西南山区输电线路岩石锚杆基础的几个问题探讨

杨 煜，周恩平，周 欣，刘 杰

(四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610000)

0 引言

锚杆基础以往多应用于220 ～750 kV 的线路中，2008年，在向家坝—上海±800 kV 特高压工程首次应用，随后在±800 kV 锦苏线、糯广线、酒湖线、雅中等特高压直流工程中陆续得到应用。目前，锚杆基础在特高压直流线路工程中已从试用阶段逐渐迈入大规模推广应用阶段，由此带来了显著的社会经济与环境效益，并在工程实践中，逐步积累了丰富的工程经验。

随着西南水电开发及西电东送战略深入实施，西南山区高等级输电线路越来越多，锚杆基础的应用范围也不断向西南(包括西藏)腹地延伸，本文根据西南山区特有的地理地质环境，结合工程实际，就山区输电线路锚杆基础应用中常见的几个问题进行探讨。

1 西南山区主要地质环境特点

1.1 气象特点

西南山区大部位于青藏高原向四川盆地的过渡地带，地形复杂、高差悬殊，地域上其气象特征差异较大，受印度洋季风、热带大陆气团与高原气候影响，雨季与干季区别明显、气候垂直分带清晰是其主要的气候特征。多年年均降雨量为800 ～1 500 mm，雨季降水量占全年的80%～90%。

大致在1 300 m以下的金沙江河谷地带气候，属南亚热带，1 300 ～2 000 m 的金沙江、雅砻江流域属季风亚热带，2 000 ～3 000 m 地带属季风暖温带、温带，3 000 ～4 000 m 地带属寒温带，4 000 m 以上为亚寒带，5 000 m 以上属永久冰雪带，寒冻风化作用强烈，冻土分布广泛。

1.2 地形地貌

青藏高原的东南缘与横断山脉之间，是青藏高原向我国第二阶梯过渡区域。区内地势呈西高东低，高差悬殊、起伏大，地貌类型多样，以岷山、龙门山、大相岭、大凉山为界，东部为四川盆地、西南为高山高原区，横断山脉多分布中高山峡谷地貌。

横断山脉(群)位于中国地势第二级阶梯与第一级阶梯交界处，是我国第一﹑第二阶梯的分界线，为一系列南北向平行山脉的总称。山岭海拔多在4 000 ～5 000 m，岭谷高差一般在1 000 ～2 000 m 以上，山高谷深、谷坡陡峻，平均海拔4 000 m 以上。区域内水系发育，多为源远流长的巨江大川，由于流径地形陡变过渡带，降水丰沛，水系蓄能丰富、水流湍急，地形切割强烈，水动力地质作用极为活跃。

1.3 地质构造与地震

区内断裂构造主要分布于西南的高原及高山峡谷地区，西南构造线呈北西、NNW 方向伸展，东西对应并于中部东经101°～104°的广大地域汇集、交接、穿插，构造复杂。NE 向的龙门山断裂带、NW 向的鲜水断裂带、SN 向的安宁河断裂带及则木河断裂带组成了区内构造体系的主体，构成了著名的“Y”字型构造体系，形成了我国西南特殊的大地构造环境。

其中最为著名的活动断裂带主要有：龙门山断裂、鲜水河断裂、安宁河断裂、金沙江断裂、红河断裂、小金河—丽江断裂、小江断裂、岷江断裂等，这些骨干断裂带控制了整个区域的地壳活动格局，构成区域上主要的控震构造带，地震活动突出，表现为震级大、频率高的特点。据不完全统计，从公元前26年—公元2008年间，仅四川共发生5 级以上地震约272 次。

1.4 地层岩性

西南山区地层分布繁杂，且普遍经受区域变质作用影响，褶皱强烈、构造复杂、连续性差、岩相变化大、岩性变化剧烈。

综上，西南山区地理地质环境特殊，板块运动活跃、深大断裂发育、河流水系深切、动力地质作用强烈、地质构造极为复杂，具有地震烈度高、频率大、水文气象复杂多变、地形及岩性差异变化大、地质灾害频发、地质环境脆弱等鲜明特点。

2 主要问题探讨

结合西南山区独特的地形地貌、地层岩性、地震地质、水文气象等背景条件，就区域内输电线路岩石锚杆基础，探讨其应用中的几个主要问题。

2.1 锚杆基础的坡度条件

在一些线路工程的应用中，岩石锚杆基础的坡度使用条件规定为：塔腿局部地形坡度不大于40°。

西南山区地形峻峭，坡度普遍较陡，而锚杆塔位选择的首要因素是坡度，假设塔位所在地形为单面坡，坡度为20°～40°，覆盖层为山区最常见的含黏性土碎块石，厚度为2 ～4 m，下为玄武岩，转角塔承台尺寸设为3.9 m×3.9 m，底部嵌入岩层0.5 m，则锚杆基坑开挖示意图如图1所示。

