山区输电线路施工弃渣对塔位稳定的影响分析

丁海涛，王 赭，王继华

(云南省电力设计院，云南 昆明 650051)

1 概述

近年来，随着“西电东送”等能源开发和经济社会的快速发展，云南省电网建设突飞猛进、日新月异。每年竣工投产的电压等级110千伏及以上工程项目有数十项之多，新建输电线路总长数千公里。而云南省是一个高原山区省份，省内山峦起伏，沟壑纵横，地形地貌错综复杂，全省土地面积中，山地和高原约占94%，盆地仅占6%左右，这也就意味着：云南省内输电线路杆塔90%以上处于山区地带。

多年来，云南省内输电线路设计、施工及运行中，遇到的因次生地质灾害问题造成输电线路改线或岩土工程治理越来越多，其中一个主要原因即为施工过程中弃渣处置不当，破坏了塔位附近的原始植被和原始地貌所造成，已经严重影响了电网的安全运行。因此，迫切需要设计、施工及运行过程中采取有效的防治措施，确保输电线路的安全运行。

2 施工弃渣不当对塔基稳定性影响机理分析

本文从以下三个方面，研究因施工弃渣处置不当，引发次生地质灾害的作用机理，为提出合理可靠的处置措施提供理论依据。

2.1 施工弃渣本身的稳定问题

图1表示一匀质土坡。根据瑞典条分法，对于其中任一竖向土条i，土条高为hi，宽为bi，土条本身的自重力为Wi，Ni为土条底部的总法向反力，Ti为土条底部(滑裂面)上的切向阻力；土条底部坡角为αi；长为li，土体重度为γi， AB为滑裂圆弧面，Xi为土条中心线到圆心O的水平距离。

图1 瑞典法计算简图

根据摩尔－库仑准则，滑裂面AB上的平均抗剪强度为

式中：σ为法向总应力；u为孔隙压力；c'、φ'为坡体有效抗剪前度指标

如果整个滑裂面AB上的平均安全系数为Fs，按照式(1)，土条底部的切向阻力Ti为：

取土条底部法线方向力的平衡，可得：

取所有土条对圆心的力矩平衡，有

如图所示，根据几何关系xi= Rsinαi

将式整理后有：

计算时土条厚度均取单宽，即有Wi=γibihi，因此式(5)可写为

根据(6)式，岩土体的抗剪强度指标决定了边坡稳定性系数的大小。山区塔基施工弃渣不经处置，松散地堆放于斜坡表层，其抗剪强度一般都很低，极易产生失稳滑坡。

2.2 边坡自身荷载加大对塔位稳定性影响

根据(6)式，岩土体的自身的重量也决定了边坡稳定性系数的大小，对于一个正常稳定的边坡，在未施工前，边坡是稳定的，但或许刚好处于稳定的临界状态，增加了堆积在边坡上的大量弃渣，将成为直接作用在斜坡上的附加荷载Gisinαi，对周围岩土体产生一定的下滑推力或下滑摩擦力，对斜坡的变形和破坏产生促进作用，见下式。

显然Fs'，会小于Fs。

2.3 雨水入渗对塔位稳定性影响

若弃渣不经处置，松散堆积于塔位附近的山体斜坡上，一方面将破坏弃渣范围内的大量植被，导致表层岩土裸露，破坏原地貌的水文地质条件，若遇强降水，雨水将大量下渗，导致斜坡上的岩土层饱和，从而增加了滑体的重量，软化后降低岩、土体的强度，甚至在斜坡深部的隔水层上积水，产生动水压力和孔隙水压力，对透水岩土层产生浮托力等，最终导致滑坡产生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点。

当土坡内部有地下水渗流作用时，滑动土体中存在渗透压力。边坡稳定分析计算时应考虑地下水渗透压力的影响。

图2 渗流对边坡稳定性的影响

同样，在滑动坡体中任取一竖向土条Wi=γihibi，见图2，如果将土条和土条中的水一起作为脱离体，此时土条重力就包括土条和土条中的水体重力，即：

式中：γ为土的湿容重；γm为土的饱和容重(包括了土体和水体)。

土条的两侧和底部都作用有渗透水压力，在稳定的情况下，土体均已固结，由附加荷载引起的孔隙应力均已消散，土条底部的孔隙水压力ui也就是渗透水压力。设土条底部中点处的渗透水水头为hwi(一般根据流网确定)，则有

