山區特高壓輸電線路基礎鋼筋外露隱患分析及典型處理方式

高北晨，肖海東，金 哲，席 保，張學鋒，李小來，徐海章，覃 寰

（國網湖北省電力有限公司超高壓公司，湖北 武漢 430050）

0 引言

近年來隨著中國經濟的快速發展，全國電力需求量急劇攀升，越來越多的特高壓輸電線路項目開始建設并投入運行，特高壓輸電線路安全事故也隨之而來，并有增加的趨勢，甚至重大安全事故也時有發生。特高壓輸電線路的建設大致分為基礎施工和鐵塔組立以及架線施工3 個步驟，而基礎施工質量又是其中最關鍵部分［1］。基礎工程與特高壓輸電線路的關系就像軀干與雙腿的關系一樣，基礎工程是雙腿，只有腿的堅固才能撐起強悍的軀干。如果基礎工程出現問題就極有可能會發生螺栓被拉出、基礎沉降等事故甚至造成倒塔斷線的嚴重后果［2］。

目前已有學者對特高壓輸電線路基礎隱患產生原因進行研究，但并未對作為典型隱患的基礎鋼筋外露問題進行深入探討、研究。本文旨在結合實際案例，對特高壓輸電線路基礎鋼筋外露隱患產生原因進行分析，并有針對性地提出隱患治理方案。

1 基礎鋼筋外露典型案例

2022年8月，某條±800 kV特高壓直流輸電線路運維人員在迎峰度夏保電特巡過程中，發現處于山區地形的某一基桿塔A號桿塔D腿出現基礎主柱鋼筋外露重大安全隱患。該運維單位立即組織技術人員趕赴現場，對露筋基礎實施開挖檢查，對外露基礎進行檢測，包括外觀檢查，有無裂紋間隙，實施鉆孔取芯測試抗壓強度等。發現該基礎基面下方0.8 m～1.8 m之間的鋼筋均未被水泥包裹，完全外露無保護層，且螺紋鋼表面銹蝕明顯；初步判定在現有開挖范圍內已有17根Φ35螺紋鋼和6 層箍筋外露，高度約1 m，寬約2.5 m，如圖1 所示。通過現場運維人員巡視檢查，該桿塔暫未發現基礎位移、沉降、桿塔傾斜等隱患；基礎內部混凝土相對完好。

圖1 基礎開挖檢查情況Fig.1 Check of foundation excavation

該桿塔呼高48 m，全高64 m，海拔高度209.463 m。塔型為JC27101A/48耐張桿塔，轉角度數為14°20'18″，前后檔距分別為552 m 和474 m。該桿塔基礎形式為人工挖孔基礎，為粘土地質，發生鋼筋外露的D腿基礎直徑1.8 m，基礎全高13.5 m，埋深9 m。如圖2所示，該桿塔位于典型山區地形。

圖2 桿塔全貌及地形Fig.2 General view and terrain of the tower

運維單位根據現場情況，首先對隱患區域鋪設防雨布，防止雨水滲漏導致隱患進一步加劇；并進一步排查該線路類似地形及周邊桿塔基礎有無同類隱患，對該區域桿塔基礎進行開挖抽檢，發現另有兩基桿塔B號桿塔、C號桿塔基礎有鋼筋外露隱患，其中B號桿塔為D 腿基礎基面下方60 cm 基礎澆筑有鋼筋外露隱患，有3根鋼筋外露，露筋高度約40 cm；另一基桿塔C號桿塔為B 腿基礎基面正下方30 cm 處發現鋼筋輕微外露隱患，有1根鋼筋外露，露筋長度約20 cm，高度約5 cm。運維單位根據現場情況，迅速組織相關單位和專家進行現場勘察，分析隱患原因，制定隱患治理方案。

2 基礎鋼筋外露原因分析

以基礎鋼筋外露最為嚴重的A 號桿塔為例，結合現場實際情況，對其發生鋼筋外露的D 腿基礎內部進行鉆孔取芯采樣，采樣樣品情況如圖3 所示。對采樣樣品進行抗壓強度測試，發現其基礎內部強度已低于標準值，由此可知，該基礎確已發生鋼筋外露隱患，并導致內部強度已無法達到運維標準，需對該基礎進行補強。下面本文將結合現場實際情況與采樣樣品測試情況，對該桿塔基礎發生鋼筋外露隱患原因進行分析。

