架空输电线路排水沟的设计与施工方法*

吴树涛 余根祥 方煌盛 陈文兴 陈孝湘

(1.国网福建省电力有限公司宁德供电公司，福建 宁德 352000;2.中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司，福建 福州 350003)

0 引言

随着福建省电力事业的快速发展，架空输电线路工程建设越来越多。由于福建省山地、丘陵众多，环境条件复杂，加上台风和暴雨的影响，各类地质灾害频发，给架空输电线路的运行带来安全隐患。

通过对福建省内山地、丘陵地区塔位的地质灾害调查，发现地质灾害受塔位的不合理排水影响较大，其中坡面地表径流及地表水下渗是引发塔位滑坡、冲刷、坍塌等地质灾害的重要因素。因此，在多雨及汇水面积较大的山地、丘陵塔位合理设置排水沟尤为必要，这对减少塔位冲刷、水毁和保证塔位稳定具有重要意义[1-2]。

排水沟分为塔位上方排水沟和基面排水沟，其作为塔位重要的防护构筑物，起到截断山坡侧汇水面的雨水、山洪及其他地表径流，减少汇水对塔位的冲刷破坏，维持塔位所在边坡及基础保护范围外临空面的整体稳定性等作用，塔位排水沟布置如图1所示。

图1 塔位排水沟布置示意图

科学合理的排水沟设计及施工，不仅可以保障塔位的长期安全，还能减少不必要的资源损耗。调查发现，架空输电线路排水沟在设计及施工过程中存在不少问题，一是排水沟断面设计过程中没有综合考虑塔位地区差异、地形情况、地表环境、降雨强度等因素，缺乏水文与水力计算，出现部分排水沟设计尺寸偏小，未能满足泄水流量要求。部分塔位排水沟设计又偏于保守，造成工程量增加、施工难度加大和资金浪费。二是不重视排水沟的平面布置及出水口设计，导致排水沟线型曲折，排水效率低，出水口土方长期被冲刷流失。三是排水沟施工需要经过测量放线、沟槽开挖、块石砌筑及抹面养护等多道工序，如果某一工艺不达标，降水时会造成冲沟，严重时可导致滑坡，对塔位整体稳定及水土保持不利。

1 排水沟设计

1.1 一般要求

易发生水土流失、山洪冲刷、山体滑坡等地质灾害的塔位，宜结合基面实际地形对塔位采取截水、排水措施[3]，设计方案应因地制宜，避免缺少、多余或不合理设计。排水沟的位置、数量和断面尺寸应根据地形条件、降水强度、汇水面积、坡面径流量等因素计算确定。

根据工程经验，对于塔位上边坡较长，存在较大汇水面且覆盖土层较厚的情况，应充分利用天然地形设置塔位上方排水沟。降基挖方的塔位基面还应增设内高外低的环状基面排水沟[4]。排水沟平面布置应线形平滑，转角处用曲线连接，并尽可能垂直于径流方向。塔位上方排水沟应设置于迎水侧，距离基础边缘一般不小于5m。塔位基面排水沟同样设置于迎水侧及基础外缘，距离基础边缘一般不小于2m。塔位上方排水沟出水口高程应低于铁塔最长腿基础底面高程或排向铁塔所在山脊外侧，基面排水沟出水口距离基础边缘不得小于8m，均应选择在植被较好、流水通畅处，不得选择在虚土、塌方及水土易流失处。当出水口处的坡面坡度大于10%或水头高差大于1m时，应设置消力池及散水，消力池应定期排污，防止堵塞。

1.2 水文与水力计算方法

目前，排水沟的水文计算主要是依据塔位的水文地质与气象资料，设计径流量大小取决于地表覆盖状况、土壤种类、设计重现期、降雨强度、汇水面积及植被状况等，可根据《水土保持工程设计规范》(GB 51018-2014)的计算公式[5]。

Qm=16.67φqF

(1)

式(1)中，Qm为设计流量，单位：m3/s；φ为径流系数；q为设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，单位：mm/min；F为汇水面积，单位：km2。径流系数φ应根据塔位实际地表种类，采用《水土保持工程设计规范》(GB 51018-2014)的推荐值。设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度q可通过塔位及其邻近地区的自记雨量计资料分析得到，当缺乏自记雨量计资料时，可采用标准降雨强度等值线图推算。

排水沟的水力计算应根据设计流量Qm确定断面形状和尺寸，并确保其断面水流速度介于容许不冲刷流速与容许不淤积流速之间。参考《室外排水设计规范》(GB 50014-2021)[6]，排水沟断面尺寸计算公式如下。

Q≥Qm

(2)

Q=Av

(3)

(4)

(5)

表1 排水沟壁的粗糙系数

1.3 断面形式及材料要求

排水沟断面形式应根据排水需要，以及对自然环境景观的协调等选定，可采用梯形、矩形、三角形或U形等[7]。架空输电线路排水沟一般采用梯形断面，断面尺寸大小应经水文与水力计算，沟的深度和沟底宽度均不宜小于0.4m，排水沟迎水侧锁口应略低于原状边坡并结合紧密，避免造成交界处土方被冲刷流失，排水沟断面见图2，福建省塔位排水沟常用规格尺寸见表2。此外，为提高排水效率，避免造成杂物淤积，其沟底纵坡宜大于5%。

