山西采動影響區輸電線路塔基區水土流失特點及防治措施

劉繼武，韓 愷，閆煒煬

（國網山西省電力公司經濟技術研究院，山西太原030021）

0 引言

能源是當今社會發展及經濟持續增長的重要基礎，如何實現對能源的更好更充分利用，是山西電網建設中需重點考慮的問題。要想把山西的電力輸送到全國各地，就必須建立龐大的輸電線路體系。而山西由于煤礦開采而形成的采動影響區已達到2萬km2，約占山西國土面積的1/8[1]。隨著電力建設的快速發展，省內輸電線路不可避免地要經過采動影響區。目前輸電線路在途經采動影響區時，主要采取的防止不均勻沉降措施為基礎采用防護大板基礎和板式直柱基礎[2]，防護大板基礎需要整體大開挖，嚴重破壞了原自然地面，勢必引起大量的水土流失，讓原本脆弱的生態環境雪上加霜，只有全面了解山西省輸變電線路途經采動影響區的水土流失特點并采取相應的防治措施，才能保障山西電網的綠色發展。

1 輸電線路基礎施工對水土保持的影響

1.1 鐵塔基礎施工對水土保持的影響

采動影響區輸電桿塔的基礎形式主要為由板式直柱基礎和防護大板基礎組成的大開挖基礎形式（如圖1所示）。山西省地處高原地帶，山區和丘陵面積較大，據統計境內山丘及溝壑區域地面坡度多數在20°以上，溝壑密度大[3]，在山區整體開挖將產生較大的基面土石方量，同時基坑開挖亦會產生大量的土石方，隨著電壓等級的提高，鐵塔根開和基礎尺寸將數量級地增大，土石方也會隨之增加。大量松散的土壤或巖石如果不及時進行保護，則會造成水土的嚴重流失，如果保護處理措施不當，甚至會造成水土的完全流失。在基坑開挖過程中所進行的爆破等操作會破壞地層的結構，使地層結構更加松動，甚至會造成塌陷等更嚴重的危害。

圖1 采動影響區基礎形式（mm）

1.2 鐵塔基礎施工工藝對水土保持的影響

采動影響區桿塔基礎均為大開挖基礎形式，對于交通運輸條件較好的平丘地段，基礎施工均采用機械化施工，大型機械設備在基礎開挖時，需要較大的場地和空間，將對周圍地表產生不同程度的碾壓和破壞，造成一定的水土流失。

位于山區地段的桿塔基礎，由于機械無法到達桿塔施工現場，一般采用人工開挖。由于防護大板基礎基坑較大，為保證施工人員安全，均采取放坡措施，減少基坑邊坡坍塌的風險，導致開挖方量增大，進一步造成水土流失。塔基位于巖石地段時，人工無法開挖，需爆破巖石，爆破會破壞基坑周邊原狀土體，進一步造成生態環境的惡化。

對于每個工程，由于電壓等級以及所處地形地貌的不同，基坑的開挖量也有所差別。但是110 kV及以上電壓等級每基的土方量都在300 m3以上，易造成嚴重水土流失。基坑開挖的土方是需要處理的，山區很難保證挖方和填方的土石方平衡，不能平衡的，或堆棄或另作他用。

2 采動影響區水土流失特點分析

2.1 水土流失特點

線路鐵塔荷載大，基礎作用力大，安全等級高，侵蝕方式是面蝕。在輸電線路施工過程中因產生水土流失程度不同，土壤侵蝕形式各異，單個鐵塔侵蝕面積較小但治理強度較大，土地恢復困難。采動影響區水土流失的特點表現如下。

a）塔基范圍內整體大面積開挖，使地表層土壤直接裸露，同時施工基面范圍內的林木均需砍伐，對原有土壤結構及地形地貌產生了嚴重破壞。

b）在建設期間較大基坑的開挖，改變了開挖面坡度，使原有邊坡穩定性變差，極易造成嚴重的水蝕和重力侵蝕；為了保證邊坡穩定，在塔基周圍需修建護坡、排水溝等，同樣在一定程度上破壞了地表結構。

c）在輸變電工程建成后，桿塔仍存在傾斜的可能；當桿塔發生傾斜需糾偏時，需要大型機械吊裝鐵塔，為此修筑的施工基面、護坡、排水溝等措施，將對立塔完成后恢復地面重新造成破壞，加劇了對土壤結構的損傷。

2.2 影響因素分析

采動影響區鐵塔基礎施工較常規線路突出的特征是基礎基坑為一個整體大基坑，開挖時原狀土破壞嚴重，產生的余土較多。以220 kV雙回線路工程常用的2E2-SZC2和2E2-SJC2塔型為例，對原狀土基礎、板式直柱基礎和板式直柱基礎+防護大板基礎進行計算分析，基坑土石方量如表1所示。

