±800kV酒湖线沙漠地区输电线路基础设计研究

摘要：±800kV酒湖线在甘肃武威段经过腾格里沙漠地区，在风积沙地段铁塔基础设计过程中，现行基础设计技术规定并未针对这种地质条件给出相应的指导意见。为保证风积沙地段杆塔基础设计的安全经济，结合以往工程实例及实验，给出了风积沙上拔角及计算重度。针对风积沙地区的不良地质作用，提出了风积沙地区杆塔基础防护措施。

关键词：沙漠 风积沙 上拔角 防护措施 上拔计算

沙漠风积沙是在干旱、半干旱区形成的一种特殊性质的沙，其物理力学性质同水成沙及一般地区的砂土相比，有较大差别。沙漠地段地表覆盖不同厚度的风积沙，沙体质地松散、具有一定的流动性。从我国典型沙漠风积沙地基工程性质看，不同区域沙漠风积沙地基的主要物理力学性能指标差异不大，风积沙地基整体各向均一性好。这就使得沙漠地区的风积沙地基的主要物理力学指标研究具有一定的普遍意义。风积沙地基常年饱受频繁的风力搬运、堆积和风蚀，基础有效控制埋深很难保证，从而影响线路的运行安全。

风积沙地区的不良地质作用主要为风蚀，风蚀作用对塔基稳定性的直接影响是迎风掏蚀现象：塔基迎风面在强烈的风蚀作用和塔基基座阻挡回流掏蚀作用下，掏蚀面积和深度将逐步扩大，当掏蚀深度达到一定程度时，基座迎风部位的土压力就会减小，导致塔基基座失稳，严重危害输电线路的安全运行。另一方面，现行的《架空输电线路基础设计技术规定》并未对松散风积沙地基抗拔性能的设计参数及运行后基础防护给出指导意见，因此有必要对沙漠地区风积沙地基的杆塔基础设计及基础防护展开研究。

1 工程概况

±800kV酒湖线大致东西走向，线路路径总长度约2387.4km，线路航空距离2062.5km，曲折系数1.16。本线路途经甘肃省、陕西省、重庆市、湖北省、湖南省，其中线路在甘肃省武威市境内线路36.04km穿越腾格里沙漠。沙漠成因为风积沙漠，地貌类型为半流动沙地。

2 风积沙地区基础设计难点分析

板式基础在风积沙地区的设计主要包含三个方面：上拔稳定计算、下压稳定计算、倾覆稳定计算，其中下压稳定计算与其他地质条件下板式基础下压稳定计算相同，风积沙地质条件下上拔稳定计算及倾覆稳定计算中涉及的两个关键计算参数上拔角α及计算重度Ys现行《架空输电线路基础设计技术规定》并未给出相应的指导意见，因此有必要对以往工程设计实例及相关实验数据进行总结研究，以合理确定上拔角α及计算重度Ys。

3 工程实例及实验研究总结

某电力设计院在220kV台塔线杆塔基础设计过程中，通过室内模型试验和现场真型基础实验相结合的方式，对风积沙地基的抗拔工作机理及有关物理力学参数进行了试验和初步探讨，最终在该工程中采用的风积沙基础设计主要物理力学指标值为：计算重度γs=15kN/m3、上拔角α=10°。工程设计人员根据该地区风积沙的物理特性，充分考虑沙丘的移动性和表层风积沙的松散型，计算基础上拔稳定时，将表层0.5m范围内松散沙土重力予以扣除，计算出基础底板尺寸和基础埋深。

在500kV达丰线杆塔基础设计中，设计人员为克服以往沙漠地区杆塔基础设计时对地基土壤力学参数取值一般依据所谓“经验数据”的盲目性，确保达丰线穿越风积沙地段线路杆塔基础的经济安全合理，对风积沙地基的抗拔工作机理及物理力学参数的取值进行了试验和研究。通过室内模型试验和室外原型试验得出如下结论：（a）沙漠风积沙和普通沉积沙之间存在较大差别，并具有很多固有特性。（b）常年饱受频繁的风力搬运和风蚀，砂体流动性大，基础埋深很难保证，质地松散，稳定性差，基坑易于坍塌，尽管回填土较易恢复原状，但其基础设计也不适用“剪切法”。（c）风力搬运使地貌呈波浪型布局，至使砂包、砂沟、阳面，阴面的松散程度及含水率差别很大，最终导致其力学指标分散性极大。通过大量工程地质勘察试验成果统计分析，主要力学指标内摩阻角¢=20°～35°之间。（d）综合分析后，提出风积砂基础设计主要物理力学指标采用值：计算重度：Ys=15.0kN/m3;计算上拔角：α=1/2¢=15°。

某电力设计院在准格尔至永圣域500kV线路工程中结合达丰线风积沙地基铁塔基础抗拔稳定试验研究成果报告及以往工程运行调查资料，综合分析后确定500kV准永线风积砂基础设计主要物理力学指标采用值：计算重度：Ys=15.0kN/m3;计算上拔角：α=1/2¢=15°。

某研究单位针对我国西北地区沙漠分部广泛的特点与西北地区设计院联合开展完成包括宁夏毛乌素沙漠、新疆塔克拉玛干沙漠、内蒙古库不齐沙漠在内的多个沙漠风积沙基础现场抗拔试验，根据试验得到的基础极限抗拔承载力反算风积沙上拔角，对反算得出的上拔角进行数据分析，风积沙地基上拔角平均值为15.9°，标准差为1.5°，上拔角的平均值减去3倍标准差得出的数值为11.4°，由此推荐风积沙地基上拔角取10°～15°。

4 ±800kV酒湖线风积沙设计参数取值

从以上工程设计实例及研究成果可以看出，风积沙地基上拔角在10°～15°之间，设计人员可以根据线路所处沙漠的流动性将上拔角划分为两类：具有流动性和半流动性沙漠的风积沙地基上拔角取为10°～12°，固定沙漠的风积沙地基上拔角取為13°～15°。针对±800kV酒湖线穿越沙漠为半流动沙丘的特点，在做杆塔基础设计时，风积沙上拔角取为12°，并考虑扣除表层1m范围内松散风积沙的重力，进一步确定基础底板尺寸及埋深。

5 ±800kV酒湖线沙漠地区基础防护措施

针对该地区沙漠具有半流动性的特点，为了防止塔位处地基的风蚀和风积，在杆塔定位时尽量将塔基选于地质较为稳定的丘间地，避免在沙丘立塔，在基础施工完毕后要求恢复地面植被，并采取防风固沙措施。

6 结论

6.1沙漠地区的风积沙与普通沉积沙存在较大差别，风积沙地基的上拔角不可采用普通沉积沙的上拔角进行杆塔基础设计。

6.2沙漠风积沙砂体流动性大，质地松散，稳定性差，基坑易于坍塌，基础设计也不应采用“剪切法”，推荐采用“土重法”进行杆塔基础设计。

6.3 风积沙地基上拔角可根据线路所处沙漠的流动性分为两类，具有流动性和半流动性沙漠的风积沙地基上拔角取为10°～12°，固定沙漠的风积沙地基上拔角取为13°～15°。

6.4沙漠地区杆塔定位时尽量将塔基选于地质较为稳定的丘间地，避免在沙丘立塔，杆塔基础在施工完毕后应采取防护措施。

参考文献

[1]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]达—丰 500kV 输电线路工程沙漠地基铁塔基础抗拔稳定研究成果报告[Z]山西省电力勘测设计院，内蒙古电力勘测设计院出版，1995-06.

作者简介：路建辉（1987-），男，硕士研究生，工程师，从事高压输电线路设计工作。