特高压输变电杆塔地基沉降变形与纠倾

袁明

（山东电力建设第一工程公司，济南250100）

特高压输变电杆塔地基沉降变形与纠倾

袁明

（山东电力建设第一工程公司，济南250100）

特高压输变电工程输送线路长，需要路经山地、丘陵、剥蚀准平原、山麓斜坡、河流侵蚀阶地、冲积平原、湖泊与沼泽、黄土塬、岩溶、沙漠等区域，不同的地貌特征具有相应的岩土力学性质。复杂的地质环境，诸多不良地质条件和非确定因素（软弱下卧层、层状地质、地表径流、潜在岩溶土洞等）可能造成输电线路杆塔不同程度的损害，轻则引起杆塔倾斜变形，重则导致杆塔倒塌、输电线路中断、主干输电线路解列等。地基稳固是保证杆塔安全使用的主要前提和基础。就特高压输变电基础工程中存在的相关地质缺陷进行分析，对可能失稳的杆塔基础，针对其不同的工程地质条件提出相适应的纠倾、加固方法和工艺。

特高压；输变电；杆塔地基；沉降变形；纠倾

0 引言

特高压输电线路是我国整个输电网的主要干线，其单回涵盖范围更为广泛。为了满足输电线路工程安全性要求，从勘察设计和施工上需要对输电线路预留安全储备。不良地质灾害所造成的工程事故会给输电线路附近人民生命财产安全和正常生活带来严重影响。保障特高压输电线路的正常安全运营对于全国电力输运来讲意义极为重大。

1 不同地质环境杆塔地基沉降变形原因

1.1 软弱下卧层引起基础沉降变形

特高压输电线路杆塔高、规模大、输电线较粗，其上部荷载较大，当杆塔基础下部存在软弱下卧层（地基）时，由于软弱土层特殊的力学特性和变形特性，其往往更容易产生沉降变形，而当软弱下卧层（地基）分布不均匀时，非均匀铁塔基础沉降变形影响更严重。因此，从特高压输电线路杆塔结构的稳定性来讲，软弱下卧层（地基）的存在是杆塔基础稳定性的潜在威胁。另外，地球表层土体在形成过程中，多受到外界因素的影响，如水流冲刷、风力搬运、植被发育等，这些影响往往使得地壳土体并非均匀水平层装分布，尤其是软弱分布层更是如此［1］。厚度非均匀分布的倾斜软弱下卧层（地基）往往会引起基础的不均匀沉降，从而引起基础和上部结构的倾斜、弯曲变形。上部结构的倾斜是造成杆塔倾倒的主要因素，而基础和结构的局部弯曲变形会造成杆塔本身附加应力的增加，从而降低输电线路杆塔的安全性和稳定性。

1.2 层状地基引起基础沉降变形

均质岩土体在外荷载作用下的变形特性相对较为简单，但是岩土材料的形成是一个漫长而复杂的过程，不同的地质时期具有不同的土体形成环境，特别是在富水环境影响下，岩土地基的形成受到水力搬运的影响，地基本身多呈层状分布特性，另外，不同形成年代的岩土体具有不同的力学特性，而当层状岩体产状呈现非水平分布情况时，层状土体间结构面粘结强度较岩土材料本身往往较弱，更容易产生剪切错动变形，这种情况下地基的非均匀变形复杂程度也会大大增加。

1.3 干湿交替作用引起基础沉降变形

我国国土面积幅员辽阔、地形地貌亦复杂多变，从东部到西部成阶梯状分布，平原、盆地、丘陵、山区等多种地貌并存，加上水力分布和小气候的影响，使得不同地域内水资源分配极不均匀。即便在某一区域内，受到人为因素和局部山地的影响，往往也呈现水力丰富和匮乏频繁交替的情况，尤其是在东部临海及沿江临河地段，海／河水受到潮汐作用的影响出现涨落循环，这就对其临近地段高压输电杆塔地基的赋水特性产生了严重的外在水理特性影响。对于受水理特性影响显著的特殊土，如红粘土、黄土、泥岩等，富水程度的交替循环对其力学特性产生很大程度的影响，从而造成杆塔地基的不均匀沉降与倾斜。

1.4 潜在洞体影响基础变形

岩土材料为存在不同程度天然缺损的散体介质，在其形成过程中，若受到地壳本身构造运动的挤压、水流冲刷、人为因素等作用的影响，会形成一系列的潜在洞穴。在潜在洞穴影响范围内建造外载荷较大的特高压输电杆塔会改变洞穴周围岩土体的应力状态，洞穴周围岩土应力状态的改变对洞穴围岩的稳定性是至关重要的。一旦造成洞穴的围岩的坍塌将直接威胁输电线路杆塔的稳定性。

