某750 kV架空输电线路黄土湿陷性研究

周 凯，葛海明，任治军

(中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 211102)

某750 kV架空输电线路黄土湿陷性研究

周 凯，葛海明，任治军

(中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京 211102)

某750 kV架空输电线路工程途经大厚度黄土地区，根据区域资料，该地区黄土为自重湿陷性黄土。黄土湿陷易造成输电线路铁塔倾斜，甚至倒塔，严重危及线路的运行安全。因此，黄土地区塔腿基础的防湿陷措施至关重要。为了解该线路沿线黄土的湿陷性，勘察期间对沿线的黄土湿陷性问题进行了较为系统的研究，依据地基湿陷等级对沿线进行了分区，分别提供湿陷下限和湿陷起始压力，同时针对线路铁塔的特点，对铁塔基础防止或减少湿陷的措施进行论述，为设计人员提供便利。

架空输电线路；黄土湿陷性；防湿陷措施。

1 概述

某750 kV架空输电线路工程位于陕北黄土高原中部的延安地区，线路自北向南经过甘泉县和富县，途经区域地貌主要为黄土长梁状丘陵沟壑地貌、黄土塬梁沟壑地貌及河谷阶地地貌等，参照区域地质资料以及地质剖面图(见图1)，该区域第四系风积黄土厚度很大，局部厚度达200 m，依据地区送电线路架设经验，杆塔优先定立于梁峁顶和塬顶，因此，塔基受力范围内黄土以上更新统马兰黄土和中更新统离石黄土为主。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》附录A中国湿陷性黄土工程地质分区规定，线路位于陇东-陕北-晋西地区(Ⅱ区)，该地区黄土特征简述为“自重湿陷性黄土分布广泛，湿陷性黄土层厚度通常大于10 m，地基湿陷等级一般为Ⅲ～Ⅳ级，湿陷性较敏感”。

湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著减低，在附加压力或在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形，是一种下沉量大，下沉速度快的失稳性变形，对建筑物危害较大。送电线路铁塔属高耸构筑物，当受力范围内的黄土发生湿陷时，将造成塔位倾斜，严重时将发生倒塔，严重危及线路运行安全。由于黄土湿陷造成的铁塔倾斜时有发生，如330 kV定和一、二线139号塔位于Ⅲ级湿陷性黄土场地，受农田灌溉影响，塔位下部黄土产生湿陷，造成铁塔向左侧560 mm的倾斜；330 kV炳陇二线163号塔位于Ⅲ级自重湿陷性黄土场地，受浇灌影响，地基土产生湿陷，右侧基础沉陷，杆塔中心倾斜2.7 m。

750 kV输电线路作为地区的主干电网，对经济发展、国计民生起着重要作用，一旦发生铁塔倾斜或倒塔等事故，将造成很大安全隐患和经济损失。本线路位于湿陷性黄土地区，因此，沿线铁塔基础应根据湿陷性黄土的等级和工程的重要性因地制宜采取以地基处理为主的综合措施。

图1 富县地质剖面图

2 勘察方案

由于架空线路铁塔是以点线状排列，每隔数百米一基铁塔，呈现分散性，独立性，其不同于常规的场地勘察，宜分段进行勘察分析评价。勘察方法宜以工程地质调查为主，对缺乏岩土资料的地区应布置勘探点，勘探点宜优先选择探井，同一地貌单元不宜少于2～3个探井。

本工程勘察以工程地质调查为主，但为了进行沿线黄土湿陷性的分析判断，勘察时针对不同地貌单位布置11个勘探点，地貌变化处适当加密，其中1C1、1C2、1C4、1C5、1C6、1C11位于黄土长梁状丘陵沟壑地貌段的梁峁顶部，1C3位于河谷阶地，1C7、1C8、1C9、1C10位于黄土塬梁沟壑地貌段的梁塬顶部，间距为5 ～10 km，勘探点布置及勘探深度图见图2。

图2 勘探点布置及勘探深度图

勘探方法采用工程钻机和探井，在探井中取样，人工采取盒装试样，取样采用容器φ150 mm ×200 mm；工程钻探采用干钻方式，取样用黄土薄壁取土器采取。原状样取样间距为1.0 m，土样直径大于120 mm，取样等级均为Ⅰ级。

测定黄土湿陷性的试验采用室内压缩试验，测定了黄土的湿陷系数δs、自重湿陷系数δzs和湿陷起始压力psh，试验方法及步骤严格按照相关规程规范要求执行，具体试验数据概述见表1。

表1 黄土湿陷试验数据及湿陷性、湿陷程度判别

3 黄土湿陷性评价

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》(以下简称“黄土规范”)第4.4章相关规定，黄土是湿陷性评价，主要包括黄土的湿陷性，湿性黄土的湿陷程度，湿陷性黄土的湿陷类型，湿陷性黄土地基的湿陷等级和湿陷起始压力，其中湿陷类型和湿陷等级应通过计算自重湿陷量(Δzs)和湿陷量(Δs)。

