沿海丘陵某500kV架空线路塔基浅层滑坡治理

黄明祥

（国网福建省电力有限公司建设分公司，福建 福州 350003）

500kV架空线路工程属于区域性电网的主网架工程，其安全等级高，在丘陵地区的架空线路结构工程需要面临强台风、强降雨、降雪结冰、山体滑坡等自然灾害的考验，防灾减灾是工程建设和运行过程中主要的技术难题之一[1-2]。

台风、冰灾是通过电力导线、铁塔作用后将荷载传到基础的，其传力过程有迹可循，可以通过线路及铁塔设计时综合考虑工况确定[3]；而强降雨、山体滑坡对架空输电线路的影响等则是从地基土开始，通过引发铁塔基础变形而导致上部结构的变形和受力，作用过程更隐蔽，引发的危害也更大。强台风、强降雨及其引发的滑坡是沿海丘陵地区架空线路结构工程的主要灾害类型，而山体滑坡分为山体整体滑动和构筑物临近范围内的浅层滑动两种类型，文章主要讨论的是超高压架空线路塔基影响范围内的浅层滑坡问题。

由于浅层滑坡灾害多发，国内从业人员也开展了相关理论和技术的研究。王彦海等[4]采用ANSYS对某500kV输电铁塔受滑坡灾害影响的基础变形进行了研究，分析不同工况下输电铁塔的应力变化，研究结果表明，输电铁塔转角外侧和顺线路方向基础周围发生滑坡时对铁塔的安全性影响较大。周凯敏等[5]通过室内试验对架空线路铁塔基础周边浅层边坡滑动（原文成为溜坡）的破坏形态和位移场进行分析，研究发现强降雨条件下，浅层边坡滑动是一个雨水入渗、土体变形、基质吸力降低、孔压升高、土水相互作用的复杂过程。理论研究和工程实践都证明了浅层边坡的滑动是受强降雨直接影响的过程，工程的防灾减灾应从线路路径选择、塔位选择、水土保持设计等环节就开始贯彻，而一旦发生浅层滑坡，就应及时进行治理，防止引发更为严重的灾害和事故。

1 沿海丘陵500kV架空线路塔基滑坡特点

架空线路的结构构筑物主要包含了铁塔和基础两大类。通常情况下，工程所在地的气象条件和工程地质条件不同，典型构筑物的形式也有所不同；但就500kV架空线路而言，一般都采用不等高腿的自立式角钢塔，山区多采用掏挖或人工挖孔桩等原状土基础，在岩石覆盖层较薄的区域还可能采用岩石锚杆基础[6]。

1.1 丘陵地区500kV架空线路塔基特点

架空线路铁塔塔位的选择受到很多因素的制约，主要有路径走向、沿线用地规划、土地权属、塔基位置的工程地质条件等。由于需要跨区域送电，沿海丘陵地区的500kV架空线路的塔基多布设在植被覆盖率大且坡度较陡的山体上。

丘陵地区典型500kV架空线路塔位如图1所示。其特点主要体现在以下几个方面：（1）地形较陡；（2）铁塔采用高低腿；（3）植被有林木或灌木；（4）基础采用了人工挖孔桩基础。

图1 丘陵地区典型500kV架空线路塔位

1.2 典型浅层滑坡现象

福建省某500kV架空线路在台风强降雨时发生的浅层滑坡如图2所示。通过研究分析，该类型的滑坡现象可以总结为以下几点规律：（1）滑坡多发生于塔基的下边坡；（2）滑坡为浅层滑坡，多见为表层一定深度的土体的均匀滑动，反映到破坏模式上，其滑动面可为直线型也可为圆弧形；（3）滑坡的坡顶线侵入铁塔基础的安全保护范围；（4）浅层滑动的平面范围呈冲沟状，自上而下呈一长条形或梯形，从塔腿直至山体坡脚平缓处。

2 浅层滑坡产生机理及规律分析

该类型塔基边坡发生浅层滑坡的主要过程：强降雨带来了大量的雨水，一部分从工程的排水系统排至塔基影响范围之外，另一部分则通过表层土逐步渗入山体内，渗入的深度和降雨量、降雨周期息息相关，但整体而言与坡面呈平行状。随着雨水的渗入，表层土体含水量增加后会造成重度增加、土体的力学指标降低。当降雨停止、天气转晴后，土体的含水量又逐步减小并恢复，此时表层土的重度、力学指标又逐步恢复至天然状态。但是在雨水渗入量过大，使得表层土体的下滑力大于抗滑力时，容易造成表层土体的滑坡，滑动面常常呈折线状或直线状。

