輸變電工程水土保持技術研究范文

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《水土保持研究雜志》2014年第三期

1低擾動塔基型式研究

1．1基礎型式對比研究輸電線路桿塔地下部分的總體統稱為基礎。它的作用是用來支撐輸電線路的桿塔。基礎型式按開挖方式可分為原狀土基礎和大開挖基礎。原狀土基礎包括插入式基礎、掏挖式基礎、巖石嵌入式基礎；大開挖基礎包括臺階式基礎、板式基礎、灌注樁類基礎。研究選取臺階式基礎、板式基礎、插入式基礎、掏挖式基礎、巖石嵌入式基礎、錨桿式基礎和灌柱樁基礎，從開挖基面、土石方量及施工臨時占地等方面進行分析比較。

1．1．1基坑開挖范圍（降基面）及施工臨時占地分析基坑開挖范圍（坡地稱降基面）又稱施工基面。平地上施工時，施工基面為四個基坑的開挖面積，在斜坡上施工時，四個基礎腿要在一個平面上，需要把斜坡鏟成一個平面，這個平面的占地面積就為降基面。降基面產生的主要原因是基礎邊坡保護范圍不夠，如果不降基則需修砌擋土墻，增加成本。基坑開挖范圍占地為永久性占地。塔基施工臨時用地是指在塔基開挖進程中用于堆放臨時堆土、建筑材料及施工人員活動的區域，為臨時性占地。通過對山西省不同立地條件下不同基礎類型的塔基定位觀測，得出山西省220kV及以上輸變電工程塔基降基面范圍及施工臨時占地數量（見表1）。從表中可以看出掏挖式基礎、巖石嵌固式基礎、斜插基礎及錨桿基礎開挖面積是傳統大開挖基礎的1／5～1／6。與傳統大開挖基礎型式相比，原狀土基礎臨時占地面積略大，其原因主要是由于所用材料及施工方法所致。

1．1．2不同基礎型式土石方及棄渣量分析由于不同基礎型式對保護范圍、施工操作范圍及基礎體積要求不同，造成塔基降基及基礎開挖土石方數量不同。研究以山西省多個500kV輸電線工程不同基礎型式為樣本，研究土石方開挖數量、混凝土量及塔基范圍內堆土數量及高度，并進行比較，得出不同基礎的土石方量情況，見表2。從表2可以看出，四種基礎開挖產生的臨時堆土量比較關系為：巖石錨桿＜巖石嵌固＜基礎掏挖式＜大開挖臺階。大板式和臺階式等大開挖基礎由于是非原狀土，為保證基礎穩定性往往需要較大的底板面積，底板尺寸一般為原狀土基礎的2～4倍，在基礎深度相同的情況下土石方開挖量約為掏挖式基礎的5倍，為巖石嵌固基礎的10倍，為巖石錨桿基礎的50倍。因此，大開挖基礎施工時將產生大量的土石方量，從水土保持角度分析，在滿足設計要求的情況下不建議選擇大開挖基礎。基礎施工結束后，開挖土方大部分用于回填，由于基礎本身占用一定空間，開挖土石方不能完全回填，剩余部分為棄渣。根據施工資料統計分析得出，大板式或臺階式等大開挖基礎體積為80～100m3，掏挖式基礎體積為5～10m3，巖石嵌固基礎體積為2～3m3，巖石錨桿基礎體積為1～2m3。由此得出板式或臺階式等大開挖基礎產生的棄渣高出巖石嵌固等原狀土基礎50～80倍。不同基礎產生的棄渣量滿足以下關系：巖石錨桿基＜礎巖石嵌固＜基礎掏挖式＜大開挖臺階。根據此結果，結合塔位土壤及基巖的力學性質，得出山西省輸電線路塔基型式確定的原則：若塔位處中風化或強風化硬質巖石時，優先選擇巖石錨桿基礎；若薄層土壤下為強風化巖石時，優先選擇巖石嵌固基礎；若地表為土質好的非巖石地基或者上覆蓋土層很厚的巖石地基，且地基土特性滿足掏挖基礎，優先采用掏挖基礎；若地表為粘結力較弱土層，不易掏挖成型時，建議采用大開挖基礎形式。因此，綜合考慮水土保持要求和設計要求得出塔基型式優先選擇的順序為錨桿類、巖石嵌固類及掏挖類。而且，錨桿類基礎開挖面積小，施工面積小，相應的施工技術也比較成熟，能夠在滿足水土保持要求的同時節約建設成本。

