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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(chǔ)型式對比研究輸電線路桿塔地下部分的總體統(tǒng)稱為基礎(chǔ)。它的作用是用來支撐輸電線路的桿塔。基礎(chǔ)型式按開挖方式可分為原狀土基礎(chǔ)和大開挖基礎(chǔ)。原狀土基礎(chǔ)包括插入式基礎(chǔ)、掏挖式基礎(chǔ)、巖石嵌入式基礎(chǔ)；大開挖基礎(chǔ)包括臺階式基礎(chǔ)、板式基礎(chǔ)、灌注樁類基礎(chǔ)。研究選取臺階式基礎(chǔ)、板式基礎(chǔ)、插入式基礎(chǔ)、掏挖式基礎(chǔ)、巖石嵌入式基礎(chǔ)、錨桿式基礎(chǔ)和灌柱樁基礎(chǔ)，從開挖基面、土石方量及施工臨時占地等方面進(jìn)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(chǔ)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(chǎn)生的主要原因是基礎(chǔ)邊坡保護(hù)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(jìn)程中用于堆放臨時堆土、建筑材料及施工人員活動的區(qū)域，為臨時性占地。通過對山西省不同立地條件下不同基礎(chǔ)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(shù)量（見表1）。從表中可以看出掏挖式基礎(chǔ)、巖石嵌固式基礎(chǔ)、斜插基礎(chǔ)及錨桿基礎(chǔ)開挖面積是傳統(tǒng)大開挖基礎(chǔ)的1／5～1／6。與傳統(tǒng)大開挖基礎(chǔ)型式相比，原狀土基礎(chǔ)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(chǔ)型式土石方及棄渣量分析由于不同基礎(chǔ)型式對保護(hù)范圍、施工操作范圍及基礎(chǔ)體積要求不同，造成塔基降基及基礎(chǔ)開挖土石方數(shù)量不同。研究以山西省多個500kV輸電線工程不同基礎(chǔ)型式為樣本，研究土石方開挖數(shù)量、混凝土量及塔基范圍內(nèi)堆土數(shù)量及高度，并進(jìn)行比較，得出不同基礎(chǔ)的土石方量情況，見表2。從表2可以看出，四種基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生的臨時堆土量比較關(guān)系為：巖石錨桿＜巖石嵌固＜基礎(chǔ)掏挖式＜大開挖臺階。大板式和臺階式等大開挖基礎(chǔ)由于是非原狀土，為保證基礎(chǔ)穩(wěn)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(chǔ)的2～4倍，在基礎(chǔ)深度相同的情況下土石方開挖量約為掏挖式基礎(chǔ)的5倍，為巖石嵌固基礎(chǔ)的10倍，為巖石錨桿基礎(chǔ)的50倍。因此，大開挖基礎(chǔ)施工時將產(chǎn)生大量的土石方量，從水土保持角度分析，在滿足設(shè)計要求的情況下不建議選擇大開挖基礎(chǔ)。基礎(chǔ)施工結(jié)束后，開挖土方大部分用于回填，由于基礎(chǔ)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(jù)施工資料統(tǒng)計分析得出，大板式或臺階式等大開挖基礎(chǔ)體積為80～100m3，掏挖式基礎(chǔ)體積為5～10m3，巖石嵌固基礎(chǔ)體積為2～3m3，巖石錨桿基礎(chǔ)體積為1～2m3。由此得出板式或臺階式等大開挖基礎(chǔ)產(chǎn)生的棄渣高出巖石嵌固等原狀土基礎(chǔ)50～80倍。不同基礎(chǔ)產(chǎn)生的棄渣量滿足以下關(guān)系：巖石錨桿基＜礎(chǔ)巖石嵌固＜基礎(chǔ)掏挖式＜大開挖臺階。根據(jù)此結(jié)果，結(jié)合塔位土壤及基巖的力學(xué)性質(zhì)，得出山西省輸電線路塔基型式確定的原則：若塔位處中風(fēng)化或強風(fēng)化硬質(zhì)巖石時，優(yōu)先選擇巖石錨桿基礎(chǔ)；若薄層土壤下為強風(fēng)化巖石時，優(yōu)先選擇巖石嵌固基礎(chǔ)；若地表為土質(zhì)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(chǔ)，優(yōu)先采用掏挖基礎(chǔ)；若地表為粘結(jié)力較弱土層，不易掏挖成型時，建議采用大開挖基礎(chǔ)形式。因此，綜合考慮水土保持要求和設(shè)計要求得出塔基型式優(yōu)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(chǔ)開挖面積小，施工面積小，相應(yīng)的施工技術(shù)也比較成熟，能夠在滿足水土保持要求的同時節(jié)約建設(shè)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(shè)計中，山區(qū)塔基基礎(chǔ)設(shè)計中普遍采用等長腿配合等高基礎(chǔ)，這種方式需在坡地上修建一處平臺，再進(jìn)行基礎(chǔ)修建，會產(chǎn)生較大的降基面及挖方量，破壞了植被和原土體的穩(wěn)定性。在近期的設(shè)計中出現(xiàn)了等長腿配高低基礎(chǔ)、長短腿配等高基礎(chǔ)及長短腿配高低基礎(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)（圖1a）擾動地表面積和土石方量過大的問題，在塔基設(shè)計中逐步采用等長腿配合高低基礎(chǔ)（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(chǔ)方案（圖1c），與圖1b種方案相比相差無幾，容易導(dǎo)致塔位低于原地表，破壞了原有土體的穩(wěn)定性，平臺上坡面容易產(chǎn)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(jìn)行統(tǒng)計分析和計算，得出四種不同組合方式在山西省山區(qū)運用過程中擾動地表面積情況，并進(jìn)行對比分析，研究結(jié)果表明長短腿配高低基礎(chǔ)僅是等長腿配等高基礎(chǔ)擾動地表面積的一半，可以很好地解決輸變電項目建設(shè)與水土保持要求的關(guān)系。