(1)黄土的湿陷性是按室内浸水(饱和)压缩试验，在一定压力下测定的湿陷系数δs进行判定，当δs≥0.015时，为湿陷性黄土，否则为非湿陷性黄土。根据室内试验数据判定，沿线大部分土样显示为湿陷性黄土(占比约87.7%)，少数为非湿陷性黄土或钙质结核含量较高土层，且以夹层状或零星状分布于湿陷性黄土之中，因此可以判定沿线黄土为湿陷性黄土。

(2)湿陷性黄土的湿陷等级，根据湿陷系数δs值的大小进行判定，根据室内试验数据按照黄土规范4.3.3条判定，全部湿陷性黄土试样的湿陷程度以中等为主(占比约56.3%)，其次为轻微(占比约26.8%)，少量为强烈(占比约16.9%)。

(3)场地的湿陷类型，按自重湿陷量的实测值Δ'zs或计算值Δzs判定，根据现场工作条件及线路特点，本工程自重湿陷量采用计算值Δzs，计算自天然地面算起，至其下非湿陷性黄土层的顶面止，沿线位于陇东—陕北—晋西地区，β0取1.20。

通过相关公式计算，鉴于1C3位于河流阶地地段，地下水较浅，未进行自重湿陷性判别，9个勘探点的湿陷性场地自重湿陷量计算值(Δzs)一般为147.6～976.89 mm，普遍大于70 mm，为自重湿陷性黄土场地。1C4由于下部钙质结核密集，对判断造成影响，根据附近工程和区域资料，全线应按自重湿陷性黄土场地考虑。具体自重湿陷量计算值及湿陷类型判断见表2。

(4)湿陷性黄土地基的湿陷等级，根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值等因素，按黄土规范第4.4.7条判定，具体判别见表2。

其中，在计算湿陷量的过程中，由于沿线基底底面标高不确定，且为自重湿陷性黄土场地，因此计算深度自地面下1.50 m算起，累计至非湿陷性黄土层的顶面止，β依据基底下不同深度分别取1.5、1.0和1.2，通过计算，本工程沿线湿陷量的计算值(Δs)一般为240.61～1514.54 mm。

表2 湿陷类型及湿陷等级

(5)黄土湿陷性分区、湿陷下限及起始压力

根据勘察结果和区域地质资料，沿线铁塔拟定的黄土梁(峁)顶、黄土塬顶上部5.0～20.0 m为马兰黄土，下部为离石黄土。相关研究表明，马兰黄土一般具有湿陷性，离石黄土上部部分土层具有湿陷性，试验结果与相关研究结论一致。由于探井工作受自然条件、天气状况以及探井地基土的影响，本次探井井深未挖至湿陷性黄土下限，对判定工作造成一定影响，考虑到探井下部黄土仍具有一定湿陷性，从安全角度出发，探井附近的湿陷性应在判定结果上有所加重。从本次研究和相关结论，沿线湿陷性具有一定的规律性，根据相关规范要求，可以根据黄土湿陷性进行分区，分区成果见图1。

黄土湿陷下限在相关规范中并未给出明确的判别标准，勘察实践中以现场试坑浸水试验确定湿陷下限相对较为准确，但在线路工程中采用该方法既不经济而且代表性也不强，本文采用某一深度以下室内试验湿陷系数全部小于0.015为湿陷下限，虽然根据相关研究，采用室内试验湿陷系数方法确定的湿陷下限往往过深，但从工程安全角度出发，在线路工程中运用室内试验湿陷系数确定湿陷系数是可行的。因此，根据本次现场勘察和室内试验结果，当某一深度以下连续5个土样湿陷系数小于0.015或为富集钙质结核层时，以该深度或钙质结核层顶面作为非湿陷性黄土顶面，沿线黄土湿陷下限见表3。

湿陷起始压力(psh)是湿陷性黄土浸水饱和，开始出现湿陷时的压力。铁塔基础常用的基础型式有板式基础、掏挖基础、桩基础等，基础埋深由浅至深，由于沿线各段不同深度的湿陷起始压力差异明显，且呈现起始压力随深度变深而变大，因此，在铁塔基础设计时，应针对各段的地基湿陷等级，采取合理的防止或减少湿陷的措施，保证下部未处理湿陷性黄土的起始压力值不宜小于规范规定值。各段不同深度内的黄土湿陷起始压力见表3。

