脆弱生态环境下的线路掏挖式基础施工

2018-12-07孙三群肖建宝

浙江电力 2018年11期

陶瑾，孙三群，肖建宝

（国网浙江省送变电工程有限公司，杭州 310016）

0 引言

特高压电网建设中，尽可能减少对环境的影响是一项重要内容[1]。输电线路中基础是铁塔和地基之间的连接构件，是输电线路体系重要的组成部分，合理的基础型式可以确保线路的运行安全，降低对自然环境的破坏，实现资源效益的可持续发展[2]。我国地域辽阔，岩土类别多、分布广，输电杆塔基础型式也因各地区地形地貌和地质条件差异大而多种多样[3]。此前的研究多侧重于从路径选择、基础选型等方面加强环保施工措施[4]，本文则从施工关键技术及施工技术难点等方面来阐述环境保护要点。

1 输电线路铁塔基础常见类型及特点

1.1 平地上输电线路铁塔基础类型

平地上输电线路铁塔基础类型主要有柔性板式基础、刚性台阶基础和灌注桩基础等。

（1）混凝土板式基础是输电线路工程设计中最常用的基础型式之一[5]，是以扰动的回填土构成抗拔土体保持基础的上拔稳定，具有施工简便的特点[6]。

（2）刚性台阶基础立柱配置钢筋，底板不配钢筋。为满足刚性角要求，通过增加台阶数和台阶高度来增加底板宽度。

（3）桩基础主要依靠桩端承载力和桩身摩擦力来承担杆塔的横向和纵向荷载[7]。

1.2 山地、丘陵地形上输电线路铁塔基础类型

山地、丘陵地形上的输电线路铁塔基础类型主要有：板式基础、掏挖式基础、岩石基础、人工挖孔基础和岩石承台锚筋基础等。

（1）板式基础的施工采用大开挖方式，土石方量较大，对周边环境也有较大影响。山丘地区一般对地质不易掏挖成型的部分塔位考虑采用该基础型式。

（2）掏挖式基础是目前使用最多的一种原状土基础型式，它以天然土构成的抗拔土体与基础自重相互作用而保持基础的上拔稳定，最大限度地利用了天然原状土的强度，不仅具有良好的抗拨性能，而且具有较大的横向承载力。

（3）岩石基础主要是借助岩石本身或者是岩石和砂浆间的粘结力来稳固上部杆塔体，充分利用了岩石的强度和稳固性，具有坚强的抗拔性能，主要用在有良好岩石基础的山区地带[8]。

（4）人工挖孔基础混凝土量及耗钢量在岩石基础和掏挖基础之间，而且也是环保的一种基础型式，人工挖孔基础犹如山地单桩灌注桩基础，该基础型式对地质条件要求也不高，只需地质人员对塔位处每层土提供的设计参数正确、合理。

（5）岩石承台锚筋基础的混凝土量及耗钢量均是所有基础型式中最低的，而且也是最环保的一种基础型式，但对地质条件要求比较高，需逐基鉴定岩体的稳定性、覆土层厚度、岩石的坚固性及岩石风化程度，以确定使用该基础型式的塔位以及具体型式。

2 工程概况

昌吉—古泉±1 100 kV特高压直流输电线路工程，是目前世界电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远的特高压直流工程。

本工程承建的昌吉—古泉±1 100 kV特高压直流输电线路甘8标段，线路路径长度为122.5 km，新建铁塔218基，其中直线塔187基，耐张塔31基。线路途经白银县、靖远县，海拔高度1 350～2 000 m。杆塔采用自立式铁塔，基础采用掏挖基础、直柱板式基础、岩石锚杆基础，其中187基掏挖基础、29基直柱板式基础、2基岩石锚杆基础。

