高陡边坡地区输电线路设计对策研究

冯 勇，鄢秀庆，李彦民，何松洋，刘 强，周建军

(中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

随着电网建设的快速发展，线路走廊日益紧张，山区输电线路，尤其是途径高陡边坡的输电线路随之增多，塔位地形条件也越来越恶劣。由于铁塔传统的高低腿组合方式级差有限，在坡度超过40°的陡坡立塔非常困难，一方面基面开方和边坡高度大，基础工程量大，经济性较差；另一方面高边坡存在一定的安全隐患，滑坡等事故时有发生，不利于塔位的安全运行[1-3]。本文依据西南山区高陡边坡输电线路的设计经验，结合高陡边坡地区的特点，从铁塔设计、基础设计、环水保设计和运行维护设计四个方面展开了研究，提出了相应的设计对策，以便指导工程设计，为以后该类地区的设计提供参考。

1 高陡边坡对输电线路的影响

高陡边坡地区对输电线路的不利影响多表现为陡坡面的滑坡和小型崩塌，主要因为植被破坏、暴雨冲刷和弃土堆砌而引起[4]。

表1总结了近年来山区输电线路高陡边坡地质灾害情况。

表1 高陡边坡区已建输电线路地质灾害案例

因此，协调铁塔级差与地形的适应性、降低边坡开方量是处理陡峭地区输电线路的重点，本文将从铁塔设计、基础设计、环水保设计和运行维护设计四个方面展开工程措施研究。

2 高陡边坡地区输电线路设计对策

2.1 铁塔设计对策

基于高陡边坡地区的特殊性，可根据塔位地形坡度因地制宜的选用窄基塔、单极塔，干字型耐张塔可采用跳线串上绕等优化方式[5]。

2.1.1 窄基塔应用

窄基塔是一种占地小、塔高与根开之比通常大于6的塔型，其根开比常规塔小得多，如图1所示。在高陡边坡地区，窄基塔的优势更明显，对于局部地形受限的塔位，可采用窄基塔，确保线路路径的可行性。

图1 窄基塔与常规塔对比

2.1.2 单极塔应用

对于特高压直流线路而言，由于铁塔基础根开大，占地面积较大，高陡边坡区域塔位选取困难。若采用两个单极塔走线，将大大缩小铁塔根开，提高塔位选择灵活性和适应性。

1)悬垂塔型式

将同塔双极直线塔拆分为两个单极塔运行，以减小铁塔根开，如图2所示。单极塔可采用酒杯塔的型式，采用中相挂线的方式，单相受荷，解决重冰区过大的扭距和扭转变形问题。

图2 单极运行酒杯塔示意图

2)耐张塔型式

将传统的同塔双极耐张塔改成一塔一极的单极耐张塔，将导线挂点位置移到塔身上，则所产生扭距的扭力臂为零，改善了铁塔受扭情况。由于单极导线荷载小，口宽和坡度比常规干字型耐张塔可大大缩小，使得铁塔根开减小，适应地形能力大大提高，如图3所示。

图3 单极耐张塔示意图

2.1.3 耐张塔跳线上绕挂线

解决高陡边坡地区铁塔对地(树)距离不足问题，避免树木砍伐、土石开方及大规模的升高铁塔，可采用跳线上绕挂线方式进行处理，即把导线跳线串通过地线悬垂串挂在地线支架的飞机架上。工程应用表明，在边坡坡度大于28°时，采用耐张塔跳线上绕布置具有明显经济性，同时对环境保护具有重要意义，如图4所示。

图4 耐张塔跳线上绕设计

2.2 基础设计对策

为缓解铁塔级差不足、基础主柱外露过高等带来的问题，可采取钢架延长腿、斜柱深基础、连梁挖孔基础等措施优化铁塔与基础的连接[6-7]。

2.2.1 钢架

钢架延长腿主要采用的技术方案分为三种：整体钢架、独立钢柱和独立小塔，各种钢架型式简介见表2所列。

表2 三种主要钢架型式简介

结合以往工程经验，钢架延长腿可结合以下原则选取：

1)当塔位地形坡度在35°以内时，各型铁塔均可使用整体钢架。

2)当塔位坡度不大于40°时，可采用独立格构柱，同时格构柱高度不宜高于6 m。

3)当塔位坡度超过40°时，宜采用独立小塔，小塔高度一般为8.0～11.0 m。

2.2.2 斜柱深基础设计

目前，处理陡坡塔位普遍采用人工挖孔桩基础，但当人工挖孔桩基础主柱外露过大(大于3.0 m)时，其基础抗倾覆力矩急剧增加，从而导致基础设计不经济，且大吨位的塔脚板运输和安装也比较困难。