圖3 采樣樣品Fig.3 Samples

2.1 環境因素對輸電線路桿塔基礎的影響

由于A 號桿塔采用的是人工挖孔基礎，該類型基礎型式結構較為合理，能充分利用原狀土承載能力高、變形小的特點，從而減少基礎土石方開挖工程量，節省鋼筋和混凝土的用量，減少施工棄土，防止水土流失、保護自然環境及降低基礎設計的經濟指標。但輸電線路桿塔地基巖土體是在漫長的地質年代過程中形成的，在漫長的歲月中，受環境變化影響、人類活動影響、動物活動影響等，這些巖土體的性質不斷變化。而且我國地域遼闊，從沿海到內陸，由山區到平原，隨環境因素變化，這些輸電線路桿塔地基巖土體性質往往會從一種狀態到另一種狀態發生突變，在這種變化中必然會對桿塔基礎的受力狀態和工程特性造成影響。同時，在輸電線路建設過程中，特別是在基礎建設過程中，打破了原有的生態環境平衡，平衡被打破后必然會造成環境影響，故而人工挖孔基礎受環境影響較大［3-4］。

在對A 號桿塔D 腿基礎隱患治理過程中，通過對基礎周邊環境觀察，由于A 號桿塔基礎存在高低腿嚴重問題，故容易造成基礎受雨水沖刷情況。一般來說，溫度高、濕度大的地區，由于空氣中所含的水汽豐富，因此雨量也較多，但是，在水汽條件差不多的情況下，山區雨量卻比平原多得多，因為山區的地形給空氣上升運動創造了有利條件：一方面山區地面在陽光的照射下，溫度升高比平原快，容易產生較強的對流上升運動；另一方面，暖濕空氣在傳送中遇到山坡，還會被迫抬升到空中，引起強烈的對流運動。特別在迎風的山坡地區，其空氣的上升運動更為強盛，雨量也就更豐富［5］。如圖4所示，為某山區地區與某平原地區近3年來年降雨量統計，明顯可以看出，山區的降水量一般而言較平原來說相對更多。

圖4 不同地形年平均降雨量Fig.4 Average annual rainfall of different terrains

由于受山區地形影響，該桿塔所處位置雨季時間較長，桿塔基礎長時間受雨水沖刷。文獻［6］《降雨條件下特高壓輸電線路基礎安全穩定性研究》一文中，已有學者對降雨條件下特高壓輸電線路基礎穩定安全性進行研究，根據研究表明，隨著雨水不斷入滲到土體，會引起基礎土體含水量發生變化，產生非飽和-飽和滲流現象，導致非飽和土基質吸力隨之發生變化，最終使得非飽和土的抗剪強度發生變化，從而影響基礎的抗拔承載性能。在上拔荷載不斷增加的條件下，當沒有雨水滲入到土體時，塑性區發生塑性破壞的類型主要是剪切破壞，由基礎底部向上擴展，在極限承載力情況下，塑性區沒有貫通地表；當有雨水入滲到土體時，頂部土體發生拉破壞，并向下發展，在基礎中部附近出現剪切破壞，同時在基礎底部側面發生剪切破壞向上擴展；當降雨時間超過7 d時，塑性區擴展至地表導致土體整體破壞。

通過以上分析可知，環境因素可能會導致輸電線路基礎外表面裂縫發育，會影響基礎鋼筋外露隱患產生的速度，但不是基礎發生鋼筋外露隱患的主要原因。

2.2 基礎工程施工質量對輸電線路桿塔基礎的影響

一般而言，特高壓輸電線路人工挖孔基礎施工工序大致為路徑復測、分坑、平整基面及挖坑、基礎鋼筋安裝、澆制、養護、拆模板等，其流程如圖5所示［7］。

圖5 人工挖孔基礎施工工序Fig.5 Construction process of manual hole-digging foundation

人工挖孔基礎由于施工較為復雜，且工序較多，下面就人工挖孔基礎施工的重點步驟的要點進行探討。

1）路徑復測、分坑

由于基礎施工尺寸要求控制很高、且山區地形復雜，因此復測、放線、定位特別關鍵，首先應要求施工方要認真閱讀圖紙和設計說明，確保施工方了解圖紙和說明的各項要求，要對線路進行復測，確保塔位中心樁無誤；然后進行計算、分坑，定出各腿的中心樁、開口控制樁及輔助樁，與設計對照，檢查地形是否與設計相符，高差是否正確，并作好記錄［8］。