昌吉—古泉±1 100 kV特高压直流输电线路工程主要位于黄土高原地区，该地区抵御自然灾害的能力较低，环境遭到破坏后恢复困难。掏挖基础对环境影响破坏小，在施工时以土代模，直接将基础的钢筋骨架和混凝土浇入掏挖成型的土胎内，减少了对原状土的扰动，能充分发挥地基土的承载能力，一般用于地质条件较好且勘测深度内无地下水的山地、丘陵地区，该基础弃土弃渣少，引起的水土流失量较少，还可以大幅节约基础材料和施工费用，充分利用原状土，相同的基础尺寸可提高抗拔承载力1.2倍，减少挖填方40%～60%，减少对原地貌植被的破坏，是近年来在我国输电线路建设中广泛采用的一种基础形式[9]，也是目前电网公司倡导使用的基础形式[10-14]。由此本工程承建的昌吉—古泉甘8标段中大部分选用掏挖式基础形式。

黄土高原是世界上水土流失最严重和生态环境最脆弱的地区之一[15]，除石质山地外，大部分为颗粒细、土质松软的厚层黄土覆盖。该线路设计时，已从地质专业角度将线路路径避开不良地质地段（易发生山体滑坡、崩塌），以减少对线路安全可能造成的威胁。同时，为减少对原地形地貌的破坏，大部分采用了小开挖掏挖基础。根据岩土工程勘察报告，线路路径段土层情况分布如表1所示。鉴于黄土高原地质的特殊性，尤其是对地表自然凝结保护壳的保护考虑，应尽量避免对其扰动造成水土流失，施工时必须采取有力措施，减少对原地形、地貌及植被的破坏。

表1 线路路径段土层情况分布

3 施工关键技术

3.1 环境保护目标

严格限定工程建设扰动区域，按照确定的施工活动范围进行施工，减少建设活动对地表植被的破坏和扰动，防止因工程开挖、堆碴而产生新的水土流失，对散排的生产废水和生活污水要求就地、就近处理，不得进入渠道，施工中应尽量防止施工扬尘、噪音对空气及人员造成影响。

3.2 施工步骤及要求

（1）施工前期策划

严格遵守地方环保部门和林业部门要求，按地方、业主、监理的要求制定环保方案和保护措施，并经审核和批准后实施。对所有的施工人员进行环保方案、保护措施交底，并严格执行。

（2）施工前期准备

修筑道路时应注意：进场道路不宜经过成片林区、不宜经过横道路方向坡度大于25°的斜坡，避免砍伐大量林木，尽可能利用原有山地道路。

基面平整应尽可能减少对塔基周围原有自然植被的破坏，所平整出的弃土或杂草，宜用沙袋装好后运转至塔位外的合适地方堆放。

在各施工场地周围设置施工围栏进行隔离；营地和施工便道尽量选取在无植被或植被较差的地方。

（3）土石方开挖

开挖前项目部对施工队相关人员进行专项技术交底。减少需开挖施工作业面以外的地面破坏。开挖施工可采用凿、钢铲、大锤等工具进行人工开挖或凿岩机、风镐等小型机械开挖，特殊情况下采用松动爆破方式开挖。

雨季施工时可在基坑外侧砌筑排水物，避免引起水土流失。

开挖时石土分别堆放，按规定标准回填，表层应有适当原土，余土及时清理，以不破坏植被为原则。

（4）基础施工

尽可能采用商品混凝土，如在施工现场拌和混凝土，现场砂、石料须集中堆放，地面铺设彩条布，并对砂、石料冲洗废水进行处置和循环使用。混凝土振动时采用小功率振动器。

现场钢筋绑扎后不得码堆材料，验收后钢筋不得乱踩，多余的钢筋及时清理吊走。

基础施工中尽可能采用定型钢模，不使用木模板。

（5）掏挖式基础

基础放样时应核实边坡稳定控制点在自然地面以下，并确保基础埋深不小于最小设计值。

第一节护壁高度在0.5 mm左右，上端锁口；以下每节护壁高度1.0 m左右，即每开挖深度1.0 m就应按要求做一节护壁。

孔内必须设置应急硬（或软）爬梯供人员上下，孔口四周必须设置高度不小于0.8 m的护栏；当孔内无人作业时，应在孔口覆盖可靠的钢筋网片，防止人畜坠落基坑内。

每次开工前或基坑开挖过程中，必须检测坑内有无毒害气体和缺氧现象，并应有相关的安全防护措施；挖孔施工过程中，应有可靠的通风设施。当孔开挖深度超过10 m时，应采取向井下送风措施。