1．2．2不同塔基組合模式土石方量分析在山地丘陵區(qū)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(wěn)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(chǎn)生嚴(yán)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(chǎn)生塌方［5］。基面的大量挖方，不僅產(chǎn)生嚴(yán)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(shè)計方法使原始地貌的破壞程度降到最小，保證了點位地質(zhì)狀況的穩(wěn)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(shè)計所產(chǎn)生的土石方量進(jìn)行分析統(tǒng)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(chǔ)組合模式下產(chǎn)生棄渣最少，分別為等長腿配等高基礎(chǔ)、等長腿配高低基礎(chǔ)和長短腿配等高基礎(chǔ)的6．0％，9．6％，11．9％。長短腿高低基礎(chǔ)因其開挖量少對應(yīng)的土方工程投資也較其余幾種類型低。

2不落地放線技術(shù)研究

傳統(tǒng)的人工放線地表擾動，對植被破壞嚴(yán)重。在架設(shè)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(nèi)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(qū)時，當(dāng)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(jìn)的不落地放線技術(shù)如直升機、遙控飛艇、動力傘等，然后通過導(dǎo)引繩逐級牽引、高空繞牽連接、導(dǎo)引繩和牽引繩逐級牽引，最終完成地線和導(dǎo)線的展放。直升機、遙控飛艇、動力傘及繞牽法技術(shù)的應(yīng)用，真正實現(xiàn)了初導(dǎo)繩、導(dǎo)引繩、牽引繩、導(dǎo)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(tài)環(huán)境的破壞。通過對山西省8個500kV輸變電工程中應(yīng)用的不落地放線與常規(guī)放線擾動面積的計算和對比，得出的結(jié)論列入表4中。從表中可看出不落地放線技術(shù)的運用比常規(guī)放線技術(shù)減少擾動面積50％～70％。不落地放線技術(shù)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(fù)雜的施工環(huán)境和地形因素的困繞，實現(xiàn)了導(dǎo)引繩分散運輸量的減少、導(dǎo)引繩人力展放工作量的減少、放線通道內(nèi)生態(tài)環(huán)境地表附著物損壞的減少和次要跨越架搭設(shè)工作量的減少。從經(jīng)濟(jì)效益方面分析可知，不落地放線技術(shù)由于擾動地表面積少，減少了青苗補償、土地補償?shù)馁M用，減少了人力、畜力、機械運輸?shù)馁M用。