斜柱深基础设计方案结合高陡边坡地区基础的特点，在低腿挖孔桩基础上部设置斜向立柱，其桩身部分与常规直柱式桩基础相同，上部与铁塔连接的基础立柱部分与斜柱式基础类似，如图5所示。斜柱深基础结合了斜插式基础受力良好和原状土挖孔桩基础环保好的特点，能有效解决高陡边坡地区采用人工挖孔桩基础外露过高(超过3.0 m)带来基础工程量增大的弊端，满足高陡边坡地区较大地形坡度的需要。

图5 斜柱深基础设计

2.2.3 连梁挖孔桩基础

连梁挖孔桩基础设计方案是在塔腿各单桩基础之间设置矩形截面的混凝土连梁，四个基础相互连接，共同组成框架式结构，改善原单个基础的受力状态，增加基础整体刚度，四个基础协同工作受力性能更好，如图6所示。

图6 连梁挖孔桩基础设计

2.3 高陡边坡地区环保水保设计对策

高陡边坡地区设计中常用的环水保措施类型主要有[8]：

1)植物措施：撒播草籽、生态护坡等；

2)工程措施：浆砌块石护坡、挡土墙、弃土处理、被动防护网、抗滑桩、砂浆抹面和喷锚支护等；

3)临时措施：苫盖、临时排水沟等。

影响高陡边坡区环保设计的不良因素主要表现为弃土处理、滑坡、不稳定斜坡、崩塌等，高陡边坡地区环水保设计主要是对上述影响因素因地制宜的采取合理的设计原则和防治措施。

2.3.1 弃土处理

由于高陡边坡塔位地形较陡，结合以往处理的多处地质灾害经验，应严格禁止将弃土堆放在塔位下边坡，防止暴雨后导致的牵引式滑坡，影响塔位安全运行。

2.3.2 植被恢复

撒播草籽是植被恢复的重要方式，高陡边坡地区塔位施工过程中植被遭破坏的场地(如塔基场地、临时施工道路、牵张场、弃土堆放点等)在施工完成后均应根据塔位原始植被状态因地制宜地采取撒播草籽的方式对植被进行恢复。

2.3.3 生态护坡

生态护坡主要用于覆盖高陡边坡地区各种软质岩层和较破碎岩石边坡或是坡面易于受侵蚀的土质边坡，避免边坡进一步垮塌，同时可以通过生态护坡使植被较好的恢复。生态护坡如图7所示。

图7 生态护坡实景

2.4 高陡边坡地区运行维护设计对策

高陡边坡地区输电线路设计，除考虑铁塔和基础的合理设计方案外，还应充分结合运维阶段的特点，预留相关措施。

2.4.1 走道和拉索设计

高电压等级输电塔的水平隔面宽度往往较大，若不采取防护措施，运维人员检修时行走存在一定安全风险。因此，为保障运维人员的安全，在钢架水平隔面上设计0.6～1.0 m宽的人行走道，并设置好拉索，拉索在运维人员行走时主要起到护栏作用，如图8所示。

图8 整体钢架设置走道和拉索示意图

2.4.2 运维栈道设计

高陡边坡地区塔位地形坡度大，运维人员行走十分不便，基础设计时可以结合现场地形情况，在保证塔基稳定的前提下，因地制宜地就地取材，采用浆砌块石和水泥砂浆，在塔位顺坡向塔腿外侧修筑运维栈道，并在栈道两侧设置简易护栏装置如图9所示。

图9 塔位运行栈道修筑示意图

2.4.3 多腿脚钉设计

采用塔架延伸腿时，考虑延伸腿侧坡度陡峭的特点，为保证运维人员安全，方便攀爬，可在塔架延伸腿的各条腿均配置脚钉，如图10所示。

图10 塔架延伸腿多腿脚钉示意图

3 结语

本文针对西南地区高陡边坡的特点，分析了高陡边坡地区对输电线路的影响因素。结合高陡边坡的地形地质条件，在综合考虑工程造价与环境保护的前提下，从高陡边坡地区铁塔设计、基础设计、环保水保设计和运行维护设计等方面进行了系统的研究，提出了高陡边坡地区设计的对策，以便指导工程实践。