某高压输电塔塔基边坡稳定性分析及加固治理

第54卷第7期2018年7月GANSUWATERRESOURCESANDHYDROPOWERTECHNOLOGY甘肃水利水电技术Vol.54袁No.7Jul.袁2018DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2018.07.009某高压输电塔塔基边坡稳定性分析及加固治理卓国锋袁罗江波（贵州省水利水电勘测设计研究院,贵州贵阳550002）摘要：贵州省某大型水利工程渠道位于陡坡地形上,施工开挖过程中形成了一处顺层软岩高边坡,严重威胁坡顶一座220kV高压输电塔的安全。该文采用定性和定量相结合的方法对其稳定性进行了分析评价，对其可能出现的失稳模式进行了预判，制定有针对性的支护方案,保障了线路运行安全。稳定性分析；高压输电塔关键词：顺层软岩；高边坡；中图分类号：P642.22文献标志码：A文章编号：（2018）2095-014407-0031-031工程概况贵州省在建某大型水利工程一处输水渠道在部布置（渠道傍山布置），地形坡度15°～40°左右，为斜坡、陡坡地形，高压电塔下部有一冲沟发育。厚0～覆盖层主要为残坡积黏土夹碎石、砂质黏土，覆盖层的厚度2.0～4.0m,除了1.5m。在冲沟附近，残坡积物，也有崩塌成因的岩土体。下伏基岩为J2z灰色石英砂岩与紫红色粉砂质泥岩不等厚互层。岩体强风化厚度为8.0～10.0m。其中石英砂岩主要分布在坡顶，铁塔上部的两个基础后方为中厚层的石英砂岩，在其下部主要为互层和薄层结构的紫红色（图1）岩层粉砂质泥岩。现场未发现大的断裂构造，单斜产出，产状为155°～166°∠60°～66°。据发育2组节理裂隙。地表节理裂隙统计，图例施工便道格构梁预应力锚索间距2.5m,设计抗拔力500kN长18m,锚固段8.0m，孔径准150渠道轴线施工便道Qel+dl第四系残坡积侏罗系中统自流井组黏土夹碎石泥岩箱涵渠道石英砂岩2350冠梁浆砌石挡土墙防护覆盖层界限强风化界限中风化界限68毅∠35毅岩层产状施工开挖过程中，形成了一处顺层软岩高边坡，边坡顶为一坡高10～25m，开挖坡度约50°～70°，座220kV高压输电塔。由于地质构造复杂，塔基边坡岩土体主要以石英砂岩与泥岩互层为主，属极软一旦失稳，破坏后果严重，因此，岩，边坡岩体破碎，制定安全可需对该边坡稳定性进行专门分析研究，靠的支护方案。2工程地质条件边坡所在场地为构造和剥蚀成因的低中山地貌，山顶高程为1087.0m，渠道沿山顶下部、山腰上116025.8°墩或桩基础高压电塔1140112011001080J2z抗滑桩，L=16.0m@3.0m1060桩端入中风化3.0m圆桩准1200155～166°∠60～66J2zQel+dl10401020020406080100120平距/m140160180200220240图12018-07-21收稿日期：边坡综合代表剖面1-1卓国锋（1987-）男，陕西咸阳人，硕士研究生，工程师，主要从事水利水电岩土工程勘察设计，E-mail：416742660@qq.com。作者简介：窑31窑圆园18年第7期甘肃水利水电技术第54卷根据地质调绘及钻探，场地地层自上而下分述如下：（1）粉质黏土夹碎石：红色，湿，稍密。韧性和干强度高，由泥岩风化而成，厚0～1.5m。在冲沟附近，覆盖层的厚度2.0～4.0m，场地内分布较广。（2）强风化粉砂质泥岩：紫红色，泥质结构，结构大部分破坏，一般呈薄层状，少数呈互层状，节理裂隙发育。岩体遇水后较软，手捏易碎，岩体强风化厚度为8.0～10.0m。岩体为软岩，完整性程度为破碎，基本质量等级为Ⅴ级；按《建筑边坡工程技术规范》表4.1.4注6，强风化边坡岩体类型属于Ⅳ类。（3）中（弱）风化粉砂质泥岩：紫红色，泥质结构一般呈薄层状，少数呈互层状，岩体完整程度为较破碎。岩体为软岩，完整性程度为较破碎，基本质量等级为Ⅴ级，按《建筑边坡工程技术规范》表4.1.4及条款4.1.5，由于无外倾结构面，较破碎的软岩边坡岩体类型可划分为Ⅲ类。3稳定性分析评价目前，原铁塔及边坡已经运行超过10a，边坡开挖后，由于边坡倾角大于边坡坡度，边坡开挖后未出现临空，发育的两组结构面亦未临空，现场未见边坡有较大的位移，但由于是软岩边坡，可能发生蠕变，故从定性角度判断边坡为基本稳定。