2）開挖及設置壁爐

開挖和設置壁爐不僅是基礎施工質量的一個基礎保障，更是整個施工過程中安全施工的一個極為重要的環節，開挖過程中出現坍孔、中毒等重大安全事故的情況時有發生，因此必須做好相關的防范措施，同時開挖和護壁要按要求嚴格執行。開始挖孔前，要平整好場地，清除地表松軟土層和雜物，布置好控制網，根據設計樁徑及護壁厚度在地面上放出開挖線，然后向下挖深，澆筑混凝土井圈第一節護壁，而后將樁位縱橫中心線測放到井圈上，并測出孔口控制高程，以利于下部掘進的高程控制，且要求第一井圈的中心線與設計軸線的偏差不得大于2 cm，井圈高出地面還有利于防止地表水在施工過程中進入井內。開挖面做混凝土墊層，護壁按設計要求也采用一定強度的混凝土，護壁厚度要按要求設計施工，為防止坍孔，護壁中要加鋼絲網，護壁澆筑過程中要進行充分振搗，養護后再向下挖，在氣溫較低時要采取保溫措施。嚴禁用插入振動器振搗，以免影響模外的土體穩定。上下護壁間預埋縱向鋼筋加以聯結，使之成為整體，并確保各段聯接處不漏水。向下開挖的過程中一定要不斷地校核，防止樁孔錯位和變形。上下節護壁的搭接長度不得小于設計要求，施工過程中若發現護壁有蜂窩、漏水現象時，應對護壁及時補強以防止造成事故［9］。

3）鋼筋綁扎

鋼筋籠制作嚴格按設計加工，主筋位置用鋼筋定位支架控制等分距離。鋼筋籠放入孔內后要進行校正，必須保證各尺寸和保護層厚度在控制范圍內，然后進行固定。筋籠固定好后再進行外露部分支模，外露超過1 m 時必須搭設施工平臺，便于固定、支模和下料，固定地腳螺栓采用傳統井字架法固定，尺寸校核采用一般的施工方法，必須要注意的是：由于挖孔樁樁徑大，外露部分模板必須用鋼管夾住，支撐要有力，防止澆制過程中出現模板傾斜、鼓肚跑漿等影響外觀及尺寸的情況發生［10］。

4）基礎混凝土澆制

由于挖孔樁方量大、澆筑時間長，但為了防止出現斷樁情況，澆制必須連續進行，不允許間斷，因此必須在各項準備工作就緒后方可進行，比如：砂石料及水泥、水必須備足，施工機械、發電機、振搗棒、照明設施等必須檢查完好并至少有一套作為備用等。混凝土配制需按配合比進行配置，并進行坍落度試驗，調整水灰比。樁身混凝土的密實性，是保證混凝土達到設計強度的必要條件。為保證樁身混凝土澆筑的密實性，一般采用1 分層振搗澆筑的方法，其中的澆筑速度是關鍵，即力求在最短的時間內完成一個樁身混凝土澆筑，特別是在有地下壓力水情況時，要求集中足夠的混凝土短時間澆入，以便領先混凝土自身重量壓住水流的滲入。在澆制過程中要不斷檢查鋼筋籠、模板、地腳螺栓的尺寸及支護情況，并及時校正和補強［11］。

綜上所述，人工挖孔基礎施工中每一個步驟的質量把控都對基礎有較大的影響，任何一個步驟的問題都有可能影響到整個施工的質量，故而由于施工質量的問題，極有可能導致輸電線路桿塔基礎在運行過程中出現各類缺陷、隱患［12］。分析此次A 號桿塔D 腿出現隱患可能原因為在基礎混凝土澆制過程中，攪拌的混凝土塌落度不夠，流動性補強，以及未對基礎進行振動搗固，基礎內主筋與主筋間距為7 cm～10 cm，而使用的石料寬度多為4 cm～6 cm。山上基礎為人工攪拌混凝土，造成混凝土振搗不均，石料卡在主筋之間，不能流動到基礎周邊，導致鋼筋外露隱患發生。

3 基礎鋼筋外露隱患治理

3.1 工藝流程

根據現場隱患情況，本著安全、高質、快捷、方便的處理原則，制定隱患處理方案，將該桿塔基礎露筋處混凝土結構面鑿毛，清理干凈漏出的鋼筋，在漏筋的基礎外圍支護模板，澆筑鋼筋混凝土補強基礎，以此解決基礎露筋問題，具體工藝流程如圖6所示。

圖6 基礎鋼筋外露隱患治理工藝流程Fig.6 Treatment process for foundation exposed steel hidden danger