考虑坡度分别为40°、35°、30°、25°、20°，覆盖层厚度为4 m、3 m、2.5 m、2 m，组合后分别按天然、降雨、地震、地震+降雨4 种工况计算基坑上边坡稳定性及对应的每延米滑体(潜在)的体积[1]，计算结果见表1所列。

从计算结果可知：①40°坡度仅在覆盖层不超过2 m 情况下稳定；②30°、35°坡度时，覆盖层厚度为4 m、3 m 时不稳定，2.5 m 时处于临界状态，2 m 时稳定；③25°、20°坡度时，覆盖层厚度为4 m、3 m 时不稳定，2.5 m 时处于基本稳定，2 m 时稳定。

从组合情况来看：①如果40°坡度遇4 m覆盖层，基坑开挖后上边坡最大高度为10.6 m，降雨条件下大概率会失稳破坏，且滑体体积量级大，安全风险极高，此种情况应避免出现；②30°坡度及2.5 m 以下覆盖层时，基坑边坡处于基本稳定至稳定状态，且潜在滑体方量均小；③4 m、3 m 覆盖层时，20°以上坡度各工况下均易失稳，且对应滑体方量较大，安全风险高。

因此，选择岩石锚杆塔位时，应综合考虑地形、岩土体性质，覆盖层厚度，切忌盲目按照坡度原则的上限选择锚杆基础塔位，30°坡度及2.5 m 覆盖层作为上限条件较为合适，且在施工时也应根据实际情况，对上边坡采取有效的防护措施，尽量避免塔位场地的过大扰动和破坏失稳。

2.2 覆盖层厚度与基坑安全性

山区台地塔位场地平缓情况下，使用锚杆基础时，覆盖层的厚度要求是不超过2 ～4 m，厚度较大时，基坑开挖可能会出现一些新问题。

对于状态较好的黏性土，开挖后在一定深度范围内均具有一定的自稳能力，按土力学理论泰勒法并结合手册经验公式[2]，估算的基坑直立边坡极限高度如式(1)所示。

式中：H代表直立边坡极限高度，m；c代表黏聚力，kPa；γ代表重度，kN/m3。

计算时，应考虑开挖暴露情况下黏聚力的降低及坑边附近荷载影响，取不小于2 的安全系数，则对于硬塑黏土，当取c=40 kPa，γ=19.5 kN/m3时，考虑安全系数后，则估算得基坑允许的直立边坡高度为3.9 m；可塑黏土，当取c=30 kPa，γ=19 kN/m3时，考虑安全系数后，则估算得基坑允许的直立边坡高度为3.0 m。

结合现场实际施工情况及裸露坑壁暴露时间，故当覆盖层为坚硬的黏性土、密实的粉土、碎石类土时，可以将覆盖层厚度放宽至4 m。否则，对于硬塑及以下黏性土、中密及以下粉土、碎石类土，则建议选用锚杆基础时，覆盖层厚度不宜超过3 m，以便从源头上有效降低基坑安全风险。

2.3 锚杆基础与软岩

区域内最为常见的软岩主要有：泥岩、泥质类岩、页岩、泥灰岩、凝灰岩、大部分千枚岩、片岩、膨胀岩以及各种成因的软弱夹层、半成岩等，其力学强度低、遇水易软化、饱和单轴抗压强度一般为5 ～15 MPa、软化系数不大于0.75、变形模量低，其最大工程特点是软、弱、松、散，空隙、裂隙、节理、软弱夹层等较为发育，且产状多陡倾，雨雪水易渗入，受水的影响很大，与水作用后容易发生软化、崩解、泥化、膨胀、收缩等各种变形现象，使其力学性能不断弱化，流变效应明显，长期强度低，受力破坏前常出现明显的塑性变形等特性。

西南山区地质构造及水文气象极为复杂，年降雨量较大(800 ～1 500 mm)，坡表岩性破碎松软，水稳性差的软岩普遍分布，如川西某特高压工程中泥岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩，产状陡倾，在潜孔钻成孔过程中出现串孔、塌孔、沉渣等情况，成孔困难，加之后期雨雪水下渗影响，清孔效果不理想，容易出现灌浆量不足、振捣不密实、包裹体强度差等情况。从验收检测结果来看，这类岩石对锚杆蠕变很敏感，说明水对这类岩石影响至关重要，对这类岩石一方面要慎重选用，另一方面可参考抗浮锚杆的一些设计理念，充分考虑地理及气候环境特点、裂隙渗水特点、施工水平与工艺，在主要指标的选用上对这类岩石降档使用。