钢筋绑扎牢固、均匀，钢筋保护层厚度控制符合施工图要求。

成孔与浇筑须连续作业，浇筑前必须清理干净孔内的余土或积水等杂质。

现场浇筑混疑土应采用机械搅拌，混凝土下料高度超过2 m时，应采取防止离析措施。

冬季施工的混凝土，应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，同时应采取防冻措施。

基础施工结束应尽量恢复原先的地形地貌。

4 环境保护与恢复治理工程

根据铁塔建设和生产实际，将破坏区域划分为山区地表植被保护、施工基础、完工后清理3个单元进行治理工程设计。

4.1 山区地表植被保护

山区的接地沟应尽量沿等高线开挖，切忌顺坡向下，以免雨水将土石冲走，回填土应清除石块杂质并夯实。

位于斜坡地带塔位，严禁由坑内向坡下弃土，以避免破坏植被和坡体稳定。

施工作业面尽可能少占耕作，基础开挖实行生熟土分离，施工后尽可能恢复植被。

为了防止发生森林火灾，严禁施工人员在林区用火。

在地表植被茂盛、水资源丰富的环境施工，为切实保护当地资源生态环境，施工中将对环境的破坏降到最低。

堡坎主要用于对开方后较陡坡体、弃土堆积而成的松散易垮塌坡体的保护，避免土体自然的或受雨水作用后的垮塌、滑坡等水土流失现象。堡坎以浆砌块石类型为主，其效果如图1所示。

图1 堡坎效果

根据工程需要，在适当位置修筑挡水墙，避免水流冲刷塔基地表土石产生水土流失现象。挡水墙采用混凝土与碎石土施工而成，其结构和效果分别如图2、图3所示。

图2 挡水墙结构示意

图3 挡水墙效果

在风积沙塔位，需要采取必要的防风固沙措施，以防止塔位基础施工对原状土扰动后表层土的流失。本工程根据线路沿线实际情况，采取草方格固沙，其结构和效果分别如图4、图5所示。

图4 草方格结构示意

图5 草方格效果

塔位施工后，塔基范围内植被将大量减少，且地表多存在一定量的松散土石，当塔位附近易出现强降雨且塔位上方存在较大汇水面积时，需在塔基上方塔腿外侧5～8 m处依据地形地貌设置排水沟，避免汇水冲刷塔基地表土石产生水土流失现象。排水沟采用浆砌块石砌筑，排水沟排水口设置位置不得出现明显的局部冲刷现象。

生态护坡主要用于覆盖各种软质岩层和较破碎岩石边坡或是坡面易于受侵蚀的土质边坡，避免边坡进一步垮塌，同时可以通过生态护坡使植被较好的恢复。生态护坡应用效果如图6所示。

图6 生态护坡应用效果

4.2 施工基础

降基及基坑开挖多余的土石方，应运转到塔位附近对环境影响最小、且不影响农田耕作、不易出现水土流失的地方堆放，对施工中无法避免破坏的植被，要采取恢复措施，防止水土流失。

杜绝出现“平地起坑”现象，严禁随意弃土，倡导绿色施工，尽量减少对环境的影响。

施工中严禁车辆超载运输，对运输损坏的道路、水渠等要及时修复至原貌。

4.3 完工后清理

砂、石、水泥堆放要铺垫彩条布，施工完后及时清理多余材料等遗留物，切实做到工完料尽场地清。

施工、生活废水不随意排放，施工、生活垃圾分类回收，不随意倾倒。

施工完工后要及时清理施工弃物，尽量恢复地面的天然状态，使沿线景观河植被保持原貌。

5 措施效果

同一塔型条件下采用板式基础与掏挖式基础的主要指标对比如表2所示。

表2 2F7-SJC1塔型不同基础指标对比

本工程218基铁塔中有187基采用了掏挖式基础，总混凝土用量5 236 m3，钢筋用量238 t，比采用板式基础节省混凝土用量1 050 m3，节省钢筋563 t，少开挖地表面积9 565 m2。可见，采用掏挖式基础比板式基础地表开挖面积减少近10 000 m2，大大保护了当地脆弱的生态环境，节省了混凝土用量和钢筋用量。