由表1可知，防護大板基礎基坑土石方量較常規基礎至少增加2.5倍；若考慮基面土石方，防護大板的基礎土石方量將更大，水土流失將更嚴重。故造成采動影響區水土流失的最主要原因是基坑土石方量較大。

表1 基坑土石方量表

3 防治措施

3.1 工程設計措施

a）針對采動影響區基坑土石方量較大的問題，可針對防護大板進行改進。中空大板基礎是一種優勢明顯的基礎形式，即防護大板中間有孔洞；該形式基礎材料量較常規防護大板基礎少，可將部分余土合理利用，回填至中空孔洞內，從而減少水土的流失。

b）防護大板施工時，在保證大板基礎盡量位于原狀土的前提下，采用挖高補低的方式（如圖2所示），可以大大減少基面土石方和基坑土石方的開挖，減少對原地表土壤的破壞，保護植被完整性。

圖2 挖高補低施工措施

c）坡面防護工程包括攔渣工程和護坡工程。在基礎臨空面或降基形成的高陡邊坡，以及在塔基下堆放棄渣或本身土體穩定性較差而形成的不穩定邊坡，應在坡腳設計擋土墻以攔擋土體。

d）當塔基位于斜坡面時，為防止雨水在塔基周圍匯集，應沿桿塔設置環狀排水溝，使水流有序流入自然溝道。在地勢較陡的地段，為減少徑流對自然溝道的沖刷，在排水口與自然溝道銜接處，采用漿砌石進行防護或設置消力池，從而減少水流對自然溝道的沖刷[4]。

e）填溝式棄土石場在下游末端宜修建擋渣墻，并根據上游匯水情況適當布設排水措施。進行土地整治，充分利用施工產生的表土，將其覆蓋于表層，而后進行植被建設工程。在土體表面鋪設三維植被網，然后種草；或直接種草、灌木。

3.2 施工措施

在施工過程中，除施工必須有保護措施外，應盡量減小對塔基周圍植被的碾壓和破壞。塔基開挖時，表層棄土用編織袋分裝，堆置于臨時場地周圍，以便用于基坑回填。臨時堆土需用填土草袋進行四周攔擋，表層用塑料布或防塵網等覆蓋，防止水土流失及粉塵危害[5-6]。

3.3 植物措施

根據當地氣候條件及土質情況，因地制宜地選擇適宜草籽類型對破壞土體進行植被恢復，且草籽播撒應盡量選擇雨水較充沛的時間[7]。對于塔基施工臨時占地范圍，如需栽植樹木，以矮灌木為主，或采用灌草混交方式。

3.4 工程實例

以山西省的壽陽明泰電廠、西上莊電廠點對網500 kV送出工程為例，介紹防治措施。該線路沿線途徑壽陽縣、陽泉市郊區，全線100%山地，本工程全線共計220基鐵塔，196基鐵塔位于煤炭采空區，需采用板式直柱基礎＋復合防護大板基礎方案，以防止地基不均勻沉降。

本工程海拔為840～1 350 m，起伏較大，全線鐵塔平均降基2.8 m。若采用常規設計方案，全線基面土石方量約140 835 m3（640.2 m3/基），對塔基周圍水土破壞十分嚴重。為了降低基面土石方量，本工程采用挖高補低的方式，同時結合塊石砂漿擋墻，保證塔基周圍土體的穩定性。常規方案與挖高補低方案基面土石方量如表2所示。

表2 常規方案與挖高補低方案基面土石方量對比表

由表2可知，線路途經采空區時，采用挖高補低方案，平均每基塔土石方量較常規方案減少約100 m3，節省費用約2萬元，對減少基面土石方量具有明顯的效果，較大地降低了塔基施工對水土的破壞，且節省了工程造價。

此外，該工程采用的其他水土保持措施有設置排水溝2.8 km，表土回覆14 100 m3，復耕5.24 hm2等；根據氣候條件及地勢情況，在開挖的非農田地，本工程采用的樹種主要為油松和紫穗槐，選用的草籽類型為野牛草，在塔基區、棄土堆放處等，共栽植苗木2.97萬株，播撒草籽9 hm2。

同時，對于土質松軟且易滑坡地區，本工程采用主動柔性防護網措施對土體或塊石進行保護，進而實現了環境保護，避免了水土流失。

4 結論與建議

a）采動影響區輸電線路塔基區水土流失的主要原因是基面土石方和基坑土石方開挖較大，嚴重破壞原地表土壤；同時余土隨意堆放，也會加劇水土流失。

b）采動影響區桿塔傾斜后糾偏將會對環境造成二次破壞。

c）優先采用中空防護大板是減少采動影響區開挖土石方量的有效措施。

d）施工過程中，采用挖高補低、合理規劃棄土等措施，可有效減少水土流失。

e）輸電線路途經采動影響區造成的水土流失是一個非常突出的問題，需針對采動影響區的特征做更深入的研究，采取更有效的措施，真正實現山西電網的綠色、可持續發展。