3.2 治理方案

采取使用在基礎外圍支護模板后，澆筑鋼筋混凝土補強基礎以解決基礎露筋隱患。具體施工方法是在露筋位置的最下部繼續向下掏挖200 mm后支設模板，模板的最上部高出基礎頂面100 mm，因此模板支設高度為2.1 m，模板的外沿大于基礎立柱側面300 mm。并且在距離模板內表面使用螺紋鋼為主筋，主筋間距為149 mm，主筋最上端向下90°彎曲600 mm，直接綁扎鋼筋作為箍筋形成頂面鋼筋網，將立柱原來的混凝土表面洗干凈，基礎頂面打毛，對已露出鋼筋進行除銹，后再進行混凝土澆筑施工。以圓鋼作為箍筋，箍筋間距為200 mm，綁扎成鋼筋籠子［13］，具體如圖7、圖8所示。

圖7 基礎鋼筋外露隱患治理施工示意圖俯視圖Fig.7 Top view of construction diagram of hidden danger control of foundation reinforcement exposed

圖8 基礎鋼筋外露隱患治理施工示意圖正視圖Fig.8 Front view of construction diagram of hidden danger control of foundation reinforcement exposed

3.3 施工要點

3.3.1 基礎鋼筋綁扎與支模

3.3.1.1 鋼筋綁扎

1）綁扎前應核對鋼筋的規格和數量，檢查其質量是否符合要求，表面是否清潔，如有浮銹、油污等應清除干凈。鋼筋的相交處，應用綁扎絲進行綁扎。為防止鋼筋歪斜變形，綁扎時要分左右綁扎，即通常所說的八字型綁扎。

2）綁扎時的誤差要求：主筋間距及每排主筋間距誤差為±10 mm；箍筋間距誤差為±20 mm。扎筋要求主筋與箍筋相切且滿點綁扎，以免鋼筋籠松散變形［14］。

3.3.2 支模

1）模板加工及安裝要求

對運抵現場的模板應檢查有無變形、裂縫等；合格者方可進行拼裝。接觸混凝土的模板表面應涂刷脫模劑，以保證混凝土表面質量。

2）模板安裝

模板支座找平，并畫出安裝位置；模板支好后四周須打穩固支撐，防止混凝土澆制過程模板發生跑位或偏移［15］。

3.3.3 基礎澆制

1）混凝土強度等級

本次處理基礎混凝土等級采用C30。

2）混凝土拌和

① 基礎澆制采用人工攪拌，施工時為保證基礎澆制的連續性，攪拌投料順序一般是砂、水泥、石、水。

② 攪拌混凝土的質量要求：原材料應符合基礎用原材料的質量要求；混凝土用料以重量比配料，其用料允許誤差為：砂、石為±3%，水泥、混合材料、水和外加劑為±2%［16］。

3）基礎澆制施工

① 對模板及其支架、鋼筋必須進行檢查，符合規范要求后方能澆筑混凝土。

② 在澆筑混凝土前，對模板內的雜物和鋼筋上的油污等應清理干凈；對模板的縫隙和孔洞應予堵嚴；在混凝土澆筑過程中，應經常觀察模板、支架、鋼筋的情況，當發現有變形、移位時，應及時采取措施進行處理；在澆注混凝土時注意對鋼筋保護層厚底的控制。

③ 混凝土澆制質量應符合下列規定，澆制混凝土的砂、石、水經檢驗合格后方能使用，現場澆制的混凝土配合比按實驗室給出的配合比配置，具體見配合比實驗報告。在混凝土澆筑的過程中應嚴格控制水灰比，對混凝土澆制質量應按規定進行檢查，并做好坍落度、配合比原始記錄［17］。

4）混凝土振搗

混凝土施工振搗設備采用插入式振搗器，每一振點的振搗延續時間，應使混凝土表面呈現浮漿和不再沉落。搗實移動間距，不宜大于振搗器作用半徑的1.5倍；振搗器與模板的距離，不應大于其作用半徑的0.5倍，并應避免碰撞鋼筋、模板；振搗器插入下層混凝土內的深度應不小于50 mm。

5）混凝土收面

補強后基礎的外觀及尺寸，均應符合質量檢查及評定規程要求；每基塔澆筑完成后，應及時做好收面工作，基礎表面應平整、光滑，不得二次抹面，及時清除多余和散落在模板及支撐上的漿石，以免造成拆模困難，減少模板的損壞［18］。

