超高压输电线路塔基滑坡灾害特征分析与治理

陈 英，马东涛，杨 敏

(1．中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都市610041;2．中国科学院大学，北京市100049)

0 引 言

超高压输电线路有一处出现故障而中断，则全线中断。而输电线路多沿人烟稀少的山区分布，线路长，跨越的地质地貌区域复杂［1-2］，存在的地质灾害多种多样。尽管输电线路在可研阶段进行了地质灾害评估，避开了路径走廊内的成片地质灾害发育区［3-4］，但对于小规模零星灾害体由于研究程度和范围不够，在线路运行期成为灾害隐患的主要来源［5-8］。

以四川省境内500 kV 黄(岩)达(州)线超高压输电线路为例，该线路塔基多处于中、低山山顶，分水岭或山腰地带，植被茂密，降水充沛，岩性以三叠系、侏罗系砂岩、泥岩、页岩等为主，强风化层覆盖厚度较深，山坡较陡，多属四川省的地质灾害易发区，沿线地质灾害发生频率较高。虽然在输电线路选址中合理避让了地质灾害，减少了地质灾害对线路安全的影响，但受地形条件、岩土性质、“5·12”汶川地震和暴雨影响，自2006年线路运行以来，地质灾害时有发生，对线路安全构成威胁［9-11］。

黄达线塔基地质灾害类型较多，如滑坡(滑塌)、崩塌(坍塌、危岩)、地基沉陷、地裂缝等，并且以斜坡灾害为主，其主要特点为规模小、发生频率高、影响大、多位于塔基下方、治理较易。本文通过对黄达线沿线灾害点的分析和比较，选取157 号塔作为典型代表，对其灾害的发育背景、成因机理、危害特征进行分析，提出整治方案和措施。研究成果对减轻四川省超高压水电线路地质灾害具有现实意义，对国内其他地方输电线路地质灾害治理也具有参考价值。

1 滑坡发育背景

1.1 地形地貌及地质构造

滑坡区地处川东低山丘陵地带，属构造剥蚀浅丘斜坡地貌。如图1 所示，最高点位于B 腿旁侧小山包，海拔379.14 m，最低处位于公路边，海拔352.50 m，相对高差26.64 m。

图1 157 号塔滑坡区平面示意图Fig.1 Plan sketch of landslide in 157 tower

滑坡区主要出露地层见图1:第四系全新统(Q4el+dl)，表层覆盖耕植土，以粉质粘土为主，厚2.9 ～15.2 m，黄色、灰色为主，湿润，呈可塑—硬塑状，局部夹软塑，下部为碎石土，碎块石呈强风化状，分布于整个斜坡及浅沟区域;侏罗系下统珍珠冲组(J1Z)，广泛分布于滑坡两侧及第四系以下，为灰黄色、灰色的页岩、泥岩、粉砂岩及岩屑石英砂岩，夹有煤线，基岩强风化厚度3.7 ～5.7 m，较同类地区厚，灰黄色，岩体结构受到部分破坏，层理不清晰，风化裂隙发育，岩心呈碎块状，岩质软。

区域构造以褶皱为主，一条小型断层正好穿越滑坡区，断裂走向与公路45°斜交，与洼地斜坡走向一致，断裂破碎带宽度为25 ～35 m，两侧以基岩为界，断层引起两侧岩土体松动和破坏，使得该区松散堆积层厚度超过其他地区。勘察发现，滑坡体内未出现基岩，基岩埋深超过13 m，基岩岩芯中发现轻微错痕和泥化现象。从地形地貌看，该断层属正断层，滑坡体为上盘，基岩为下盘，基岩与2 号滑坡界面为断层面。

1.2 气象水文

滑坡所在达州地区属四川盆地东部的中亚热带湿润气候区。年均降雨量1 160.8 mm，最大年降雨量达1 547.2 mm，5 ～9月降雨量占全年降雨总量的80%，月最大降雨量350 mm，最大24 h 降雨量大于90 mm。

滑坡区属嘉陵江二级支流州河的二级支流。浅沟属季节性水沟，雨季有地下水沿公路边出露，11月—次年4月干涸，无地下水出露和地表径流。据勘察，滑坡区潜水雨季水位3 m，11月初为4.5 m，未见基岩裂隙水。该区地下水对混凝土不存在腐蚀作用。

1.3 人类活动

滑坡区人口稠密，耕地稀少，清水村村民已把该谷坡开垦为旱地，在平整土地、灌溉过程中，不可避免地影响了坡面稳定。此外，滑坡下部的公路从坡脚经过，由于公路施工开挖坡脚，未及时支护，引起2 号滑坡坡脚失稳，在一定程度上破坏了坡体稳定性。塔基修建改变了微地形和坡面径流，而CD 面以下的挡墙正好形成了截水墙，使塔基径流汇聚于墙下，渗入地下，加剧了地基沉陷和坡体的移动，加速了滑坡的形成。

