输电线路塔基防洪问题探讨

胡进宝，蒋雪琴

（中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，西安710075）

输电线路由于线路路径长， 跨越的地貌单元多样，不可避免地存在着跨越河流、湖泊、沟渠等水文条件较为复杂地域的情形。在这些地段，输电线路塔基防洪问题尤为关键，对于工程造价有着直接影响。如果考虑过大，则容易造成经济浪费；反之如果考虑过小，轻则造成经济损失，重则关乎工程的安全稳定运行，因此在设计各个阶段都给予了特别关注。工程实践中，需要结合水文条件、地质条件、周边已运行工程实践经验等综合分析计算判断， 最终确定一个合理的设计值，满足工程实际设计需要。本文以工程实例作为研究对象， 分析输电线路塔基基础防洪问题， 对防洪问题中涉及的冲刷计算和人类活动影响等问题进行探讨， 以期为类似输电线路工程提供有益参考。

1 冲刷计算

输电线路基础冲刷计算历来没有自己独立成体系的计算公式， 采用公式来源于公路和铁路的桥梁冲刷计算，冲刷深度为天然冲刷、一般冲刷和局部冲刷三者之和［1，2］。

天然冲刷指河道天然演变所导致的冲刷，这种冲刷更多地缘于地质营力所形成，诸如风蚀、水蚀等，天然冲刷目前尚无可靠的计算方法，其幅度较难量化。 此外，由于输电线路工程寿命相对于地质年代很短， 且由于这部分计算需要多年的观测资料，而极少数河流才进行监测，一般河流较难以获取，因此，工程实践中很少考虑天然冲刷对输电线路基础的影响。 多年工程实践证明，这种考虑是可以保障线路的安全稳定运行的。 但对于一些多沙质游荡型河流，人类活动对河床改变较大，导致河床被重新塑造，如黄河流域的水库冲沙活动，这类活动导致的天然冲刷需要单独考虑， 后面的人类活动影响将专门分析。

一般冲刷计算是输电线路冲刷计算的焦点，也是难点所在，是指由于工程建成，行洪断面被压缩，过流流速增加，从而河流被重新塑造，上述过程所导致的冲刷。 输电线路的冲刷计算具有其不同于桥梁冲刷计算前提的特殊性，如在电力行业中比较普遍的观点认为输电线路档距较大，因而基础压缩河流断面甚少， 且基础截面与河宽相比占比很小，对于流速影响可忽略不计， 从而可以不考虑一般冲刷，如110kV输电线路北江跨越工程［3］。 但上述成果由于缺少理论和实践支撑，在水利部门完成的防洪影响评价中，经常持完全不同的观点，即同时考虑一般冲刷和局部冲刷。 从工程安全角度考虑，同时考虑到水利部门对工程监管的需要，此外，一般输电线路跨越河流相对较少，采用差异化的跨河设计满足工程的需要，本文建议按水利部门的冲刷计算考虑，即同时考虑一般冲刷和局部冲刷。 这样既满足了工程安全的需要，同时在相关政府监管中也是有利的。 一般冲刷计算中同时需要的另一个问题是现有塔位处于滩地和主槽的情形，这种情形对于游荡型河流尤为关键，游荡型河流主槽不定，由于人类活动、 大的洪水过程皆可能对河道进行重新塑造，因此在这些河段必须要考虑主槽演变对塔位冲刷的影响［4］。对于一些游荡性河床冲刷深度计算，半理论半经验公式存在一定局限性，需进行模型试验进行对比分析［5］。

局部冲刷指河道中设置塔基后， 塔基周围的水流情况与原始天然状态会发生很大变化， 由于塔基对水流的阻挡作用， 因此在塔基上游不远处导致水面壅高，至塔基位置达到最高，两侧水流收缩集中，动能增加，水面逐渐下降，在塔基后一定范围内水面都很不稳定。 塔基的阻水作用使塔基前形成较强的螺旋流并向下游传播发展， 同时在塔基下游形成回流区，回流区会形成旋涡将泥沙卷往下游，引起床面冲刷。水流在压差的作用下产生漩流，在与纵向水流汇合后，产生围绕塔基卷绕的马蹄形漩涡，漩涡是引起局部冲刷的主要原因［6］。 局部冲刷的计算主要与一般冲刷后水深、基础型式、与水流的夹角等相关，在基础型式中，目前采用群桩基础冲刷的，根据工程实践，将群桩折算到单桩的迎水截面，从而采用与单桩相同的公式，可以在一定程度上解决复杂问题［7］。对于特殊复杂的群桩冲刷深度计算，通过模型试验，研究成果可为设计、 相关专题所需的冲刷问题提供有利的技术支撑［8］。

2 人类活动影响

人类活动很大程度上改变了原有的自然地形地貌条件，具有巨大的自然再塑力，导致流域形态、水流流向、流速等改变，与原有自然地形地貌条件有很大不同，将可能导致很大的破坏力。 因而，在人类活动频繁地区需考虑工程建设期内人类活动对塔基防洪可以能影响，提前采取技术和工程措施，以避免由于人类活动导致的工程措施变更。 下面以典型工程实例进行分析。

某500kV输电线路工程，跨越河流，施工图定位时，塔基位置位于河漫滩上，后由于上游修建公路，对河道进行了整治，导致部分右岸的河漫滩被侵占，使原流向右岸的水流向左岸集中， 导致向塔基方向的流量增加， 上述过程中水流对河床进行了重新塑造，河床发生了演变，导致流速加大，水深增加，水流对河床进行重新塑造，相应导致河床冲刷增加，使原处于河漫滩的塔位演变成为主槽，增加了工程风险，虽然设计时已按主槽设计考虑，但是已对工程检修、运行维护、接地等造成一定不便，后进一步为了工程安全考虑，增加采取抛石措施，并需要定期监测塔基可能存在的变形等。 塔基位置不同时期影像及现场照片如图1。

