输电线路黄土地基湿陷性试验及工程特性评价★

段辉顺 毛 矛 刘生奎 户世伟

(中国能源建设集团公司甘肃省电力设计院有限公司，甘肃 兰州 741000)



输电线路黄土地基湿陷性试验及工程特性评价★

段辉顺 毛 矛 刘生奎 户世伟

(中国能源建设集团公司甘肃省电力设计院有限公司，甘肃 兰州 741000)

以甘肃定西黄土作为研究对象，通过现场土工试验，对黄土的湿陷特性参数进行测试和分析，获得了该地区黄土湿陷特性的工程影响深度，并结合试验分析结果，提出了黄土地基中输电线路杆塔基础选型的原则、设计建议以及处理措施。

黄土，湿陷性，输电线路，基础选型原则

黄土是干旱半干旱区的沉积物，由于其特定的生成环境和存在的历史环境，形成其明显的柱状节理和大孔隙结构，这种独特的结构性直接影响着黄土的力学性状和工程性质[1]。湿陷性是黄土的主要工程特性。所谓湿陷性是指在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著的附加下沉。根据外力的不同，又可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。湿陷性黄土在我国分布很广，主要分布在山西、陕西、甘肃大部分地区以及河南的西部。此外新疆、山东、辽宁、宁夏、青海、河北以及内蒙古的部分地区也有分布，但不连续[2，3]。湿陷性黄土的最大特点是大孔隙，高压缩性，遇水时土体急剧下沉。由于其上述特殊的物理力学特性，输电线路运行期间常常会发生塔基沉陷、斜坡滑塌等工程灾害，严重影响电网的安全运行。

本文通过室内压缩试验，对榆中车道岭典型湿陷性黄土场地开展黄土湿陷性试验，测得了场地黄土的湿陷系数、自重湿陷系数以及湿陷起始压力参数，对该黄土地基的湿陷性进行评价，并测得该黄土地基天然降水的临界影响深度。相关研究成果可为该地区输电线路杆塔地基基础的勘察和设计提供理论依据。

1 试验方案设计

1.1 试验土样

试验土样取自甘肃省榆中县车道岭，地处陇西黄土高原丘陵区，地表黄土为第四系上更新统风积黄土(Q3eol)，淡黄色，土质均匀，大孔发育，具垂直节理，主要土性参数如表1所示。

表1 黄土的主要物性参数

在现场采用直径79.8 mm、面积50 cm2、高度20 mm大小规格的环刀分别在距地面1 m,2 m,3 m,4 m,5 m,6 m,7 m,8 m不同位置处采取环刀样，备用。

1.2 湿陷系数

黄土的湿陷性试验在GJZ-3型中压固结仪上进行。首先按照5级加荷标准(12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa，)将试样加荷至200 kPa，等试样压缩稳定后，再浸水饱和，等到附加沉降稳定后，试验终止。试验压缩稳定的判定标准是连续2 h的试样下沉量不大于0.02 mm。

1.3 自重湿陷系数

本次试验采用单线法测定试样的自重湿陷系数。测试步骤如下：选取6个均质性好的环刀试样，在天然湿度下按照6级加荷标准(12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa,400 kPa)将试样加荷至400 kPa，等压缩稳定后，再对试样浸水饱和，等到附加沉降稳定时，试验终止，稳定标准同上。

1.4 天然降水侵蚀深度

天然降水的侵蚀深度通过土层的含水量沿深度的变化规律来反映，本次试验取样深度为4 m，按照0.2 m的垂直间隔从地面开始依次向下等间隔取样，对取出的试样采用酒精燃烧法测定其含水率。

2 试验结果与分析

2.1 湿陷系数

如图1所示为黄土试样压缩变形随时间的变化曲线。从图1中可以看出，浸水前试样在轴压作用下压缩变形稳定的时间较浸水后湿陷变形稳定时间要短；并且浸水后产生的湿陷变形量远大于浸水前的压缩变形量，两者相差近5倍。

如图2所示为黄土试样浸水前后的压缩系数与取样深度之间的关系曲线，从图2中可以看出湿陷系数δs随土层深度增加逐渐减小，而起始压缩系数δp随土层深度的增加先减小后增加。同时δs与δp的比率也随深度增加而发生变化。临近地面处，δs约为δp的2.5倍～5倍；随着深度增加δs与δp数值逐渐接近。

图3显示了5 m深处试样的湿陷系数垂直压力—湿陷系数曲线(p—δs曲线)，p—δs曲线上，δs=0.015对应的垂直压力即为本层土自重湿陷压力(psh)；上覆土层对本土层的饱和自重压力对应的湿陷系数即为本土层的自重湿陷系数δzs。

2.2 自重湿陷系数与湿陷起始压力

如图4所示为湿陷系数δs和起始压缩系数δp与垂直压力p关系曲线，由图4可知，随着p的增加，δs逐渐增大，当增加到一定值后开始减小；而δp随p的变化单调增加，初始时，δs远大于δp，随着p的增加，δs与δp逐渐接近。