6）基礎倒角工藝

基礎頂面棱角需倒角，使用倒角器進行倒角。

3.3.4 基礎養護、拆模、回填

1）混凝土養護

采用塑料薄膜進行混凝土養護，在基礎混凝土拆模后，隨即在混凝土外表面全部纏繞2層塑料薄膜，防止混凝土內部自身水分的蒸發，達到自身養護的目的［19］。

2）基礎拆模

日平均溫度10 ℃～20 ℃時，澆筑完成后36 h 后方可進行拆模。日平均溫度20 ℃～30 ℃時，澆筑完成24 h 后方可進行拆模，拆模時必須注意保護基礎面及棱角不受損壞。

3）基礎回填

基礎回填采用人工將挖出的土方回填至正常基面，并夯實［20］。

3.4 材料運輸

由于特高壓輸電線路桿塔大多都在山區地段，導致很多桿塔存在巡視道路崎嶇，地表林木眾多，材料運輸困難、耗時較長的問題。選擇合適的材料運輸方式，可以在提高安全性的同時降低時間、金錢成本。以此次A 號桿塔基礎隱患治理為例，巡視人員從山腳出發步行至塔位需1個小時。按照以往人工搬運材料的方式，成本較高，耗時較長，所需搬運材料清單如表1所示。

表1 基礎鋼筋外露隱患治理材料清單Table 1 List of materials for controlling hidden hazards of foundation reinforcement exposed

常見的材料運輸方式有人工搬運、騾馬隊運輸、直升機吊運等，根據此次桿塔隱患治理所需材料清單，將3種搬運方式從所需時間、經濟成本、所需人員數量等方面進行對比，詳細對比情況如圖9所示。

圖9 材料搬運方式對比Fig.9 Comparison of material transporting methods

通過以上數據對比發現，從時間上看，人工搬運所需時間太長，需要10 d 左右，直升機吊運所需時間最短，需要2 d左右，騾馬隊運輸需要3 d左右；從經濟成本上來看，直升機吊運所需成本最高，大概約50萬元，騾馬隊成本最低，大概約3.5 萬元，人工搬運大概約5萬元；從所需人員數量上來看，人工搬運需要人員最多，大概需要20 人，騾馬隊運輸和直升機吊運需要人員較少，大概需要8人。綜上所述，再考慮到山區負重搬運的安全問題，此次材料搬運選擇騾馬隊運輸方式。

3.5 治理工程驗收

此次基礎治理工程驗收可分為兩個部分，第一個部分為隱蔽工程驗收，內容包括基礎坑深及地基處理情況，現澆基礎中鋼筋和預埋件的規格、尺寸、數量、位置、底座斷面尺寸、混凝土的保護層厚度及澆筑質量，基礎防腐情況檢查等；第二個部分為基礎工程中間驗收，內容包括以立方塊為代表的現澆混凝土構件的抗壓強度，整基基礎尺寸偏差，回填土情況等進行驗收。

此次工程驗收采用回彈儀檢測混凝土強度，混凝土強度達到標準要求的30 MPa，完成基礎隱患治理后，外露鋼筋已埋入，且混凝土表面平整密實，無下沉、開裂，無外露、蜂窩等缺陷，滿足運維條件，符合隱患治理要求。

4 結語

隨著我國特高壓輸電技術、智慧電網的發展和全球能源互聯網戰略的實施，近年來海內外輸電線路工程建設將迎來蓬勃發展的時期。特高壓輸電線路桿塔基礎作為輸電線路的重要組成部分，基礎施工質量提高對保障線路安全、提高經濟效益具有重要意義。綜上所述，特高壓輸電線路桿塔基礎施工問題、設計問題以及勘測問題在一定程度上影響了我國輸電線路基礎工程中的效率與質量，這就要求輸電線路基礎工程相關工作者認清我國輸電線路基礎工程的現狀和存在問題，不斷鉆研，努力進取，對基礎型式選擇、基礎結構、施工方式進行優化，促進我國輸電線路基礎的可持續發展。同時，也要求特高壓輸電線路運維人員在日常運維工作中加強對基礎鋼筋外露問題的關注，提早發現、盡快處理相關缺陷、隱患，形成典型經驗，才能保證特高壓輸電線路的安全穩定運行［21］。

本文有待改進之處在于隱患樣本比較單一，樣本存在一定的局限性，對于基礎鋼筋外露隱患分析，從環境、施工質量兩方面進行分析，但在各個可能方面上沒有深入研究，特別是缺少實驗數據支撐，大多是根據人員經驗上分析。下一步，將對特高壓輸電線路基礎鋼筋外露隱患進行進一步收集，增加樣本數量，并通過實驗進行數據分析，進一步研究特高壓輸電線路基礎鋼筋外露隱患相關問題，并提出更優化的處理方式。