1．2不同塔基組合模式對比研究在較早的輸電線路工程設計中，山區塔基基礎設計中普遍采用等長腿配合等高基礎，這種方式需在坡地上修建一處平臺，再進行基礎修建，會產生較大的降基面及挖方量，破壞了植被和原土體的穩定性。在近期的設計中出現了等長腿配高低基礎、長短腿配等高基礎及長短腿配高低基礎等多種塔基組合方式。通過對山西省多個輸變電工程不同塔基基礎組合模式的研究，分析不同塔基組合模式的水土保持效果。不同塔基基礎組合模式見圖1．

1．2．1不同塔基組合模式降基范圍分析為了解決等長腿配等高基礎（圖1a）擾動地表面積和土石方量過大的問題，在塔基設計中逐步采用等長腿配合高低基礎（圖1b），基本解決了在山脊山頭施工要將山體削平的問題；采用長短腿配等高基礎方案（圖1c），與圖1b種方案相比相差無幾，容易導致塔位低于原地表，破壞了原有土體的穩定性，平臺上坡面容易產生水土流失與塌方，不但造成大量開挖，同時也會給塔基安全帶來問題［4］。通過對山西省多條500kV輸變電工程塔基組合模式擾動面積進行統計分析和計算，得出四種不同組合方式在山西省山區運用過程中擾動地表面積情況，并進行對比分析，研究結果表明長短腿配高低基礎僅是等長腿配等高基礎擾動地表面積的一半，可以很好地解決輸變電項目建設與水土保持要求的關系。

1．2．2不同塔基組合模式土石方量分析在山地丘陵區塔基施工中，基面土石方的大量開挖，不但破壞了塔位原有土體的穩定性，而且使基面及周圍天然植被受到破壞和占壓。開挖造成大量的棄土堆積在邊坡上，土體松散，降雨時產生嚴重的水土流失。另外，堆土增加了邊坡附加壓力，在水力和重力雙重侵蝕下，會產生塌方［5］。基面的大量挖方，不僅產生嚴重的水土流失，而且也給塔基帶來了安全隱患。四種塔腿分別降基能有效解決這一問題，這種小基面的設計方法使原始地貌的破壞程度降到最小，保證了點位地質狀況的穩定，同時土方開挖量也大大減少。研究通過對山西省多個500kV輸變電工程四種不同塔基組合設計所產生的土石方量進行分析統計，得出不同組合模式的土石方量情況，見表3．從表中可明顯看出長短腿配高低基礎組合模式下產生棄渣最少，分別為等長腿配等高基礎、等長腿配高低基礎和長短腿配等高基礎的6．0％，9．6％，11．9％。長短腿高低基礎因其開挖量少對應的土方工程投資也較其余幾種類型低。

2不落地放線技術研究

傳統的人工放線地表擾動，對植被破壞嚴重。在架設牽引線時，采用人工肩扛牽引線，牽引線貼地牽引，線路沿線走廊內的地表及植被受到架線人員和牽引線的雙重擾動。尤其在線路跨越林區時，當牽引場的鋼繩卷車牽卷牽引線時，牽引線由貼地至騰空拉緊，林木易遭割傷。目前，大部分輸變電工程架線采用先進的不落地放線技術如直升機、遙控飛艇、動力傘等，然后通過導引繩逐級牽引、高空繞牽連接、導引繩和牽引繩逐級牽引，最終完成地線和導線的展放。直升機、遙控飛艇、動力傘及繞牽法技術的應用，真正實現了初導繩、導引繩、牽引繩、導地線的完全不落地展放，最大程度地減少架線對線路走廊地表的擾動，有效減少水土流失及對生態環境的破壞。通過對山西省8個500kV輸變電工程中應用的不落地放線與常規放線擾動面積的計算和對比，得出的結論列入表4中。從表中可看出不落地放線技術的運用比常規放線技術減少擾動面積50％～70％。不落地放線技術的實施，大大減少了輸電線路施工中青苗、果樹、暖棚、植被等地面附著物的損壞，緩解了線路施工中錯綜復雜的施工環境和地形因素的困繞，實現了導引繩分散運輸量的減少、導引繩人力展放工作量的減少、放線通道內生態環境地表附著物損壞的減少和次要跨越架搭設工作量的減少。從經濟效益方面分析可知，不落地放線技術由于擾動地表面積少，減少了青苗補償、土地補償的費用，減少了人力、畜力、機械運輸的費用。

