沿海丘陵某500kV架空線路塔基淺層滑坡治理

黃明祥

（國網福建省電力有限公司建設分公司，福建 福州 350003）

500kV架空線路工程屬于區域性電網的主網架工程，其安全等級高，在丘陵地區的架空線路結構工程需要面臨強臺風、強降雨、降雪結冰、山體滑坡等自然災害的考驗，防災減災是工程建設和運行過程中主要的技術難題之一[1-2]。

臺風、冰災是通過電力導線、鐵塔作用后將荷載傳到基礎的，其傳力過程有跡可循，可以通過線路及鐵塔設計時綜合考慮工況確定[3]；而強降雨、山體滑坡對架空輸電線路的影響等則是從地基土開始，通過引發鐵塔基礎變形而導致上部結構的變形和受力，作用過程更隱蔽，引發的危害也更大。強臺風、強降雨及其引發的滑坡是沿海丘陵地區架空線路結構工程的主要災害類型，而山體滑坡分為山體整體滑動和構筑物臨近范圍內的淺層滑動兩種類型，文章主要討論的是超高壓架空線路塔基影響范圍內的淺層滑坡問題。

由于淺層滑坡災害多發，國內從業人員也開展了相關理論和技術的研究。王彥海等[4]采用ANSYS對某500kV輸電鐵塔受滑坡災害影響的基礎變形進行了研究，分析不同工況下輸電鐵塔的應力變化，研究結果表明，輸電鐵塔轉角外側和順線路方向基礎周圍發生滑坡時對鐵塔的安全性影響較大。周凱敏等[5]通過室內試驗對架空線路鐵塔基礎周邊淺層邊坡滑動（原文成為溜坡）的破壞形態和位移場進行分析，研究發現強降雨條件下，淺層邊坡滑動是一個雨水入滲、土體變形、基質吸力降低、孔壓升高、土水相互作用的復雜過程。理論研究和工程實踐都證明了淺層邊坡的滑動是受強降雨直接影響的過程，工程的防災減災應從線路路徑選擇、塔位選擇、水土保持設計等環節就開始貫徹，而一旦發生淺層滑坡，就應及時進行治理，防止引發更為嚴重的災害和事故。

1 沿海丘陵500kV架空線路塔基滑坡特點

架空線路的結構構筑物主要包含了鐵塔和基礎兩大類。通常情況下，工程所在地的氣象條件和工程地質條件不同，典型構筑物的形式也有所不同；但就500kV架空線路而言，一般都采用不等高腿的自立式角鋼塔，山區多采用掏挖或人工挖孔樁等原狀土基礎，在巖石覆蓋層較薄的區域還可能采用巖石錨桿基礎[6]。

1.1 丘陵地區500kV架空線路塔基特點

架空線路鐵塔塔位的選擇受到很多因素的制約，主要有路徑走向、沿線用地規劃、土地權屬、塔基位置的工程地質條件等。由于需要跨區域送電，沿海丘陵地區的500kV架空線路的塔基多布設在植被覆蓋率大且坡度較陡的山體上。

丘陵地區典型500kV架空線路塔位如圖1所示。其特點主要體現在以下幾個方面：（1）地形較陡；（2）鐵塔采用高低腿；（3）植被有林木或灌木；（4）基礎采用了人工挖孔樁基礎。

圖1 丘陵地區典型500kV架空線路塔位

1.2 典型淺層滑坡現象

福建省某500kV架空線路在臺風強降雨時發生的淺層滑坡如圖2所示。通過研究分析，該類型的滑坡現象可以總結為以下幾點規律：（1）滑坡多發生于塔基的下邊坡；（2）滑坡為淺層滑坡，多見為表層一定深度的土體的均勻滑動，反映到破壞模式上，其滑動面可為直線型也可為圓弧形；（3）滑坡的坡頂線侵入鐵塔基礎的安全保護范圍；（4）淺層滑動的平面范圍呈沖溝狀，自上而下呈一長條形或梯形，從塔腿直至山體坡腳平緩處。

2 淺層滑坡產生機理及規律分析

該類型塔基邊坡發生淺層滑坡的主要過程：強降雨帶來了大量的雨水，一部分從工程的排水系統排至塔基影響范圍之外，另一部分則通過表層土逐步滲入山體內，滲入的深度和降雨量、降雨周期息息相關，但整體而言與坡面呈平行狀。隨著雨水的滲入，表層土體含水量增加后會造成重度增加、土體的力學指標降低。當降雨停止、天氣轉晴后，土體的含水量又逐步減小并恢復，此時表層土的重度、力學指標又逐步恢復至天然狀態。但是在雨水滲入量過大，使得表層土體的下滑力大于抗滑力時，容易造成表層土體的滑坡，滑動面常常呈折線狀或直線狀。

