330 kV黄侯线ZMC1型单回路直线杆塔倾斜原因分析及处理

邓凯，陈泓，刁志文，马学荣

(1.国网宁夏电力有限公司吴忠供电公司，宁夏 吴忠 751100 2.国网宁夏电力有限公司，宁夏 银川 750001)

1 杆塔倾斜原因分析

330 kV黄侯线起于侯桥变电站,止于黄河变电站,线路全长54.822 km，该线路95号杆塔为3A1-ZMC1型直线铁塔，下横担至杆塔基面呼称高42 m[1]，全高50.6 m，水平档距277 m，垂直档距368 m，采用XZ2030板式斜柱基础，设计铁塔基础根开7 828 mm。

1.1 杆塔倾斜情况调查

2019年10月，发现面向小号侧铁塔整体向左前侧倾斜，即铁塔整体向B腿方向倾斜，B、D腿基础保护帽存在拉裂现象，塔身主材及2个横隔面斜材发生不同程度的弯曲和脱落，绝缘子顺线路倾斜。

发现该处严重缺陷后，现场进一步对杆塔倾斜情况测量，该杆塔整体向B腿方向倾斜29.72 cm，倾斜度达5.87%(输电线路运行杆塔倾斜度最大允许为0.5%)[2]，因铁塔倾斜严重造成绝缘子顺线路倾斜达8.1°，超出7.5°运行标准的要求[3]。考虑基础浇筑施工原因，在测量基础根开与设计图纸对比后发现，正面根开与设计值偏差分别为-48、22、-38、-28 mm。场地存在大范围堆土。原场地地形相对平坦，现塔基附近堆有2～4 m高的堆土，最近处的堆土离AB腿3～4 m。堆土造成塔基存在一定程度的汇水条件，并在塔基2～3 m处形成小冲沟。

图1 塔基现场

综合以上情况，初步判断主要原因为B腿基础沉降太多导致杆塔受到较大附加荷载引起，其次B腿侧大量堆土导致B腿基础排水不畅，存在长时间浸水现象，两者共同引起地基不均匀沉降，以上情况已严重危及到线路的安全运行。

1.2 地质情况调查

为进一步确定330 kV黄侯线95号塔倾斜成因，对现场地质专业进行钻探补勘[4]。补勘点布置见图2。

图2 勘探点布置

在勘探点编号A2、B2、C2、D2共取原状样8件，在勘探点编号B1、D1取原状样8件，进行原常规、剪切、压缩，击实试验，得出结论：指标与原状土样数值差异较大，95号塔附近为填土堆积而成，根据原始地形分析，填土厚度差异较大。且根据钻探结构，填土多未经碾压处理，强度不均匀，无法直接作为塔基持力层和下卧层。故继续对本次勘察的填土层、泥岩层进行标准贯入试验，统计结果见表1。

表1 标准贯入试验成果统计

由表1可知，填土层标贯击数极其不均匀，结合钻探岩芯情况分析，填土层击数低的位置多为细粒土堆填，而标贯击数高的位置多为块状土填充，不能真实反映土的强度情况。泥岩层如为天然土层，钻探岩芯多成长柱状，而现场岩芯多成碎块状，且易发现填充痕迹；如为天然土层，泥岩具备自造浆功能，而本次钻探过程中，泥浆渗漏明显，耗水量较大，且钻进过程由于填土的不均匀性，钻进过程变化较大：碰细粒填土，钻进速度较快；碰岩块时，钻进速度又较慢，更印证了填土的不均匀性。

综上分析，95号塔原地质0.0～1.7 m为粉土，以下为深厚泥岩，与现勘察成果存在差异，根本原因是施工图勘察时，未对地貌准确判断，误认为原始地貌；在定位勘察时直线塔位按单个勘探点布置，勘探至1.7 m时，将回填的泥岩块误判为泥岩原状土。由于地质勘查结果误判，造成基础型式与实际现场不符，从而在运行后逐渐形成不均匀沉降[5]。

1.3 历史原状地貌复核

为避免类似情况发生，对邻近类似场地的地质情况进行调查，范围为95号塔所处的耐张段所有塔位，调查内容是明确该段地基是否存在回填土现象，以及对该段塔基的安全稳定性进行评价分析。通过调查发现：93号塔位为原状土，94号塔位处存在厚约0.2～0.6 m的填土；95号塔位填土厚度约12.1～28.6 m。进一步对该区域不同时期卫星图片调查见图3。