图2 排水沟断面示意图

表2 福建省塔位排水沟常用规格尺寸一览表

目前，排水沟多采用块石浆砌，水泥砂浆抹面，其块石强度等级应不低于MU30，石料应坚硬无风化，颜色保持均匀，表面无泥砂杂质。砌筑砂浆细骨料在没有特殊要求的情况下以中粗砂为宜，其粒径应不大于5mm，砌筑砂浆强度等级不低于M10。施工中不得使用含有油污或酸碱性相对较大的水。

2 排水沟施工方法

架空输电线路工程排水沟施工流程为施工准备、测量放样、沟槽开挖、排水沟砌筑、抹面养护。施工质量控制要点如下。

2.1 施工准备

为确保塔位排水沟的施工能顺利完成，并满足使用功能及质量要求，在施工前应做好以下准备工作：①施工人员应经过技术培训，取得专业合格证。②准备足够的建筑材料，包括块石、水泥、砂、水等各类原材料，正式进场前均应进行质量检查，其材料数量及性能指标均应满足国家标准及设计要求，并妥善保管。③提前做好水泥砂浆配合比试验工作。

2.2 测量放线

根据施工图纸要求，使用测量仪器准确放出塔位上方排水沟和基面排水沟中轴线所对应的位置，通常情况下定位桩间距为10m，通过撒白灰或拉线标识出排水沟开挖轮廓线。通过测量放线，以便指导后续的沟槽开挖施工。

2.3 沟槽开挖

根据沟槽开挖轮廓线，采用人工或机械开挖，当表层采用机械开挖时，沟底以上20cm厚土方采用人工开挖，并进行整平夯实。沟槽开挖形状及尺寸应与排水沟断面相匹配，尽量减小对原状土层的扰动，严禁超挖。当出现意外超挖状况，超挖部分应采用浆砌片石砌筑填充，严禁回填土。如存在不良地质情况，应采取合适的地基处理措施。沟槽开挖施工结束并经验槽合格后，方可进行后续排水沟砌筑施工，做到开挖一段、砌筑一段。

2.4 排水沟砌筑

排水沟砌筑应做好以下工作：①施工时应挂线砌筑，确保排水沟线形及断面几何尺寸满足设计要求。②块石材料应提前冲洗干净，清除泥沙夹质，保持湿润。③土质沟底经满铺砂浆防渗后方可坐浆砌筑，石质沟底应先清理上覆泥土等杂物，并经洒水湿润后再进行砌筑。④块石砌筑时应采用挤浆法分层、分段进行，沟底砂浆应满铺，砌块间砂浆必须饱满，搭接牢固，不得脱空，严禁采用灌浆法施工。⑤上层砌筑时应减小对下层的振动影响，以防偏位造成断面尺寸减小，如遇砌筑施工进程中断，恢复施工前应在原砌筑表面进行清洗润湿处理。

2.5 抹面养护

抹面养护应做好以下工作：①排水沟砌筑完后，外露面应尽快采用M10水泥砂浆抹面，厚度一般控制在20mm左右，抹面应压实赶光、平整美观、无开裂现象。②完成上述各项工序后，应及时采用薄膜覆盖并洒水养护，保持砌体处于湿润状态，养护周期一般不少于14天。

3 未来发展趋势

近年来，预制混凝土排水沟、树脂排水沟在房建、市政工程领域得到广泛应用，实现了工厂规模化生产及现场标准化施工[8-10]，如图3所示。预制混凝土排水沟能充分解决断面尺寸偏差、沟壁厚度不足、砌筑砂浆不饱满等工程外观及内在质量问题。树脂排水沟除了具备预制混凝土排水沟的优点外，还具有自重轻、水流性能好、渗透率低等特点，沟节间企口缝采用耐候胶拼接，施工便利，已取得了良好的应用效果。目前，预制混凝土排水沟、树脂排水沟在架空输电线路工程领域鲜有案例，可借鉴房建、市政排水工程预制装配建设经验，开展试点应用，提升排水沟成品质量，提高现场施工效率。

(a)预制混凝土排水沟 (b)树脂排水沟

4 结论

①通过对福建省内山地、丘陵地区塔位的地质灾害的调查分析，发现排水系统不畅是影响塔位稳定的关键因素，相关工程建设应因地制宜地设置排水沟，减少坡面地表径流及地表水下渗对塔位冲刷影响。

②排水沟设计方案应综合考虑塔位地表覆盖状况、降雨强度、汇水面积及植被状况等因素，按照国标要求进行水文与水力计算，合理确定断面形状和尺寸，避免出现排水沟设计尺寸与实际偏离，造成过水断面不足或资源浪费。

③排水沟施工需经过施工准备、测量放样、沟槽开挖、排水沟砌筑、抹面养护等多道工序，当中间某一工艺不达标时，都可能对塔位整体稳定造成安全隐患。施工时应重视工序安排及节点控制，提升工程质量。

④架空输电线路工程排水沟建设可借鉴预制混凝土排水沟、树脂排水沟的工程案例，通过省内试点应用，推动架空输电线路工程的现场标准化施工。