图2 典型浅层滑坡

3 治理方案对比

滑坡的防治应根据滑坡类型、规模、稳定性，并结合滑坡区工程地质条件、构筑物类型及分布情况、施工设备和施工季节等条件，选用截排水、抗滑桩、预应力锚索格构锚固、挡土墙、注浆、减载压脚及植物工程等多种措施综合治理[7]。

由于500kV架空线路塔基的浅层滑坡治理多为滑坡后的治理，在选取治理方案时，应以综合现状加固和远期二次预防为目的。在现有的治理措施中，抗滑桩、预应力锚索主要用于深层滑坡的治理；挡土墙、注浆、减载压脚适用于边坡高度较小但又较陡的工程。对应架空线路的浅层滑动的治理，采用截排水、格构锚固及植物工程综合治理比较合适，这主要是由于浅层滑坡的大边坡整体稳定一般情况下都能满足要求，减少强降雨期间的表层土渗水和表层土力学指标降低后不发生滑坡才是治理的主要治理原则。

4 工程实例

2019年5月，福建省的强降雨使得多处500kV架空线路的塔基边坡发生了浅层滑动，给输电线路的安全运行带来了隐患。文章以某500kV铁塔的边坡为例，详细介绍稳定分析和治理的方案。

4.1 工程概况

由于多日持续下雨，山坡土体已经饱和，某500kV输电线路#189塔塔位下边坡C、D腿侧挡土墙发生了滑塌。根据现场塔位下边坡勘察结果，塔位处由上而下的地层分布详情如图3所示，不同地层地基土的物理力学参数如表1所示。

根据工程设计资料，#189的塔型为直线塔，采用自立式角钢塔，铁塔正面根开约12.0m，四个腿均采用人工挖孔桩基础。

图3 塔基边坡剖面

表1 代表性地层的土体物理力学参数

4.2 加固前稳定性分析

由于该铁塔为自立式角钢塔，在不同的工况下，基础可能以下压为主，也可能以上拔力为主，同时直线塔的基础荷载较小，故在边坡稳定分析时，不考虑铁塔基础荷载的影响。

加固前的稳定分析包含自然工况下的稳定分析和降雨工况下的稳定分析。边坡稳定分析时，分别假设滑动面为圆弧滑动面和沿着土层分界面的折线滑动面，并采用简化毕肖普法条分法进行稳定分析。

自然工况下圆弧滑动面条分法的稳定分析结果如图4所示。边坡安全系数为Fst=1.286，即满足永久边坡安全等级三级（Fst≥1.25）的要求[8]。在发生浅层滑坡后，未发生滑动土体的物理力学指标也发生了相应的变化。饱和工况下圆弧滑动面的分析结果如图5所示。该工况下边坡的安全系数为Fst=0.895＜1.00，边坡失稳。

图4 边坡整体稳定分析（自然工况）

图5 边坡整体稳定分析（饱和工况）

4.3 加固后稳定分析

为了提高边坡的安全系数，采用锚杆的方式对滑动区的坡面进行加固，具体方案：边坡治理分二级，分别采用排距、列距都为3.0m的锚杆，锚杆直径为32mm的HRB400钢筋，锚长均为12.0m；有效锚固长度均为8.0m，锚固体直径为120mm，锚固体与土层的黏结力为100kPa。锚杆抗拔稳定安全系数按《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）取值。

为减少后续降雨对坡面表层土体的影响，对塔基四周的截排水系统进行了改造，同时在全坡面喷播草籽以固住表层土。

采用锚杆加固后的稳定分析结果如图6所示。自然工况下的边坡安全系数Fs=1.324，即可达到永久性边坡二级（Fst≥1.30）的安全要求。

5 结束语

防灾减灾是工程投产后的主要问题之一，对沿海丘陵地区的架空线路工程而言，强台风、强降雨带来的塔基边坡浅层滑坡将是众多问题中最为突出的一个。浅层滑坡不一定会影响边坡的整体稳定，但会影响铁塔基础的受力，需要进行及时治理，综合整治的方案可以以短锚杆加混凝土框架的结构对表层地基土加固为主，同时辅以截排水系统和绿化工程的改造[9]。

图6 面层加固后的坡整体稳定分析（自然工况）