2 滑坡特征及危害

调查发现157 号塔基下方发育滑坡2 处，如图1所示。滑坡所在斜坡总体呈凹形斜坡，滑坡区域微地貌呈微凸，滑坡两侧以较陡的斜坡、基岩陡坎为界，后部以斜坡陡缓交界处，即挡墙所在的较缓斜坡前缘为界，前缘以公路内侧为界，两滑坡以中间的一处缓坡平台为界，周界清晰。整个滑坡区宽约30 m，长40 m，滑坡体积4 470 m3，总体属小型、浅层、土质、推移式滑坡。滑坡目前直接危害D 腿、C 腿和下部挡墙，并牵引B 腿地基土体，引起地基下沉，滑坡还造成耕地开裂渗水、压埋公路，滑坡主要特征参数见表1。

表1 滑坡主要特征参数Tab.1 Main characteristic parameters of landslide

2.1 滑坡特征

图2 所示为157 号塔滑坡工程地质剖面图。

图2 157 号塔滑坡工程地质剖面图Fig.2 Geological profile of 157 tower landslide

1 号滑坡位于CD 面正下方，滑坡平面形态呈舌形，后缘位于挡墙处，高程372 m，末端高程360 m，滑坡前缘剪出口高程约为365 m，滑坡相对高差12 m;坡面地形呈阶梯状，坎高2 ～5 m，宽8 ～11 m，滑坡活动之前为旱地，滑坡发生后，挡墙下部基础外露，地表沉陷20 ～40 cm，两侧旱地地面下沉1 m，并形成多道裂缝，裂缝宽10 ～30 cm，长5 ～10 m。滑坡体长度30 m，宽10 m，滑坡厚度为2.9 ～4.5 m，平均厚度3.5 m，体积约1 050 m3，属小型、浅层?、土质滑坡。滑动面在表层粉质粘土、碎石土与基岩强风化层交界面。滑坡平均地形坡度角为22°，上下陡，中间平缓。后缘为一高2.5 m，近45°的陡坎，中间为一约15°的缓坡，下部前缘为一高4.5 m、35°的较陡斜坡，滑坡堆积在原沟床地面上，距离公路9 m。

2 号滑坡位于C 腿斜下方，滑坡平面形态呈长舌形，后缘位于挡墙东侧，高程371.5 m，前缘位于公路边，高程357 m，滑坡前缘剪出口高程约为362.5 m，相对高差14.5 m;坡面地形呈阶梯状，坎高2 ～3.5 m，宽10 ～20 m，滑坡活动之前为旱地，滑坡发生后，两侧旱地地面下沉1 ～3.5 m，并形成多道裂缝，裂缝宽10 ～50 cm，长10 ～15 m，并形成多级小台阶。滑坡体长38 m，宽15 m，滑坡厚度为3.5 ～13.2 m，平均厚度为6.0 m，体积约3 420 m3，属小型、浅层、土质滑坡。滑动面在表层粉质粘土之中，未到达基岩强风化层交界面，公路路基及边坡未见变形、位移迹象。滑坡体平均地形坡度角为21°，上下陡中间平缓。后缘为一高3.5 m，近60°的陡坎，中间为一约13°的缓坡，下部前缘为一高3 m、33°的较陡斜坡，滑坡堆积在公路路面以上，挤占路面3 m，埋压路面及边沟。

2.2 滑床特征

滑床为侏罗系下统珍珠冲组(J1z)强风化层。页岩基本为粉砂泥质结构，薄层—中厚层状构造，层理较发育，裂隙发育一般，滑床产状330°∠16°。强风化厚度为3.7 ～5.7 m，较同类地区厚，灰黄色，岩体结构大部分受到破坏，层理不清晰，风化裂隙发育，岩芯呈碎块状，岩质软。中风化岩层较厚，钻探岩心较完整新鲜，RQD 一般为65% ～85%。

2.3 滑体特征

依据滑坡防治工程勘察规范，勘察结果为整个滑坡体物质成分主要为残坡积的粉质粘土、碎石土，碎石土、碎块石含量达10% ～30%。碎块石母岩为风化页岩、粉砂岩和泥岩，一般粒径为2 ～10 cm，最大可达50 cm，呈棱角状或次棱角状。粉质粘土含量较多，可塑。在主滑剖面上钻探揭露厚度为2.9 ～15.2 m。地下水出露较深，在3 m 以下。