图5和图6分别为自重湿陷系数δzs与湿陷起始压力psh随取土深度变化的关系曲线。由图5和图6可知，δzs与psh均随取土深度的增加而增大，其变化关系满足幂函数的变化特征。

2.3 黄土湿陷性与湿陷程度评价

分别对该场地0 m～8 m土层的自重湿陷量和湿陷量进行计算，得出该场地修正后的自重湿陷量Δzs=498 mm，湿陷量Δs=1 266 mm，由此可判定出该场地为湿陷等级Ⅳ度(很严重)的自重湿陷性黄土场地。

2.4 天然降水浸湿深度确定

本次试验的天然降水测点选在临近750 kV输电线路塔位中心桩的12°～19°的天然缓坡上。如图7所示为天然降水条件下，2个不同月份地层含水量随深度的变化规律曲线。由图7可知，靠近地表处，地层含水量随深度增加而急剧衰减，并在1.0 m深度处趋于稳定；1.0 m深度以下，地层含水量缓慢浮动但整体趋于稳定。由此表明1.0 m为该处的天然降水的临界影响深度。

图8显示了2012年度定西地区月平均降水量和累计降水量曲线。由图8可知，图7中所示的两条含水量—深度曲线分别测定于月平均降水量较高和较低的月份，而累计降水量分别达到全年降水量的78%和98%。因此，图7中所示的两条含水量—深度曲线具有一定代表性，判定为0.8 m～1.0 m，在地形、地貌和蒸发条件下天然降水的临界影响深度也具有一般性。

综上所述，在工程中仅需对于1 m以内的黄土地基考虑湿陷性对其工程特性的影响。

3 黄土地基杆塔基础选型与地基处理建议

湿陷性黄土地基产生湿陷沉降的前提是浸水，本文的试验结果分析表明，即使针对湿陷性严重的黄土地基，天然降水的影响深度也是有限。因此，在工程中，应结合黄土地基的工程特点，综合考虑黄土地基的设计及处理：

1)根据场地的给水(地下水、雨雪降水、农业灌溉等)和排水(地形、地貌)条件，选择排水条件良好的地段作为杆塔地基，避免将塔位点选在具备汇水条件的地段；

2)优先选用经济环保、抗拔承载力高的原状土基础，如掏挖基础、桩基础等基础型式，慎用地基换填等处理措施；

3)对施工完毕的杆塔基础，应采取必要的地面防水和排水措施，避免黄土地基受到地表水的浸泡而产生湿陷。

4 结论

本文主要结论如下：

1)试验结果表明：待研究场地0 m～8 m深度范围内，湿陷系数δs随土层深度增加而减小，该深度范围内土层均为具有剧烈湿陷性的黄土；

2)试验结果表明：待研究黄土地基湿陷起始压力psh和自重湿陷系数δzs均随深度增加呈幂函数增大；

3)研究分析表明，待研究场地地基0 m～8 m范围内的自重湿陷量Δzs=498 mm，湿陷量计算值Δs=1 266 mm，地基湿陷等级为Ⅳ(很严重)；

4)试验结果表明：待研究场地的天然降水的临界影响深度位于1.0 m深度左右，即：工程中，仅需对1 m以内的黄土地基考虑湿陷性对其工程特性的影响。

[1] 王永炎,林在贯.中国黄土的结构特征及物理力学性质[M].北京：科学出版社，1990.

[2] GB 50025—2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[3] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007:418-432.

[4] 张志龙.天水湿陷性黄土的工程特征[J].岩土工程界,2003,6(9):71-73.

[5] GB/T 50123—1999，土工试验方法标准[S].

[6] SL 237—1999,土工试验规程[S].

[7] GB 50021—2001，岩土工程勘察规范[S].

[8] 陈广峰,米海珍,韩志勇.兰州Ⅲ级阶地黄土湿陷性初步试验研究[J].甘肃工业大学学报,2001,27(2):77-81.

[9] 韩为民,默增禄,郭咏华.送电线路自重湿陷性黄土地基处理[J].电力建设,2001,22(3):28-29,33.

[10] Q/GDW 11266—2014，架空输电线路黄土地基杆塔基础设计技术规定[S].

Experimental investigation of loess collapsibility and engineering characteristic evaluation to loess foundation of transmission line★

Duan Huishun Mao Mao Liu Shengkui Hu Shiwei

(ChinaEnergyEngineeringGroupCompanyGansuElectricPowerDesignInstituteCo.,Ltd,Lanzhou741000,China)

The paper takes the loess located at Dingxi City, Gansu province as the research object, collapsibility parameters were tested through the soil test. Obtain the influence depth of loess on engineering design. Based on the test results, the footing type selection principle, design suggestions, and treatment measures to collapsibility loess of transmission line tower were proposed.

loess, collapsibility, transmission line, footing type selection principle

1009-6825(2017)09-0056-02

2017-01-18★:甘肃省电力设计院科技项目(GCB11201405872)

段辉顺(1972- )，男，高级工程师

TU443

A