式中：γw为水的容重

一般地，bi较小，即土条取得很薄，地下水面与滑裂面接近平行，土条两侧的渗透水压力几乎相等，可认为相互抵消。

将式(8)和式(9)代入式(6)，有

通过比较式(6)与(10)，可得土体饱水后斜坡稳定系数将显著降低。

综上分析，施工弃渣若处置不当，将对塔基附近山体的稳定造成极大的不利影响，特别是在强降雨等作用下，将引起原稳定斜坡发生滑动破坏，威胁塔基稳定。

3 弃渣处置不当对塔位稳定性影响类型分析

通过对大量威胁塔基安全的次生地质灾害实例进行统计分析，得出电网建设中存在的因弃渣处置不当诱发的次生地质灾害主要有以下几种类型。

3.1 诱发地表冲刷

在地形较陡、汇水面积较大的地段，若塔位附近地基岩土层物理力学性质相对较差，不耐水冲刷，施工后松散弃渣不经处置而直接就地堆放，经雨水冲刷和较大汇水水流冲刷作用，极易引起弃渣流失，并在弃渣中形成地表径流渠道，进而引起弃渣厚度内发育冲沟，冲沟进一步向下切割，引起原位土体的流失，威胁塔基兜土、周围埋地设施和岩土工程治理措施基础的安全。

3.2 诱发地表浅层滑动

在覆盖层较厚且土质松散、全～强风化的各种破碎岩石地带，植被往往生长较好，对保持水土、稳定边坡作用突出。进行塔基施工，破坏周围植被，且施工弃渣不经处置就地松散堆放，进入雨季，松散弃渣饱水后在重力和雨水冲击力作用下，向山坡下坡向顺水滚动、滑动，并破坏沿途下坡向原有植被，造成岩土裸露。裸露岩土在浸水、风、光照、温度变化等各种风化作用下快速软化、剥离、脱落，进一步发展成为冲沟、滑坡等不良地质作用；若冲沟继续下切，将使沟壁两侧松散岩土形成临空面，进而诱发表浅层原位岩土的滑坡。

3.3 诱发地表深层滑动

在弃渣饱水后超重产生的下滑力、水压力及径水流等多种合力的作用下，陡坡上的弃渣极易向下滑动，当弃渣产生向下滑动趋势时，其对本土就形成一向下坡向的摩擦拖拽力，这部分外力的作用大于原始土体的抗剪切强度时，就会导致原位岩土失稳而同时下滑，根据不同的岩土体，形成规模大小不等的滑坡。

3.4 诱发冲沟复活

少数塔基附近发育有规模大小不等的冲沟，若弃渣随意堆放于冲沟内，不但破坏冲沟内原有植被，剥离冲沟表层松散岩土层，进而剥蚀沟底和沟壁，造成冲沟“死而复活”，而且极易诱发冲沟迅速向更深、更宽处发展，引起更大规模的冲沟、滑坡等不良地质作用。

3.5 诱发辅助岩土措施基础失稳

塔基施工完毕后，由于弃渣没有合理处置，而是就地松散堆放，在施工挡土墙、排水沟等岩土工程措施基础时，其基础设置在松散弃渣表层，基底弃渣经过降水浸泡、压缩变形等作用，导致挡土墙、排水沟等变形、失稳破坏，失去功能，进而有可能引起塔基附近的原状岩土体随之发生失稳破坏，威胁塔基安全。

大量实例表明，输电线路工程中，因弃渣不当诱发滑坡次生灾害常常是在上述几种情况综合作用下发生，因此，应高度重视输电线路工程中弃渣的合理处置问题，防止诱发滑坡、冲沟等次生地质灾害。

4 合理处置弃渣的常用措施

根据多年来在云南省、贵州省、缅甸、老挝等山区地段进行的输电线路设计、施工及运行情况，归纳总结合理处置施工弃渣的措施有以下几项：

(1)弃渣合理外运：施工弃渣严禁不经处置随意倾倒、堆放，应该经过装袋、密实、封口后，搬运至距塔基50m～100m外稳定区域，防止诱发塔基附近或拟堆放区域的次生地质灾害。

(2)岩土工程治理措施基础附近严禁倾倒弃渣：在拟建挡土墙、排水沟、喷锚支护、放坡处理等辅助设施基础附近，严禁倾倒施工弃渣，防止辅助设施基础置于松散弃渣上，而影响其功能。

(3)塔基附近必要时易恢复植被：若由于施工导致塔基附近植被破坏较严重，易在塔基周围一定范围内恢复植被，如洒草籽、种植小型植被等，起到保水固坡的作用。

(4)破坏植被处尽快恢复植被:若因为弃渣滑落、流失引起附近坡面冲刷等，应尽快恢复植被，防止进一步冲刷而引起水土流失和冲沟、滑坡等次生地质灾害。

(5)弃渣上恢复植被：当弃渣有一定范围和厚度时，经合理处置后，宜在弃渣上恢复植被，以保持水土和避免较严重的冲刷。

(6)基础施工尽量采用新工艺、新手段，尽量减少施工弃渣的产生。如采用高低腿、高低基础、掏挖基础、岩石锚杆基础和挖孔桩基础等，从源头上减少弃渣。

[1]丁海涛，等.线路施工弃土对塔位稳定性影响研究报告[R].2009，12.

[2]王继华，等.降雨入渗条件下土坡水土作用机理及其稳定性分析与预测预报研究[R].2008.

[3]朱家良.输电线路地质灾害危险性评估的基本特点与认识[J].电力勘测设计，2006，(4).