表3 沿线黄土湿陷下限及湿陷起始压力

4 防止或减少湿陷的措施

4.1 规范规定

铁塔按《湿陷性黄土地区建筑规范》划分建筑物等级时，按《架空输电线路基础设计技术规程》规定：

(1)大跨越、重要跨越塔及高塔(100 m及以上)可按乙类建筑考虑。

(2)在Ⅲ级、Ⅳ级自重湿陷性黄土地区的转角塔和塔高50 m及以上的悬垂型杆塔可按丙类考虑。

(3)塔高在50 m以下的悬垂型杆塔(不含水浇地)可按丁类考虑。本工程以丙类和丁类建筑为主。

4.2 治理措施

铁塔基础有分散性、独立性、复杂性和运输困难等特点，宜采取以地基处理和防水措施为主的综合措施，做到安全可靠，经济合理。针对本工程而言，根据架空线路铁塔基础和沿线地形的特点，采取如下措施。

(1)对于沿线位于黄土梁峁顶部和山脊的铁塔，排水通畅，无汇水条件，可不采取地基处理措施，但应做好防水措施。

(2)对于位于黄土梁峁间洼地、黄土塬的铁塔，一般具有排水条件差，有汇水条件和灌溉条件，对丙类建筑应同时采取地基处理措施和防水措施。

(3)丁类建筑和位于地基湿陷等级Ⅱ级的丙类建筑，应采取以防水措施为主的治理措施。

湿陷性黄土常用的地基处理方法主要有垫层法、强夯法、挤密法和预浸水法。根据地下水位、交通条件、技术经济方面综合考虑，本工程地基处理措施采用垫层法最为合适，具体可采取2∶8的灰土垫层，最小处理厚度根据塔型和湿陷等级确定，直线塔一般为1.0～2.0 m，转角塔为1.5～2.5 m，处理宽度直线塔为基础边宽加0.6～1.0 m，转角塔为基础边宽加1.0～1.5 m。

防水措施应根据现场地形和积水条件综合分析，对于塔位所在地排水通畅，无汇水、积水条件，可充分利用原始地形散水，必要时设置散水坡和排水沟，当施工造成塔位表层土体松软时，应夯实表层土体，防止地表水下渗。对于塔位所在地排水不畅，有汇水积水条件和有灌溉条件时，可考虑利用基础开挖余土回填塔基并夯实，形成中间高四周低的人工散水坡，或塔基(塔腿)上部铺设防水层。

5 结论和建议

本文以某黄土地区750 kV架空线路为依托，对沿线黄土湿陷性进行了较为详细的评价，从湿陷程度、湿陷类型、湿陷等级等各个方面进行分析，提供沿线湿陷性等级分区、湿陷下限和湿陷起始压力，同时根据塔型和现场自然条件，给出经济可行的防止或减少黄土湿陷的措施，为设计人员进行设计时提供了较大的便利，但在实际分析时，也遇到了一些值得进一步思考的地方。

(1)在勘察阶段进行湿陷量计算时，基底标高还未确定，只能依据规范自地面下1.5 m算起，但是，在铁塔基础设计时，基底标高就已确定，往往大于1.5 m，如采用掏挖基础时，基底埋深可能至6～7 m，采用桩基方案时，基底埋深将更深，此时，依据最新基底标高计算的湿陷量计算值将会大大减小，湿陷等级也将随之减轻，再采用1.5 m起算的结果将过于保守。

(2)湿陷下限采用现场试坑浸水试验相对比较客观，采用室内试验数据确定的下限一般过深，在架空线路上采用现场试坑浸水试验，即不经济也不具有代表性，从工程安全角度出发，运用室内试验数据确定湿陷下限是可行的，但偏保守。

(3)在计算自重湿陷量和湿陷量时，常用某一个土样代表1 m的土层，但是，在土层交界处(如黄土和古土壤界线、马兰黄土和离石黄土界线)，某土样的代表厚度依旧为1 m还是至土层交界处的厚度?值得探讨。因为从分析看，两种代表厚度的计算结果差距很小，但是，当计算值处于湿陷等级划分的临界值时，两种方法计算得到不同的湿陷等级。

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Study on Loess Collapsible of A 750 kV Overhead Transmission Line

ZHOU Kai, GE Hai-ming, REN Zhi-jun
(Jiangsu Power Design Institute Co., Ltd., of China Energy Engineering Group, Nanjing 211102, China)

A 750kV overhead transmission line project through a large thickness loess region, according to regional data, the region loess collapsible loess, loess collapsibility easily lead line tower tilted, or even inverted tower, seriously endanger the safe operation of the transmission line.Therefore, based on tower legs trap moisture measures essential.In order to understand along loess collapsibility during the investigation of the loess along Collapsible issues were studied systematically, based on ground level along the line of collapsible partitioned, respectively Collapsible lower and initial collapse pressure, while line tower against the characteristics of measures to prevent or reduce Tower foundation of collapsible discussed to facilitate the design staff.

overhead transmission lines; the collapsibility of loess; wet fall prevention measures.

TU44

B

1671-9913(2017)03-0001-05

2016-04-28

周凯(1980- )，男，陕西三原人，工程师，主要从事电力系统工程的勘察设计。