圖2 典型淺層滑坡

3 治理方案對比

滑坡的防治應根據滑坡類型、規模、穩定性，并結合滑坡區工程地質條件、構筑物類型及分布情況、施工設備和施工季節等條件，選用截排水、抗滑樁、預應力錨索格構錨固、擋土墻、注漿、減載壓腳及植物工程等多種措施綜合治理[7]。

由于500kV架空線路塔基的淺層滑坡治理多為滑坡后的治理，在選取治理方案時，應以綜合現狀加固和遠期二次預防為目的。在現有的治理措施中，抗滑樁、預應力錨索主要用于深層滑坡的治理；擋土墻、注漿、減載壓腳適用于邊坡高度較小但又較陡的工程。對應架空線路的淺層滑動的治理，采用截排水、格構錨固及植物工程綜合治理比較合適，這主要是由于淺層滑坡的大邊坡整體穩定一般情況下都能滿足要求，減少強降雨期間的表層土滲水和表層土力學指標降低后不發生滑坡才是治理的主要治理原則。

4 工程實例

2019年5月，福建省的強降雨使得多處500kV架空線路的塔基邊坡發生了淺層滑動，給輸電線路的安全運行帶來了隱患。文章以某500kV鐵塔的邊坡為例，詳細介紹穩定分析和治理的方案。

4.1 工程概況

由于多日持續下雨，山坡土體已經飽和，某500kV輸電線路#189塔塔位下邊坡C、D腿側擋土墻發生了滑塌。根據現場塔位下邊坡勘察結果，塔位處由上而下的地層分布詳情如圖3所示，不同地層地基土的物理力學參數如表1所示。

根據工程設計資料，#189的塔型為直線塔，采用自立式角鋼塔，鐵塔正面根開約12.0m，四個腿均采用人工挖孔樁基礎。

圖3 塔基邊坡剖面

表1 代表性地層的土體物理力學參數

4.2 加固前穩定性分析

由于該鐵塔為自立式角鋼塔，在不同的工況下，基礎可能以下壓為主，也可能以上拔力為主，同時直線塔的基礎荷載較小，故在邊坡穩定分析時，不考慮鐵塔基礎荷載的影響。

加固前的穩定分析包含自然工況下的穩定分析和降雨工況下的穩定分析。邊坡穩定分析時，分別假設滑動面為圓弧滑動面和沿著土層分界面的折線滑動面，并采用簡化畢肖普法條分法進行穩定分析。

自然工況下圓弧滑動面條分法的穩定分析結果如圖4所示。邊坡安全系數為Fst=1.286，即滿足永久邊坡安全等級三級（Fst≥1.25）的要求[8]。在發生淺層滑坡后，未發生滑動土體的物理力學指標也發生了相應的變化。飽和工況下圓弧滑動面的分析結果如圖5所示。該工況下邊坡的安全系數為Fst=0.895＜1.00，邊坡失穩。

圖4 邊坡整體穩定分析（自然工況）

圖5 邊坡整體穩定分析（飽和工況）

4.3 加固后穩定分析

為了提高邊坡的安全系數，采用錨桿的方式對滑動區的坡面進行加固，具體方案：邊坡治理分二級，分別采用排距、列距都為3.0m的錨桿，錨桿直徑為32mm的HRB400鋼筋，錨長均為12.0m；有效錨固長度均為8.0m，錨固體直徑為120mm，錨固體與土層的黏結力為100kPa。錨桿抗拔穩定安全系數按《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013）取值。

為減少后續降雨對坡面表層土體的影響，對塔基四周的截排水系統進行了改造，同時在全坡面噴播草籽以固住表層土。

采用錨桿加固后的穩定分析結果如圖6所示。自然工況下的邊坡安全系數Fs=1.324，即可達到永久性邊坡二級（Fst≥1.30）的安全要求。

5 結束語

防災減災是工程投產后的主要問題之一，對沿海丘陵地區的架空線路工程而言，強臺風、強降雨帶來的塔基邊坡淺層滑坡將是眾多問題中最為突出的一個。淺層滑坡不一定會影響邊坡的整體穩定，但會影響鐵塔基礎的受力，需要進行及時治理，綜合整治的方案可以以短錨桿加混凝土框架的結構對表層地基土加固為主，同時輔以截排水系統和綠化工程的改造[9]。

圖6 面層加固后的坡整體穩定分析（自然工況）