或減少濕陷的措施，保證下部未處理濕陷性黃土的起始壓力值不宜小于規范規定值。各段不同深度內的黃土濕陷起始壓力見表3。

表3 沿線黃土濕陷下限及濕陷起始壓力

4 防止或減少濕陷的措施

4.1 規范規定

鐵塔按《濕陷性黃土地區建筑規范》劃分建筑物等級時，按《架空輸電線路基礎設計技術規程》規定：

(1)大跨越、重要跨越塔及高塔(100 m及以上)可按乙類建筑考慮。

(2)在Ⅲ級、Ⅳ級自重濕陷性黃土地區的轉角塔和塔高50 m及以上的懸垂型桿塔可按丙類考慮。

(3)塔高在50 m以下的懸垂型桿塔(不含水澆地)可按丁類考慮。本工程以丙類和丁類建筑為主。

4.2 治理措施

鐵塔基礎有分散性、獨立性、復雜性和運輸困難等特點，宜采取以地基處理和防水措施為主的綜合措施，做到安全可靠，經濟合理。針對本工程而言，根據架空線路鐵塔基礎和沿線地形的特點，采取如下措施。

(1)對于沿線位于黃土梁峁頂部和山脊的鐵塔，排水通暢，無匯水條件，可不采取地基處理措施，但應做好防水措施。

(2)對于位于黃土梁峁間洼地、黃土塬的鐵塔，一般具有排水條件差，有匯水條件和灌溉條件，對丙類建筑應同時采取地基處理措施和防水措施。

(3)丁類建筑和位于地基濕陷等級Ⅱ級的丙類建筑，應采取以防水措施為主的治理措施。

濕陷性黃土常用的地基處理方法主要有墊層法、強夯法、擠密法和預浸水法。根據地下水位、交通條件、技術經濟方面綜合考慮，本工程地基處理措施采用墊層法最為合適，具體可采取2∶8的灰土墊層，最小處理厚度根據塔型和濕陷等級確定，直線塔一般為1.0～2.0 m，轉角塔為1.5～2.5 m，處理寬度直線塔為基礎邊寬加0.6～1.0 m，轉角塔為基礎邊寬加1.0～1.5 m。

防水措施應根據現場地形和積水條件綜合分析，對于塔位所在地排水通暢，無匯水、積水條件，可充分利用原始地形散水，必要時設置散水坡和排水溝，當施工造成塔位表層土體松軟時，應夯實表層土體，防止地表水下滲。對于塔位所在地排水不暢，有匯水積水條件和有灌溉條件時，可考慮利用基礎開挖余土回填塔基并夯實，形成中間高四周低的人工散水坡，或塔基(塔腿)上部鋪設防水層。

5 結論和建議

本文以某黃土地區750 kV架空線路為依托，對沿線黃土濕陷性進行了較為詳細的評價，從濕陷程度、濕陷類型、濕陷等級等各個方面進行分析，提供沿線濕陷性等級分區、濕陷下限和濕陷起始壓力，同時根據塔型和現場自然條件，給出經濟可行的防止或減少黃土濕陷的措施，為設計人員進行設計時提供了較大的便利，但在實際分析時，也遇到了一些值得進一步思考的地方。

(1)在勘察階段進行濕陷量計算時，基底標高還未確定，只能依據規范自地面下1.5 m算起，但是，在鐵塔基礎設計時，基底標高就已確定，往往大于1.5 m，如采用掏挖基礎時，基底埋深可能至6～7 m，采用樁基方案時，基底埋深將更深，此時，依據最新基底標高計算的濕陷量計算值將會大大減小，濕陷等級也將隨之減輕，再采用1.5 m起算的結果將過于保守。

(2)濕陷下限采用現場試坑浸水試驗相對比較客觀，采用室內試驗數據確定的下限一般過深，在架空線路上采用現場試坑浸水試驗，即不經濟也不具有代表性，從工程安全角度出發，運用室內試驗數據確定濕陷下限是可行的，但偏保守。

(3)在計算自重濕陷量和濕陷量時，常用某一個土樣代表1 m的土層，但是，在土層交界處(如黃土和古土壤界線、馬蘭黃土和離石黃土界線)，某土樣的代表厚度依舊為1 m還是至土層交界處的厚度?值得探討。因為從分析看，兩種代表厚度的計算結果差距很小，但是，當計算值處于濕陷等級劃分的臨界值時，兩種方法計算得到不同的濕陷等級。

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Study on Loess Collapsible of A 750 kV Overhead Transmission Line

ZHOU Kai, GE Hai-ming, REN Zhi-jun
(Jiangsu Power Design Institute Co., Ltd., of China Energy Engineering Group, Nanjing 211102, China)

A 750kV overhead transmission line project through a large thickness loess region, according to regional data, the region loess collapsible loess, loess collapsibility easily lead line tower tilted, or even inverted tower, seriously endanger the safe operation of the transmission line.Therefore, based on tower legs trap moisture measures essential.In order to understand along loess collapsibility during the investigation of the loess along Collapsible issues were studied systematically, based on ground level along the line of collapsible partitioned, respectively Collapsible lower and initial collapse pressure, while line tower against the characteristics of measures to prevent or reduce Tower foundation of collapsible discussed to facilitate the design staff.

overhead transmission lines; the collapsibility of loess; wet fall prevention measures.

TU44

B

1671-9913(2017)03-0001-05

2016-04-28

周凱(1980- )，男，陜西三原人，工程師，主要從事電力系統工程的勘察設計。