输电线路工程岩石锚杆基础应用浅析

2023-03-07周康

大科技 2023年8期

周康

（四川电力设计咨询有限责任公司，四川成都 610041）

0 引言

四川及西南地区多山区分布，水电、风电、太阳能等资源丰富，电力输送需求量高，输电线路工程建设频繁，在山区输电线路建设过程中，受工程作业环境、钻机笨重等因素限制，岩石锚杆基础在输电线路工程的运用范围狭窄、推广缓慢。近年来随着国内外轻便、可拆卸钻机的进步及钻探工艺的日益更新，岩石锚杆基础在山区输电线路工程中得到青睐，本文将从澜沧江—巴塘500kV 输电线路工程、遂宁500kV 线路加强工程、白鹤滩—浙江±800kV 特高压直流输电线路等工程中山区岩石锚杆的前期勘察、施工过程遇到的相关问题进行分析总结，以此作为后续四川、西藏地区山区输电线路工程选用岩石锚杆基础的参考。

1 工程勘察

1.1 锚杆基础适用原则

（1）岩体条件。坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩中可用，极软岩不适用；在未风化、微风化、中等风化、强风化岩中可用，全风化岩应慎用；在完整、较完整、较破碎、破碎岩中可用；极软岩、极破碎岩不用，全风化岩慎用；特殊性岩石如崩解性岩石、盐渍化岩石等慎用；位于溶沟、溶槽、石芽等地表岩溶强烈发育区的岩体慎用；在基础压应力影响范围内浅埋溶洞发育区不宜使用；采动影响区不宜采用岩石锚杆基础。

（2）覆盖层条件。覆盖层薄，覆盖层厚度最大不宜超过4m。

（3）无地下水，地形坡度小于30°。

（4）塔腿中心外侧保护区10m 内不存在悬崖、8m内不存在高度超过4m 的陡坎。地形坡度不宜过大。无软弱结构面和不利产状组合。

选择岩石锚杆塔位时，应综合考虑地形条件、岩土体性质、地表水、地下水等因素的影响，在大的原则范围下适当调整，应尽量避免不利组合，大坡度地形的覆盖层宜薄，覆盖层厚度大的地形坡度宜小。

1.2 勘察方法及手段

参照岩石锚杆基础适用性原则对全线塔位进行初步筛选，对拟采用锚杆基础的塔位进行逐基勘察，在确保塔位场地稳定的情况下，查明岩石锚杆基础各腿的地基岩石种类、岩层结构、岩石风化程度，并能确定岩石的岩石坚硬程度、质量等。

（1）前期通过地质调查、航飞识别等手段对塔位稳定性进行判断，调查周边不良地质作用、人类活动、建构筑物设施等对塔位稳定的影响。

（2）前期初步筛选是否适用岩石锚杆基础，可采取现场地质调查、轻型动力触探、探坑（槽）等手段初步判定，初步确定场地覆盖层厚度、地下水分布特征、岩石种类、岩体裂隙发育程度、风化程度等。

（3）对拟选用岩石锚杆基础的塔位进行逐腿钻探，确定岩石质量等级、坚硬程度等，采用回旋钻机，考虑到山区地段钻探设备搬运、钻塔用水困难一般采用轻便性钻机，由于轻便性钻机的取芯连续性差、取芯断面太小、地层难以辨别，尤其是风化层判断困难，地层判断的准确性总体上较差，可能导致地层偏差的风险较高，勘探精度难以达到要求，常用的山区钻探设备特点如表1 所示。

表1 常用的山区钻探设备

（4）应对岩石锚杆基础锚固段所在岩层岩芯进行取样并进行岩石单轴饱和抗压强度试验，另外也可用点荷载仪、波速测试等进行岩体质量判断。

岩石强度的判定宜通过选取有代表性的岩芯或岩块进行试验，不同岩性和不同风化程度的岩石均应选取，通过点荷载进行现场试验。岩石完整程度建议采用定性和定量方式相结合的方式判定，现场进行微动或波速测试进行岩体波速测试，选取岩块进行室内试验，进行完整程度定量判定，结合大型工程钻岩芯的定性判定，综合确定岩石完整程度。鉴于选取岩块强度测试代表性问题和选取参数不同规范取值差异较大，强风化层岩石强度取值应慎重，建议降级取值[1]。

2 岩石锚杆基础适宜性分析

通过前期勘察，结合相关规程规范要求，最终筛选出输电线路工程塔位适用岩石锚杆基础的塔位，结合相关输电线路工程岩石锚杆基础的运用情况，岩石锚杆基础适宜性分析不应局限于塔位场地范围的工程地质情况，应从区域构造出发，层层递进分析。

2.1 区域构造

根据现场调查及区域地质资料，了解输电线路路径附近地震活动、断裂构造、皱褶构造分布。褶皱对工程的影响表现为岩层受强烈的构造应力作用使岩层发生一系列的波状弯曲，导致岩体裂隙发育，岩体质量下降；断裂的影响主要表现为受断裂带影响导致岩层产状紊乱、岩体裂隙增多，风化严重，从而降低了岩石的强度及整体稳定性。

对于构造形迹分布紧密的区域，地质构造复杂，一方面导致工程区岩体质量较低，岩石的强度及整体稳定性较差；另一方面强烈的构造导致区域内地形陡峻，塔位场地狭窄，部分坡面陡坎、陡崖发育，导致不适宜岩石锚杆基础应用。