3低擾動運輸方式研究

在高大山丘區(qū)施工時，由于交通不便，車輛無法把施工基礎(chǔ)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(shè)備。2002年以前，高大山丘區(qū)施工的絕大多數(shù)輸變電工程是通過人背肩扛完成的，后來發(fā)展成專業(yè)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(shè)施。隨著各行業(yè)環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強，在山區(qū)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(shè)施的破壞，進(jìn)一步提高了施工效率，縮短了對生態(tài)環(huán)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(guān)指標(biāo)的對比研究得出，利用索道運輸方式產(chǎn)生的施工臨時道路占地較傳統(tǒng)方式減少73％～92％（表5）。

4低擾動水土保持措施布設(shè)研究

輸變電項目施工區(qū)域所占范圍在整個工程中所占比例較大。輸變電工程建設(shè)過程中，由于安裝設(shè)備、汽車運輸、土地平整等需要，對臨時占地進(jìn)行地表擾動，施工結(jié)束后又要進(jìn)行土地整治，兩次動土對地表的破壞較為嚴(yán)重，同時為了防止動土過程中的水土流失，需要對其進(jìn)行防護(hù)，布設(shè)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(diào)查和監(jiān)測，采取土工布覆蓋和植被恢復(fù)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(jié)約水土保持投資，取得了良好的效果。研究結(jié)果表明，采用土工布覆蓋技術(shù)可減少施工期間項目區(qū)水土流失總量的21．59％；采取植被恢復(fù)措施可減少項目區(qū)水土流失總量的15．65％；采取低擾動運輸方式可減少項目區(qū)水土流失總量的29．56％，采用低擾動塔基可減少項目區(qū)水土流失總量的9．71％。采用土工布覆蓋技術(shù)可節(jié)約水土保持投資8％；采取植被恢復(fù)措施節(jié)約水土保持投資6．54％；采用低擾動運輸方式可節(jié)約水土保持投資10．27％；采用低擾動塔基可節(jié)約水土保持投資4．8％。根據(jù)山西省輸變電項目目前每年的建設(shè)規(guī)模和進(jìn)度，可節(jié)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(shù)效果分析

通過對山西省輸變電工程低擾動塔基設(shè)計、不落地放線技術(shù)、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(jīng)過計算得出低擾動水土保持技術(shù)與傳統(tǒng)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(shù)量與地形相關(guān)，山地及丘陵所占比例越大，效果越明顯，見表7。

6結(jié)論

（1）掏挖式基礎(chǔ)、巖石嵌固式基礎(chǔ)、斜插基礎(chǔ)及錨桿基礎(chǔ)開挖面積較傳統(tǒng)大開挖基礎(chǔ)占地面積有效減少。不同基礎(chǔ)型式施工所產(chǎn)生的臨時堆土量和棄渣量表現(xiàn)為巖石錨桿式最少，巖石嵌固式和基礎(chǔ)掏挖式次之，大開挖臺階式最多，因此在滿足設(shè)計要求的情況下建議選擇錨桿類基礎(chǔ)型式。（2）采用長短腿配高低基礎(chǔ)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(chǔ)、等長腿配高低基礎(chǔ)、長短腿配等高基礎(chǔ)等組合型式，采取長短退配高低基礎(chǔ)可以有效降低施工中的水土流失。（3）不落地放線技術(shù)和索道運輸方式的應(yīng)用可有效減少施工中擾動地表面積，具有明顯的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。（4）采取土工布覆蓋和植被恢復(fù)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(jié)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(fā)管理中心山合林（北京）水土保持技術(shù)有限公司山西省電力公司