根据电力部门提供的电塔资料，塔腿压力值为最不利荷载的标准组合，边坡稳定性计算采用基本组合，但分项系数取值为1.0,且边坡在压力下更容易失稳，即仅考虑下压力和水平推力的组合，计算时取高低腿的最大下压力为1641.33kN,水平方向的推力为274.21kN。由于铁塔有4个塔脚，铁塔B号和D号塔脚的间距为14.5m，工程地质1-1剖面上布置间距为14.5/2=7.25m，则A号和C号塔脚按单位米宽作用在1-1剖面的竖向荷载为1641.33/7.25=226.4kN，由于桩长度均在8.0m左右，桩端阻力容易发挥，假定其荷载的作用位置在桩底部。对于水平力，按JGJ94-2008《建筑桩基计算规范》5.7.5条水平力作用下的桩计算宽度为0.91.6+1）=2.34m，则A号和C号塔脚按单位米宽作用在1-1剖面的竖向荷载为274.21/2.34=117.2kN，由于桩刚度较大，水平力作用位置假定为桩中部。边坡稳定性计算采用的岩土体物理力学性质参数见表1所列。32窑表1边坡岩土体物理力学性质参数名称天然/饱和酌（/kN/m3）准（/°）c/kPa黏土夹碎石19.0/19.520.014.0强风化泥岩22.5/23.060.025.0强风化层面-16.018.0弱风化岩体24.5/25.028.0120弱风化层面-19.040.0节理裂隙面-14.0～16.650～60由图2～6可知，1-1剖面开挖后容易沿层面在强风化底线位置发生变形破坏（弯折），有限元折减的稳定性系数为1.27，位置位于A号塔腿后部的层面与强风化的底线组成的折线滑动。故可判断边坡可能的破坏模型，主要有覆盖层的圆弧滑动（开挖面以上的稳定性系数为1.306，开挖面下部的覆盖层稳定性系数为1.10）及在基岩中沿层面与强风化底线产生的折线滑动（稳定性系数为1.284）为主，另外当1.356226.40kN/m117.20kN/m226.40kN/m117.20kN/m图21-1剖面开挖前稳定性计算1.376226.40kN/m117.20kN/m226.40kN/m117.20kN/m图31-1剖面开挖后稳定性计算（窑第7期卓国锋袁等院某高压输电塔塔基边坡稳定性分析及加固治理第54卷1.306图41-1剖面开挖面以上覆盖层滑动1.101图51-1剖面开挖面以下覆盖层滑动141CriticalSRF：1.2716.7141.516.716.716.7141141.520202020图61-1剖面开挖后有限元分析施工沿层面切脚时，可能产生沿层面的直线滑动和楔形体滑动，故应禁止切脚开挖。4加固处理方案根据该边坡地质情况及周边构筑物分布条件，采用抗滑桩+预应力锚索+挡土墙+截排水方案进行支护，抗滑桩布置于渠道底部，亦可作为渠道基桩，桩径1.2，桩距3.0m，桩长16m，桩端嵌入弱风化基岩不少于3.0m，桩顶采用1.2m×1.0m冠梁连接，锚索设计抗拔力500kN，锚固段为弱风化岩。支护结构布置如图1所示，支护结构稳定验算如图7、图8所示。1.39911001080226.40kN/m117.20kN/m226.40kN/m117.20kN/m10601040中风化强风化粉质黏土夹碎石020406080100120140平距/m图71-1剖面支护结构整体稳定验算11001.3991080226.40kN/m117.20kN/m226.40kN/m117.20kN/m10601040中风化强风化粉质黏土夹碎石020406080100120140平距/m图81-1剖面开挖面以下支护结构验算5结论（1）场区内地下水类型为第四系残坡积层孔隙水和基岩裂隙水，集雨面积小,富水性差。在边坡设计时，可不考虑地下水对边坡的影响，但需考虑大气降水渗入边坡岩体对边坡的影响。（2）边坡开挖可能的破坏模型，主要有覆盖层内的圆弧滑动及在基岩中沿层面与强风化底线的折线滑动为主，另外当施工沿层面切脚时，可能产生沿层面的直线滑动和楔形体滑动，故应禁止切脚开挖。边坡目前基本稳定，建议采用控制变形的支挡结构。（3）根据边坡稳定性分析结论，主体采用抗滑桩+锚索的支护方案。施工后的边坡变形观测验证表明，支护结构对控制边坡破坏起到了明显的效果，方案选择合理。参考文献院水利水电工程边坡设计规范：SL386-2007[S].建筑边坡工程技术规范：GB50330-2013[S].窑33窑［1］［2］