图1 不同时期影像及现场照片

某330kV输电线路，位于山前冲洪积扇，后由于上游进行沟道整治，将数个分叉的水流进行了集中，集中汇入塔位紧邻的沟道， 导致塔位处的沟槽下切不断加深，进而影响了塔位安全。塔位处沟道不断冲刷下切如图2。

图2 塔位处沟道不断冲刷下切

由于修建截洪沟改变了原有的沟道来水量，导致来水量增大，同时地层为圆砾及砂土，颗粒间无黏性， 抗冲刷能力差， 因此水流对冲沟的切割逐渐加大，塔位冲沟不断向下深切，沟底两侧直立陡坎相对高度不断增加，不断坍塌或引发滑塌，进而在不断循环交替过程中向塔基方向发展， 最终威胁塔基的安全稳定性，经现场踏勘后，采取了塔基移位的措施，造成了一定程度上的经济损失。

某330kV输电线路工程跨越渭河段，施工图定位阶段塔位位于河漫滩上，中心桩距主槽约40m，后由于河道整治、上游水库冲沙等人类活动影响，现塔位位于主槽；且由于受冲刷影响，基础裸露，从而导致塔基产生不稳定因素，如图3。

图3 塔位裸露照片

根据现场踏勘调查，分析原因主要有：①河道整治改变了河势，2011年陕西渭河段综合整治工程开工，整治工程西起渭南与临潼交界，东至渭河潼关入黄口。包括防洪工程、河道清障、污水治理、生态景观四大建设内容。按照城区段百年、农防段50年一遇标准，对渭河河滩区进行全线清障。由于综合整治工程开工，改变了原有河道河势，使河道主槽发生了比较大的变化。 此外，在距线路上游约500～1000m内修建了2个挑流丁坝，使水流偏向塔基处，导致塔基处水流流速、水深改变，从而导致冲刷深度加大，使塔基基础裸露。 ②梯级电站联合调度调水调沙对渭河河道形态的影响，上游连续进行了利用并优化桃汛洪水过程冲刷降低潼关高程试验，均取得明显效果。潼关河段河势调整理顺，形成单一的规则主槽，导致潼关高程下降，由于排沙的上溯性，导致塔位处的高程逐年下降。

某750kV输电线路跨越喀拉喀什河，因无法实现一档跨越需在滩地立塔，跨越河段为游荡河段，根据现场踏勘收资， 当地水行政主管部门计划对河道进行整治，在设计阶段应留有一定的安全裕度。综合上述因素，考虑到将来对河道进行整治，滩地存在演变为主槽的可能性， 在施工图设计阶段按照主槽考虑进行计算冲刷。 输入参数和计算结果如表1。

表1 冲刷计算输入和输出参数

3 讨论

针对上述问题，如何避免输电线路在跨越河流、湖泊、沟渠等水文条件较为复杂的地域，可能导致工程变更，主要有以下考虑：

（1）进行充分现场踏勘和资料收集，现场踏勘是设计的前提，只有充分现场踏勘，才能为后续工作提供基础，在现场踏勘过程中，要充分注意周边工程情况，要留意工程名称、承建单位等信息，为后续收资奠定基础。在资料收集过程中，不但要收集现有工程资料，同时还应收集规划工程资料。资料收集是进行内业工作的基础，只有充分的资料收集，才能与内业的分析计算进行比较对比， 从而为提供合理的结果奠定基础。资料收集是进行计算的外部边界条件，因此资料收集的完整程度一定程度上决定了成果的准确性。 在资料收集过程中， 还应注意规划资料的收集，从而在设计时进行适当提前考虑，尤其是对于大的水利工程、堤防工程等，这些工程对高程、流量有较大影响，工程建成后，如果这些水利工程实施，将有可能对设计阶段的成果形成颠覆性影响， 适当考虑， 供相关方决策， 从而避免了后续的可能工程变更。

（2）对线路经过人类活动影响强烈地区，尽量避免河中立塔， 应在前期阶段， 相关专业进行充分沟通，进行跨河方案比选，从而最大程度上减少河道、湖泊、沟渠中立塔的情形，如无法避免，应优选立塔位置，通过影像图对比不同时期历史影像，避开分洪口门、河道演变剧烈地段等不利位置，如无法避开，从工程安全角度出发，应适当留有裕度，对于游荡型河流，可采取滩地立塔按主槽考虑，这样在前期阶段就留有一定的安全裕度， 从而最大程度上避免因水文条件变化导致塔基不稳定等状况。

（3）对于人类活动已导致塔基可能处于不稳定情形，相关专业经过会商，在条件许可的状况下，采取防护补救措施，如采用抛石等加固塔基，同时在上游修建挡水措施，将水流挑离远离塔基的位置，此措施需要河道主管部门的许可， 同时必要时进行塔基定期监测，为后续相关措施提供基础资料。

4 结语

输电线路由于线路路径长，跨越的地貌单元多样，在水文条件复杂地段输电线路塔基防洪问题尤为关键，对于工程造价有着直接影响。 本文以工程实例为研究对象， 分析输电线路塔基基础防洪问题，对防洪问题中涉及的冲刷计算和人类活动影响等问题进行探讨，以期为类似输电线路工程提供有益参考。