图3 93号—95号塔区域2007年—2018年卫星图片

其它塔位通过本次现场调察,并结合卫星图片分析,塔位地貌无显著变化,均位于原状土层上,安全性无问题。

1.4 杆塔倾斜成因

综合以上调查取样试验分析，该塔基础土质存在回填情况，而前期地勘取样未核实原始地貌，勘测点布置不够，勘测深度不能如实反映真实地质情况，将回填的泥岩块误判为泥岩原状土，导致后期铁塔运行过程中基础不均匀下沉，杆塔倾斜严重。

2 处理方案及实施

2.1 处理方案的提出

(1)杆塔临时保护措施。考虑到支座沉降会对杆塔施加较大的附加荷载，需对原95号塔地脚螺栓进行卸载，依次逐腿松开A/C/D腿地脚螺栓螺帽，并依次重新拧紧。原95号塔沿四腿腿方向做好临时拉线措施，拉线初始拉应力可按120～140 MPa控制，拉点布置在塔头与塔身交界处的横隔节点上，达到临时补强保护目的。

(2)B腿塔脚板加垫板。根据实测结果，以D腿基础顶面为基准，其中A腿基础顶面低16 mm,B腿基础顶面低154 mm,C腿基础顶面低12 mm，理论上需将四腿垫平才能消除附加荷载，但考虑到B腿地脚螺栓出扣长度仅120 mm，远远小于最大沉降值，因此建议B腿加楔形垫板，垫高10 cm为宜。虽四个基础不在一个平面，但一定程度上缓解了铁塔杆件的附加荷载；同时，塔脚板加垫板后需对塔身进行整体倾斜度校核。

(3)可调式联合大板基础加固。目前基础纠偏方案国内大多数采用的是可调式联合大板基础，该基础虽一定程度解决基础沉降问题，但仅适用于原状土，本杆塔采用斜柱板式基础，且沉降值高达15 cm，需上下、左右同时调整纠偏，采用可调式联合大板基础实施极其困难，同时在地基不稳定的情况下，采用斜柱基础本身是不合适的，因为只要基础存在很小的不均匀沉降，就会引发基础出现次生的滑移现象，将加剧杆塔倾斜或倒塔的可能。

(4)临时塔基础排水。现场勘查存在塔基雨水冲刷情况，对塔基采取临时排水夯实处理，减少并避免塔基下沉。

本次处理考虑单一方案不能满足线路短时运行的要求，因此确定采用“塔身加装拉线保护、塔腿垫高+杆塔加固、基础排水”综合方案。

2.2 纠偏方案的实施

(1)塔身加装拉线保护措施。根据现场实测以及理论分析结果，目前杆塔受力状态主要围绕AC腿基础为轴线旋转受力，再加上四腿不在同一水平高度，导致整塔同时处于受力较复杂的受扭状态。为保证给后续基础塔腿垫高、塔材补强提供安全可靠的保护，根据目前杆塔受力状态，在距离地面约27 m高的塔身处，沿塔身对角线方向均匀装设4根直径13 mm的钢丝绳拉线，为加强拉线处的强度以及塔身刚度，沿拉线挂点的塔身四周布置拉杆支撑结构[6]，如图4所示。

图4 铁塔加固、四方拉线安装

(2)塔腿垫高及加固措施。如前所述，塔腿垫高方案重点针对A、B腿基础，A腿需抬高10 mm，B腿需抬高164 mm，C腿和D腿不做处理，因此在A腿踏脚板下垫入10 mm厚的楔形垫板抬高，B腿采用“塔腿主材和塔腿斜材加长补偿。

(3)基础排水措施。排水沟为土质排水沟，兼截水和排水作用，开挖后对坑壁和坑底进行夯实，坑底修整出向边坡侧的坡道，再用素混凝土对坑底和坑壁抹面，便于流水双向顺利排向边坡，如图5所示。同时B腿附近的沉降坑，取土回填至基坑防沉层高度，防止再次积水。

图5 排水

3 方案实施效果

通过对杆塔倾斜现状调查，进行地质地貌取样及卫星云图对比，分析沉降严重原因，提出了纠偏方案。2019年9月，实施了纠偏方案，在铁塔四周打拉线确保塔身平衡，纠偏过程中对拉线张力进行观测和调整；对基础进行排水处理；采用设备抬高B腿，将预先加工好的塔腿替换原塔腿；用楔形垫块垫高A腿；更换受损塔材。全塔螺栓复紧后，杆塔倾斜度再次测量合格。由于95号塔位为深厚回填土区，建立了7天1次的周期性基础沉降测量、铁塔根开测量、铁塔倾斜值观测制度，已运行6个月，未发现明显沉降，基础根开仍保持原状，杆塔倾斜度无变化，与实施前测量数据一致，说明综合纠偏措施实施效果良好，满足现场运行环境要求，并推广应用至同机理倾斜杆塔上，为架空输电线路杆塔倾斜治理提供了可参考依据，提高了设备的健康运行水平。