2.4 滑动带特征

主滑剖面上埋深2.9 ～15.2 m，层厚3 ～4.5 m，主要为粉质粘土，稍湿—湿，软塑—可塑，含少量碎石，碎石成分以页岩、粉砂岩和泥岩为主，多数呈碎块或碎屑状，磨圆明显，具有明显的定向排列特征，主要是由于该层土体经过滑动滑移形成的;在岩土界面处，基岩较破碎，块石粒径比上部小且结构较上部松散，强度较软，岩芯呈碎屑状。通过分析判断，该滑坡上部分的滑动面在土岩结合面处，下部分从土体中间剪出。

2.5 滑坡变形特征及危害

截止2012年11月，滑坡体的变形主要表现为以下几方面:

(1)1 号滑坡体的后缘挡墙地基下沉，挡墙沉陷。自2012年7月以后，挡墙基础外侧土体开裂下沉20 ～40 cm，出现裂缝长5 m，宽5 ～10 cm，滑坡后壁已后退至挡墙下部。挡墙受滑坡后退牵引，外凸并倾向下游滑坡方向，滑坡向上发展将进入塔基区，距D腿仅7 m，危及塔基D 腿安全。

(2)2 号滑坡后缘产生垮塌。目前后缘高度约3 m，坡度60°，处于不稳定状态，后缘持续垮塌，距离挡墙仅7.5 m，距离C 腿11 m，持续发展也将引起挡墙变形，危及C 腿安全。后缘下部有多道横向裂缝，最宽0.5 m，长10 ～15 m。

(3)塔基区变形。挡墙以上4.5 m 为塔基区，塔基区CD 面上下均出现裂缝，裂缝长5 ～10 m，宽2 ～5 cm，地面也发生沉降，主要由1 号滑坡持续活动引起。B 腿基础外侧地面也出现细小裂缝，沉陷2 ～4 cm，B 腿附近土体变形位移说明2 号滑坡也发生了明显位移。

(4)挡墙后积水严重。由于挡墙以上为塔基区，缺乏截、排水沟，挡墙底部也缺乏排水沟和泄水孔，坡面径流直接积蓄在挡墙以上的洼地内，引起挡墙基础饱水而沉陷，下渗的水流进入1 号滑坡，引起滑坡后壁垮塌。

(5)滑坡前缘持续下移、外凸，形成舌状堆积。据调查，自2006年黄达线建成以来，2 号滑坡已埋没公路路面3 m，平均蠕动速度0.5 m/a，自2012年7月后蠕动加速;1 号滑坡舌部已压埋农户田地，雨季时滑坡前缘地下水出露，植被生长茂盛，目前2个滑坡发生明显蠕动。

综上所述，滑坡目前变形主要集中于斜坡上部和下部区域，尤其以后缘下错垮塌最为严重。黄达线157 号塔的2 处滑坡直接威胁到157 号塔下方挡墙及C、D 腿的安全，如持续发展，将对整个塔体造成危害，如发生剧烈滑动，甚至会出现塔体倾斜、倒塌的事故，直接影响157 号塔及其相邻的约1.5 km 线路，间接损失难以估量。此外，也对大竹至达州公路造成危害，危害到滑坡体上约4 亩耕地的安全。

3 滑坡成因分析

从以上滑坡区发育背景及滑坡特征分析，主要影响因素有以下几个方面:

(1)区域构造。有一条小型断层正好从西至东穿越该区，断裂走向与公路斜交，与洼地斜坡走向一致，断裂带宽度为25 ～30 m，两侧以基岩为界，断层引起两侧岩土体松动和破坏，使得该区松散堆积层厚度超过其他地区。从勘察结果看，滑坡体内未出现基岩，其基岩埋深也超过3 m 以上，基岩中也发现轻微错痕。断层活动使得该区域松散堆积层深厚，基岩破碎，地下水富集，为滑坡发育奠定了基础。因此，断层是该滑坡发育的主要内因之一。

(2)坡体地形及岩土结构。滑坡区地形低洼，有利于地表水和地下水的富集，同时坡度较缓，也不利于地下水和地表水的排泄，使坡体长期处于饱水状态。斜坡地表物质以粉质粘土和碎石土为主，质地较松散，加之地表裂缝密集，使得雨水、地表水易于大量入渗，增加坡体自重，并破坏土体结构，而下部页岩隔水效果较好，能形成相对隔水层。加之表层土较为细软，同下部碎石土一起，易在基覆面处形成软弱面。

(3)降水。达州地区降水丰沛，是我省的暴雨中心之一，暴雨多，降水强度大。滑坡区域处于一洼地之内，四周及上部塔基处地表径流集中汇入坡体松散堆积层内，形成潜水。地下水存在于岩石裂隙、土体孔隙中，地下水在进行循环交替的过程中对孔隙裂隙周围的岩土体会产生相应的软化、溶蚀作用，导致整个坡体物质含水量高，表层饱水，土体内聚力和内摩擦角变小。同时，季节性的地表水流渗至坡体内部，改变天然地表水及地下水的补给、径流、排泄系统，对土体结构进一步产生破坏，加剧了斜坡的失稳［5］。