3低擾動運輸方式研究

在高大山丘區施工時，由于交通不便，車輛無法把施工基礎材料運送到施工場地，一般做法是利用人行便道或砍去荊棘形成通道，方便施工人員和畜力運送材料與設備。2002年以前，高大山丘區施工的絕大多數輸變電工程是通過人背肩扛完成的，后來發展成專業的騾馬運輸隊伍，提高了施工效率，降低了施工成本。在運輸過程中施工人員和畜力頻繁來回走動，難免擾動地表，破壞地表植被，損壞水土保持設施。隨著各行業環境保護意識的不斷增強，在山區運輸材料與物資時，部分工程采用低擾動運輸方法如索道運輸，避免了施工人員和畜力因運輸材料而頻繁上下山體，減輕對地表的擾動，減少對水土保持設施的破壞，進一步提高了施工效率，縮短了對生態環境的擾動時間。通過對山西省多個輸變電工程運輸方式相關指標的對比研究得出，利用索道運輸方式產生的施工臨時道路占地較傳統方式減少73％～92％（表5）。

4低擾動水土保持措施布設研究

輸變電項目施工區域所占范圍在整個工程中所占比例較大。輸變電工程建設過程中，由于安裝設備、汽車運輸、土地平整等需要，對臨時占地進行地表擾動，施工結束后又要進行土地整治，兩次動土對地表的破壞較為嚴重，同時為了防止動土過程中的水土流失，需要對其進行防護，布設防治措施，這樣的施工方式不但造成水土流失，也增加了水土保持投資。通過實地調查和監測，采取土工布覆蓋和植被恢復措施代替表土剝離和人工種植喬灌木后可有效降低水土流失量，節約水土保持投資，取得了良好的效果。研究結果表明，采用土工布覆蓋技術可減少施工期間項目區水土流失總量的21．59％；采取植被恢復措施可減少項目區水土流失總量的15．65％；采取低擾動運輸方式可減少項目區水土流失總量的29．56％，采用低擾動塔基可減少項目區水土流失總量的9．71％。采用土工布覆蓋技術可節約水土保持投資8％；采取植被恢復措施節約水土保持投資6．54％；采用低擾動運輸方式可節約水土保持投資10．27％；采用低擾動塔基可節約水土保持投資4．8％。根據山西省輸變電項目目前每年的建設規模和進度，可節約水土保持投資約4500萬元。具體計算見表6。

5低擾動水土保持技術效果分析

通過對山西省輸變電工程低擾動塔基設計、不落地放線技術、低擾動運輸方式及低擾動水土保持防治措施的觀測與分析，經過計算得出低擾動水土保持技術與傳統施工工藝相比可以減少占地面積4．55％～34．42％，土石方量減少7．81％～25．86％，土建投資減少0．59％～22．49％，總投資減少1．83％～17．50％。減少的數量與地形相關，山地及丘陵所占比例越大，效果越明顯，見表7。

6結論

（1）掏挖式基礎、巖石嵌固式基礎、斜插基礎及錨桿基礎開挖面積較傳統大開挖基礎占地面積有效減少。不同基礎型式施工所產生的臨時堆土量和棄渣量表現為巖石錨桿式最少，巖石嵌固式和基礎掏挖式次之，大開挖臺階式最多，因此在滿足設計要求的情況下建議選擇錨桿類基礎型式。（2）采用長短腿配高低基礎的組合型式施工中的擾動面積及棄渣量明顯低于等長腿配等高基礎、等長腿配高低基礎、長短腿配等高基礎等組合型式，采取長短退配高低基礎可以有效降低施工中的水土流失。（3）不落地放線技術和索道運輸方式的應用可有效減少施工中擾動地表面積，具有明顯的生態效益和經濟效益。（4）采取土工布覆蓋和植被恢復措施代替表土剝離和人工種植喬灌木后可有效降低水土流失量，節約水土保持投資。

作者：孫中峰楊文姬宋康單位：水利部水土保持植物開發管理中心山合林（北京）水土保持技術有限公司山西省電力公司