2 杆塔地基加固纠倾措施

地基是承担整个杆塔结构荷载的关键，在施工的过程中是基于一定的土层之中的工程结构方式，对结构的坚固和稳定性起着非常重要的作用。针对以上所述各类非常规地质条件下特高压输电线路杆塔基础的沉降变形原因，目前最为常见的地基加固纠倾措施有：迫降法、顶升法、高压旋喷法、预留法、综合法等［2］。

2.1 迫降纠倾技术

杆塔地基土在上部荷载的作用下，某一点的附加应力在某一段时间内为一定值，当削弱该位置土体的一部分承力面积时，该点的附加应力则增大，从而迫使该点土体发生垂直变形，产生新的沉降。迫降纠倾法就是利用这一原理在杆塔原沉降较小一侧基础下用各种方法设置若干水平或垂直空洞，随着基底附加应力的增大，基底土体由压密变形向塑性变形发展，地基土处于弹塑性状态，根据迫降量的大小，分布空洞的数量和位置来有效控制地基土的应力，调整杆塔的不均匀沉降，达到纠倾的目的。

迫降纠倾是目前使用最为广泛的纠倾方法，包括掏土纠倾、降水纠倾、堆载加压纠倾和锚桩加压纠倾。

2.1.1 掏土纠倾

掏土纠倾法是指从基础沉降较小一侧的基底下掏挖出适量的地基土、垫层，或抽取一定的基础砖石，引起基础新的沉降，有效调整基础的沉降差，以达到纠倾的目的。浅层掏土纠倾法包括基底成孔掏土法、基底水平冲水掏土法、基底掏垫层法和基底抽砖石法。其中，基底成孔掏土法、基底冲水掏土法和基底掏垫层法都是在基础底面以下掏挖土体，消弱基础下土体的承载面积，在上部结构的重力作用下，使附加应力产生集中效应，掏土孔产生压扁变形，孔壁土体局部破坏，地基土产生新的附加沉降变形［3］。

掏土纠倾法一般适用于处理碎石土、沙土、黏性土、粉土、淤泥和淤泥质土、填土等天然地基上（或经浅层处理后）的浅基础杆塔，并且要求其结构的刚度和整体性较好，处于安全的正常使用状态。对于基础埋深较大、荷载较大的工程，应慎重选择。

掏土纠倾法具有操作简单、安全可靠、适用性强、工期短、造价低、无振动、无污染等优点，得到广泛应用，是纠倾工程中最早应用和最常应用的纠倾方法之一。但是，该方法也存在着变形易于集中、基底受力不均匀、土方开挖量大、劳动条件差等缺点。

2.1.2 降水纠倾

在杆塔基础沉降小的一侧打上竖井抽水，降低地下水位，迫使土中孔隙减少，提高土地基土的有效应力，随之产生后固结，使地基土同时沉降，此法施工简单、安全、费用低。但是受到土本身渗透系数的制约，抽水涌水量及影响半径都不大，效果不十分明显，同时需要考虑井点降水对邻近建筑物的影响应设置回灌井点。

2.1.3 堆载加压纠倾

堆载加压纠倾是人为改变杆塔基础荷载条件。软弱地基对外部荷载十分敏感，过快的加载速率使得地基得不到充分固结，土体中孔隙水压力来不及消散而形成水囊，部分土体将沿基底向外侧基础挤出，引起杆塔基础大量沉降。在基础沉降小的一侧施加临时荷载，适当增加这个侧边的沉降，用以减小不均匀沉降差和倾斜。此法适用于淤泥土和松散填土等软弱地基，不足之处是效率较低，工期长。

2.1.4 锚桩加压

锚桩加压纠倾是指在基础沉降小的一侧修筑一个与原基础连接的悬臂钢筋混凝土梁，利用锚桩和配套加荷机具，对锚桩进行多级加荷，调整不均匀沉降已达到预期目的，直至纠倾或超纠倾达到扶正。

2.2 顶升纠倾

在杆塔的基础和上部结构之间，沿某一选定的水平位置采用钢筋混凝土结构托换加固技术，形成全封闭的顶升托换梁（柱）体系，然后将上部结构和基础进行分离，并设置能支承整个杆塔的若干支承点，通过这些支承点的顶升，使建筑托换梁体系按纠偏方向作平面转动，即可使倾斜杆塔得到纠正，这种方法叫做顶升纠倾法。