(4)人类工程活动。由于修建塔基，改变了原坡面地表水的汇流条件，加之缺乏排水沟，使得雨季大量坡面径流集中排泄于洼地，对坡体的稳定性有显著的影响;居民长期农耕对坡体的改造，破坏了原始坡面形态和径流条件。同时，修建公路时，削坡也引起坡体前缘临空失稳。

综合分析滑坡形成的各种影响因素可知，断裂活动、地形、岩土性质及结构是其形成的内在原因，地下水及地表水入渗是造成该滑坡的主要激发因素，而人类不合理的工程活动通过改变地表径流和坡体稳定状态，一定程度上加剧了斜坡的失稳。滑坡的稳定性在诸多不利因素影响下降低，坡体在重力作用下由上部逐渐下移、蠕动直至产生轻微滑动。从变形破坏机制看，滑坡后缘不断下错后退，造成下部鼓胀隆起而解体，因此，157 号滑坡为典型的推移式滑坡［3］。滑坡目前处于缓慢蠕动变形阶段，滑动面尚未贯通，处于较佳的治理时期。

4 减灾措施

根据钻孔资料和实验数据，结合滑坡目前的蠕滑状态，利用反演分析法，选取抗剪强度指标c =10.0 kPa，φ=9.3°(c 为土的粘聚力，φ 为内摩擦角)，计算了滑坡的稳定系数和剩余下滑力，结果如表2 所示。计算表明在天然状态下，2 处滑坡均处于临界稳定状态，或者欠稳定状态，计算结果与实际相符;而在50年一遇暴雨和地下水作用下，滑坡的稳定系数分别为0.92 和0.96，坡体失稳，滑坡将发生滑动。

目前，应急修建的挡墙受1 号滑坡牵引，下部土体已发生裂缝，挡墙基础沉降、墙体外凸，且挡墙整体位于滑坡滑动面以上，起不到稳定滑坡的作用，反而增加了滑坡后壁的荷载，促进了滑坡的活动。针对当前的滑坡状况，结合滑坡形成机理和地形、地质条件，对其采取了以下治理措施。

表2 滑坡稳定系数计算表Tab.2 Calculation of landslide stability coefficient

(1)排水工程。采取截排水沟，拦截塔基上部、滑坡周边及坡面径流，将其集中到排水沟内，排出滑坡区，最后排入公路边沟，估计截排水沟长度为257 m。通过截、排水措施，能有效地减少地表径流对坡面的冲刷，降低地下水位，提高土体抗剪力，增强滑坡稳定性。

(2)填埋裂缝。对滑坡体上已经形成的70 m 长的裂缝，采取挖除裂缝松土，换填压实的3∶7 灰土的办法，填埋裂缝，阻止坡面径流渗入坡体，转换成地下水。

(3)稳坡拦挡措施。在滑坡前缘的堆积区公路以上，采用5 根总长102 m、2 m ×2 m 的抗滑桩，深入基岩，以增加滑坡下滑阻力，在抗滑桩以上衔接4 m高、30 m 长、厚40 cm 挡土板，稳定表层土体，防止坡体下滑。挡土板上开设泄水孔，以排泄滑坡内的地下水。

(4)监测措施。滑坡治理前，在塔基的基脚、塔体、挡墙、裂缝和滑坡后壁、中部及前缘设置监测桩，定期测量变形及位移，发现异常，及时报告省电力公司，同时制定应急预案。

5 结 论

选取黄达线157 号塔滑坡作为典型，结合滑坡区域内主要工程水文与地质环境，分析了滑坡的发育特征、灾害特点、成因机理及发展趋势，得出以下结论:

(1)滑坡由2个小滑坡组成，属小型、浅层、土质、推移式滑坡。滑坡目前处于缓慢蠕动变形阶段，滑动面尚未贯通。

(2)滑坡区内断裂活动、地形、岩土性质及结构是滑坡形成的内在原因，地下水及地表水入渗是造成该滑坡的主要激发因素，而塔基修建和公路削坡导致了地表径流和坡体稳定状态的改变，一定程度上加剧了斜坡的失稳。

(3)通过采取坡面及周边截排水、填埋滑坡裂缝和下部增设抗滑桩、挡土墙等工程措施，增加坡体下滑阻力，提高坡体稳定性，同时加强对滑坡、塔体和基础变形、位移的有效监测，制定防灾预案，构建完整的减灾防灾系统，可以减轻其对157 号塔的危害，确保超高压输电线路安全。

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