输电线路杆塔预应力锚索基础及其对边坡稳定性的研究

2020-11-12何春晖宋卓彦陈相家

山东电力高等专科学校学报 2020年5期

王龙，何春晖，宋卓彦，陈相家，李倩，寇天

（国网山东省电力公司经济技术研究院，山东济南 250013）

0 引言

随着电力工业的发展，我国正积极实施“西电东送、南北互供、全国联网”的电力发展战略，致使电网路径愈来愈紧张，其中很多线路穿越山区丘陵地段，杆塔修建在边坡上。塔基土质边坡在荷载、降雨、坡脚开挖等因素影响下易诱发滑坡地质灾害［1］。岩质边坡节理裂隙发育，塔基边坡工程若未采取有效支护措施，也会发生失稳破坏［2-3］。因此，在不采取额外边坡支护措施的情况下，减少施工对环境的破坏，提高杆塔基础附近边坡的稳定性，降低山区输电线路工程造价，有着重要的工程意义和实践价值。

预应力锚索作为一种有效的岩土体加固方式，已被广泛应用于边坡［4］、深基坑［5］、地下洞室［6］等工程领域。在输电工程领域，雒亿平等［7］提出一种联合板索基础，即通过预应力锚索连接埋深较浅上板与埋深较大下板，使其与两板之间的土形成整体来抵抗上拔力和下压力。麻坚等［8］针对山区输电线路转角塔提出一种压力型锚索承台基础，并分析了其受力特点及工程经济性。上述二者对基础本身进行了详细的研究，但未从边坡安全角度进行研究分析，而外荷载、地下水变化等因素易降低高边坡的稳定性，进而诱发滑坡，严重威胁输电线路的安全运行。本文结合输电线路特点，提出一种预应力锚索基础。该基础可提高塔基附近边坡稳定性，减少施工开挖土方量，降低对自然环境的破坏。

1 预应力锚索基础结构及特点

预应力锚索基础由钢筋混凝土构件和预应力锚索组成，如图1和图2所示。钢筋混凝土构件将上部荷载传至基面，并且起到锚定预应力锚索的作用，其水平力抗力可由锚索和临坡面岩土体提供。基础施工时，通过张拉预应力锚索使混凝土构件受力，并将拉拔力传递给边坡内部土体，内部土体再通过机械力及摩擦力将拉拔力传递给周围注浆体，从而使杆塔基础与边坡形成整体，在满足杆塔作用力的同时，可提高塔基边坡的稳定性。

图1 预应力锚索基础

图2 预应力锚索基础剖面图

2 塔基边坡稳定性分析

2.1 计算模型与参数

以某新建输电线路工程为背景，分析不同工况下塔基边坡的稳定性。现场实测塔位所处边坡剖面图如图3所示，图4为简化的二维Slide边坡计算模型，边坡分析采用简化Bishop法。

图3 塔基边坡剖面图

图4 计算模型

该边坡剖面地质信息由上往下依次为粉土、粉质黏土、中粗砂、全风化花岗片麻岩和中等风化花岗片麻岩，各层物理参数如表1所示。杆塔型式拟采用2E5-SZ3直线塔，其基础作用力如表2所示，塔基预应力锚索参数如表3所示。

表1 地质物理参数

表2 基础作用力

表3 预应力锚索参数

2.2 自然边坡稳定性分析

如图5所示，通过对该塔位施工前的天然边坡稳定性进行分析，计算获得该塔位天然边坡在自然干燥状态和有地下水活动工况下的边坡稳定安全系数分别为1.574和1.228，表明该塔位所处的自然边坡处于稳定状态。

图5 自然边坡稳定性分析

2.3 塔基边坡稳定性分析

输电线路边坡工程采取放坡开挖的施工措施，一方面具有设计和施工简单、工期较短的特点，另一方面可提高边坡稳定性。但大开挖不仅提高了工程造价，还破坏了自然地貌。因此，为减少工程土方量，节省工程造价，减少对原有地貌的破坏，山区丘陵地段的杆塔基础常采用全方位高低组合基础或深浅组合基础［9］。在不采取额外边坡支护措施的前提下，本文分别对上述塔基的边坡稳定性进行分析。

1）放坡开挖塔基边坡稳定性分析。如图6所示，计算结果表明采用适当放坡的基础边坡在干燥和有地下水活动工况下边坡稳定安全系数分别为1.208和1.147，边坡均处于稳定状态。

图6 边坡开挖稳定性分析

2）高低腿塔基边坡稳定性分析。如图7所示，将全方位高低腿铁塔结构荷载施加在边坡计算模型上，计算获得该塔位边坡在干燥工况下边坡安全系数为1.092，边坡基本处于稳定状态；在地下水活动工况下，边坡稳定安全系数降低为0.983（小于1），边坡发生浅层滑动破坏。

2.4 预应力锚索塔基边坡稳定性分析

预应力锚索基础的塔基边坡稳定性分析结果如图8所示。由图8可知，在干燥和有地下水活动工况下，采用预应力锚索基础的塔基边坡稳定安全系数分别为1.351和1.128，边坡处于稳定状态。对比上述各塔基边坡的稳定性分析结果，采用预应力锚索基础在减少土方开挖量的同时，可提高边坡的稳定性，减少二次支护，保障线路运行安全。