2.2 岩层结构

2.2.1 岩体条件

根据《架空输电线路锚杆基础设计规程》（DL/T 5544—2018），岩石锚杆基础适用岩体质量等级为Ⅰ～Ⅳ级，对于岩体质量等级为Ⅴ级的岩体需进行试验[2]。岩体基本质量等级划分如表2 所示。

表2 岩体基本质量等级划分

（1）岩体坚硬程度确定。

根据相关规程规范，岩体坚硬程定量应用岩石饱和单轴抗压强度、点荷载强度Is（50）确定。定性时采取野外岩石类别判断，一般岩石锚杆基础锚固段位于岩层强-中风化层，很少涉及微风化或未风化段，强-中风化的较硬岩、坚硬岩为较软岩，强风化的较硬岩、坚硬岩、强-中风化的较软岩为软岩，全风化的各类岩石及半成岩为极软岩[3]。

（2）岩体完整程度确定。

岩体完整程度定量分析需对岩体进行波速测试，完整性指数为岩体与岩块压缩波速度之比的平方[4]。

按相关规程规范，岩体完整程度定性分析从岩层裂隙发育组数、间距，结构面结合程度，结构类型综合判断，对于四川、西藏地区而言，一般极软岩及薄层状构造的强风化岩体一般呈破碎～极破碎状（如片岩、页岩等），强～中风化的软岩、较软岩呈较破碎～破碎状（如泥岩、泥质粉砂岩、千枚岩、泥质板岩、具气孔状的玄武岩等）。

2.2.2 岩层组合

对于岩层陡倾，裂隙发育，加之软弱夹层的影响，降雨、积雪融水极易沿结构面下渗，影响岩石的整体强度，对比挖孔桩基础或掏挖基础，岩石锚杆基础锚固段直径小，与岩体的接触面小，与岩体黏结能力较弱。陡倾岩层及软弱夹层对于塔基基础而言为不利结构面组合，对比挖孔桩基础或掏挖基础，岩石锚杆基础适宜性较差。

对于顺层坡，对比挖孔桩基础或掏挖基础，岩石锚杆基础上部承台尺寸较大，后期施工作业面大，开挖、扰动对坡体的影响较大，更不不利于坡体的整体稳定，故岩石锚杆基础适宜性较差。

3 岩石锚杆基础运用过程中常见问题

3.1 勘察精度受限

结合山区输电线路工程的特点及工程重要性，岩石锚杆基础场地勘察一般采用工程地质调查、探槽（坑）及钻探等手段进行，工程地质调查、探槽（坑）轻便灵活，但受限于岩土人员经验水平工程地质条件，勘察成果带较大的主观性。就四川及西藏地区而言，山区地段地势起伏高、交通不便，钻探设备及配套笨重导致钻探设备进场困难，山区地带钻探用水困难，导致钻探成果会出现偏差或直接无法钻探，而钻探作业能比较直观地反映现场岩石的结构及构造，是岩石锚杆基础勘察的主要手段[5]。

因此在实际工程中，山区地段场地勘察手段较单一，勘察精度受限。

3.2 工程积累少

目前岩石锚杆基础运用在输电线路工程中的实例还比较少，岩体相关参数取值灵活、范围大，使得勘察人员在取值时偏于保守或偏于激进，对工程造价、工程安全均有一定影响。因此建议岩石锚杆基础应进行现场试验。

同时应加强勘察同设计、施工的交流，勘察前，岩土勘察专业与结构设计专业的人员对塔型规划、塔位工程地质条件，初步确定具备岩锚基础应用的塔位，进行相应的详细勘察，提高勘察效率。设计完成后，施工、设计、勘察因共同进行验证校核及预判，验证岩土参数是否偏激，工程措施是否合适，施工环节是存在困难，并提出解决措施，从而优化设计。

3.3 施工常见问题

目前四川、西藏地区输电线路岩石锚杆基础的应用正处于逐步上升的阶段，前期施工经验积累少、施工过程中存在不规范的情况，加之受勘察精度受限，因此在施工过程中造成诸多问题。

（1）成孔设备、现场施工班组人员不够、材料进场滞后等影响，导致锚杆成孔后不能及时成孔，出现塌孔情况。

（2）成孔情况差，出现塌孔、串孔、渗水和岩石软硬程度不符合勘察成果等，成孔后，必须清除孔内的浮土及石渣等，并清孔。根据句现场实际地质条件采取不同的成孔方式。现场应派遣常驻工代实时跟踪，通过现场判断采取加长锚杆或其他处理措施处理，锚杆成孔遇地下水须及时清孔浇筑，串孔和偶遇地下水用细石混凝土浇筑后重新成孔。

（3）灌浆效果不好，会出现钢筋腐蚀或锈蚀而导致其使用期限降低，因此应加强对水泥砂浆或细石混凝土等灌浆材料的施工工艺与灌浆质量控制，应保证孔壁干净。需从孔底进行灌浆并一次性完成灌浆作业。同时建议在水泥砂浆或细石混凝土等灌浆料中掺入膨胀剂，以提高浆体与岩土间的黏结强度[6]。

（4）锚杆基础为较新型的基础型式，对勘察精度和施工要求均较高，现场地质情况千差万别，根据实际情况本着本体安全的角度适时调整输电线路工程岩石锚杆基础的使用。