2.4 锚杆基础的施工

锚杆是一种古老的结构形式，是埋入地层中的一种受拉杆件，大大减轻了结构物的自重，具有显著的经济效益和社会效益，因而目前在各行各业中使用广泛，如基坑支护、边坡加固、滑坡治理、地下结构抗浮、桥梁、隧道、坝体、码头、船闸加固等，几乎遍布土木工程的各个领域，早已成为安全可靠的一门工程技术。

锚杆基础在输电线路工程的应用也有时日，但在西南山区线路工程中的大面积应用还处于初始阶段。其对施工机械、施工工艺、施工操作水平、施工习惯、复杂地层及锚孔渗水的应对处理等，相对传统的人工挖孔桩，技术要求更高，更需要经验丰富、专业化的施工队伍及责任心强的施工管理人员，且钻孔工艺、原材质量、养护措施、基底保护、清孔及振捣、浇注质量以及关键工序间的衔接至关重要。

从一些线路工程锚杆基础的实施来看，有些地方还有改进空间，如针对破碎地层，可考虑采用流动性更好的高标号砂浆替换细石砼，配以压力注浆或二次注浆，可能更有助于包裹体饱满密实，也有利于破碎地层的固结；成孔性差的地层加强钻进工艺改进，如调整档位、降低压力，低速平稳钻进以利成孔；遇渗水或少量裂隙水、塌孔、串孔等异常情况，及时采取针对性回灌固结后再成孔等办法；破碎地层中，适当加大钻孔间距、孔径、孔深、跟管钻、减少钻孔数量等措施。

2.5 工代服务

西南山区特高压线路工程因受制于水源及交通，钻探条件很差，尤其是在复杂地质及岩性变化剧烈地段，并在小型钻探条件下，其局限性更为明显，可能会因差异风化强烈导致岩石风化层厚度出现偏差，充分体现出岩土材料的空间变异性及岩土工程的不确定性等特点。

西南山区的锚杆基础工代服务要保持高度的关注和应有的敏感性，承台开挖后首先进行地层验槽，判断地层是否有差异、了解钻进成孔情况、发现异常及时会同设计、施工、监理、建管等一起商讨处理，本着工程安全和实事求是的原则，做到应调则调、该调则调，避免为保证指标而勉强使用情况，及时校核、调整或修改基础方案，第一时间解决工程问题及可能存在的潜在隐患，有力保障工程质量。

2.6 锚杆基础的安全度

相对传统的挖孔桩，锚杆基础采用了较为精细的设计方法，随着输电线路建设向西南山区的持续深入推进，面对其独特的地理地质环境，在西南广袤的崇山峻岭中应用锚杆基础时，不应仅满足于计算通过，更应结合其复杂、多变、脆弱的水文气象与地震地质环境，适当增加安全裕度，以保障线路基础的长期安全。

3 结论

1)西南山区具有地理地质环境特殊，地质背景复杂，动力地质作用强烈，地质灾害频发、地质环境脆弱等鲜明特点。

2)西南山区输电线路工程中，确定选用岩石锚杆基础的坡度条件时，应结合覆盖层厚度、物理力学性质、基岩破碎程度等综合确定，30°及2.5 m 覆盖层作为上限条件较为合适；台地相对平缓的塔位，当覆盖层为坚硬的黏性土，密实的粉土、碎石类土，选用锚杆基础时，可以将覆盖层厚度放宽至4 m；否则，对于硬塑及以下黏性土、中密及以下粉土、碎石类土，覆盖层厚度不宜超过3 m。

3)区域内广泛分布的软岩，受复杂的地质背景及水文气象影响，浅表层的岩体具有较为显著的流变特性，建议输电线路锚杆基础选用时，一方面要慎重，另一方面应结合区域特点，在主要指标的选用上对这类岩石适当降档使用。

4)应特别重视山区线路锚杆基础的施工环节，提高复杂地层及锚孔渗水、垮孔、及关键工序的应对处理能力；工代阶段，应本着工程安全和实事求是的原则，做到应调则调、该调则调，避免为保证指标而勉强使用的情况，杜绝质量隐患。

5)西南山区具有独特的地理地质环境特点，在其广袤的崇山峻岭中应用锚杆基础时，不应仅满足于计算通过，更应结合其复杂、脆弱的水文气象与地震地质环境，合理选用，适当增加安全裕度，以保障线路基础的长期安全。