若基底全面设置支承点，大幅度顶升，还可增加杆塔底部利用空间。顶升纠偏过程是一种基础沉降差异快速逆补偿的过程，它使原沉降较小处附加应力增加。实践证明，当地基上的固结度达80%以上、基础沉降接近稳定时，可通过顶升纠倾来调整剩余不均匀的沉降。顶升纠偏适用于整体沉降及不均匀沉降较大、造成标高过低的杆塔。

2.3 高压旋喷纠倾

就是利用钻机把带有喷嘴注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为压力为2.0 MPa左右的高压流从喷嘴射出来，冲击土体土粒从土体剥落下来与浆液搅拌结合，使在土体中形成固体，加固土地基，提高地基的抗剪强度，改善土的变形性质，使其在上部结构荷载的直接作用下不产生破坏或过大的变形，此方法用的注浆材料是普通硅酸盐水泥，在冬季施工时，应在水泥浆内掺入早强剂，在已沉降侧浆液内掺入膨胀剂，使浆液与土体尽快凝固，并且微膨胀。旋喷注浆不损坏杆塔上部结构，不影响杆塔的正常使用，使软弱地基得到加固，能取得稳定的效果，能使杆塔基础保持沉降稳定满足正常使用要求。

2.4 预留法纠倾

预留法纠倾是对在使用过程中可能发生倾斜的杆塔基础，建造时在其基础或地基上便预留下以后纠倾的条件，该方法多用于采动区的新建杆塔。

2.5 综合法纠倾

一般说来，如果杆塔基础的纠倾只限于某一种方法时，纠倾效果不一定十分显著，尤其是对于杆塔体形复杂，地质情况变化较大的纠倾工程，通常是多管齐下，将以上方法中的两种或几种方法结合起来（有时也辅以其他措施），采用综合手段进行纠倾［4］。例如浸水掏土法，浸水加压法，浸水双灰桩法，锚杆静压桩掏土（降水）法，压入桩掏土法，辐射井射水双灰桩法，基础减压加强刚度法，桩体卸载旋喷桩法等。综合法纠倾过程中，多中独立纠倾方法之间相互取长补短，可取得事半功倍的效果。

由于地基原因引起基础的不均匀下沉，造成杆塔的倾斜变形，在纠倾之后要及时对地基进行加固，或设法扩大基础面积、基础灌浆、增设新的基础等办法来减少地基所承受的荷载，否则有可能造成新的沉降［5］。

3 结语

特高压输电线路非常规工程地质条件下岩土材料的力学特性和抗变形特性直接关系到杆塔基础的稳定性，正确了解其力学特性是输电线路杆塔稳定性分析和评价的前提条件。地基作为输电线路的重要组成部分，其稳定程度是保障构筑物质量与使用安全的主要基础和前提。在现代化工程项目中，地基纠倾加固已成为整个工程施工中不容忽视的一部分，也是施工的首要环节。杆塔基础纠倾方法的选择应该根据杆塔基础情况、地基土性质以及杆塔结构类型等进行确定。

［1］孙更生，郑大同.软土地基与地下工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，1984.

［2］JCJ 123—2000既有建筑地基基础加固技术规范［S］.

［3］刘亚莲，梁志松.建筑物倾斜原因分析和纠倾措施探讨［J］.四川建筑科学研究，2002（3）：32-33.

［4］JGJ 79—1991建筑地基处理技术规范［S］．

［5］蒋斌松.岩石力学反问题［M］.北京：煤炭工业出版社，1998.

Settlement Deformation and Inclination Rectification of Tower Foundation of UHV Transmission Lines

YUAN Ming
（Shandong Electric Power Construction No.1 Corporation，Jinan 250100，China）

Because of long distance，UHV transmission lines are built to pass mountains，hills，erosion quasi plains，foothills slopes，river erosion terraces，alluvial plains，lakes and swamps，loess plateau，karst，desert area and so on.These different landscape features have different geotechnical properties.Complex geological environment，many adverse geological conditions and non-deterministic factors（weak underlying layer，layered geology，surface runoff，soil potential karst cave，etc.）will cause varying degrees of damage to transmission line towers，such as tower deformation，tower collapse，break and split of transmission line and so on.For the safety of the power line，a solid and stable foundation is vital.An analysis on related geological defects in UHV power transmission infrastructure project is carried out.For possible instability of the tower foundation，appropriate correction methods，reinforcement methods and processes are put forward taking different geological conditions into consideration.

ultra-high voltage；power transmission line；tower foundation；settlement deformation；inclination rectification

TM754

B

1007－9904（2015）04－00078－03

2014-11-26

袁明（1976），男，高级工程师，从事电厂及其配套项目EPC合同实施过程中的设计管理、技术方案审查、设备选型和安装调试等方面的工作。