井字梁基礎(chǔ)在輸電線路采空區(qū)運(yùn)用的探討

牛建榮

0 引言

隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，線路走廊日趨緊張，輸電線路途經(jīng)煤礦采空區(qū)的問題日漸突出。如果設(shè)計方案對采空區(qū)的沉陷和變形估計不足或處理不當(dāng)，可能對輸電線路的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的后果，帶來巨大損失。過去由于機(jī)械化程度不高、采空地段較少，線路可以通過避讓或采用傳統(tǒng)的方式做處理，對輸電線路的投資影響有限。現(xiàn)在新建線路不得不通過采空區(qū)的情況已成常態(tài)，有些工程甚至全線處于采空區(qū)。因此我們只有面對現(xiàn)實，積極穩(wěn)妥的尋求出路。對上述問題能否處理好，事關(guān)行業(yè)的生死前途。

輸電線路工程對采空區(qū)的塌陷和變形尚無較系統(tǒng)的研究，采空區(qū)塌陷和變形處理是工程設(shè)計方案中關(guān)鍵問題，處理不當(dāng)將會對輸電線路工程全壽命運(yùn)行造成極大的危害。由于煤礦采空區(qū)的沉陷問題涉及因素多而復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行綜合考察和分析后確定方案。而地表變形的大小和形式與煤層的賦存條件、頂板管理方法和開采深度、采區(qū)大小、開采布局、開采順序、方向、時間，以及上履巖層的性質(zhì)有關(guān)。多煤層開采時地表將受到重復(fù)采動的影響。采動影響的延續(xù)時間或長或短，開采結(jié)束后，地表變形將逐漸趨于穩(wěn)定。因此，開展輸電線路工程途經(jīng)煤礦采動影響區(qū)地基基礎(chǔ)設(shè)計和應(yīng)用研究十分必要。目前國內(nèi)外對輸電線路通過采空區(qū)的處理也缺乏較系統(tǒng)的理論研究，已有研究主要集中在高壓線路下采煤控制技術(shù)方面。山西的輸電線路通過采空區(qū)的500 kV，220 kV線路上千公里，我院對輸電線路通過煤礦采空區(qū)的特點，總結(jié)出了許多行之有效的技術(shù)措施，積累了豐富的經(jīng)驗，在運(yùn)行和修復(fù)等方面有獨到的處理方法。

1 井字梁基礎(chǔ)的提出

根據(jù)GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范5.5條規(guī)定，把采空區(qū)分為老采空區(qū)、現(xiàn)采空區(qū)和未來采空區(qū)三類。由地下采煤引起的地表移動有下沉和水平移動，各種移動量不相等，由此產(chǎn)生三種變形：傾斜、曲率和水平變形。

應(yīng)對采空區(qū)傳統(tǒng)的方式是采用大板基礎(chǔ)即在4個獨立基礎(chǔ)底面設(shè)置一鋼筋混凝土大板(見圖1)，此大板上、下層均配置鋼筋，以抵抗由于不均勻沉降所產(chǎn)生的彎矩，為方便基礎(chǔ)頂推時減小摩阻力，在大板與基礎(chǔ)之間增設(shè)砂卵石墊層。這種基礎(chǔ)形式可以保證當(dāng)?shù)鼗l(fā)生一定程度不均勻沉降時，不會由于4個基礎(chǔ)的不均勻沉降造成桿塔破壞。

大板基礎(chǔ)在過去的工程中運(yùn)行情況良好，亦能起到抵御地基變形的要求。但是本基礎(chǔ)由于土石方開挖量大，不僅費用高，而且后遺癥多，施工時若對棄土處理不好，會形成棄土滑坡，影響塔基安全穩(wěn)定。塔基土石方的大量開挖，不僅改變了塔位處的自然地形、地貌，破壞了原有的植被，極易形成水土流失，對塔位環(huán)境造成損害而影響塔基穩(wěn)定。

近年來隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，全社會對環(huán)保、低碳的要求，人們對環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，環(huán)境保護(hù)問題顯得日益突出起來，環(huán)境保護(hù)在經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展中占據(jù)越來越重要的位置。節(jié)約建設(shè)和運(yùn)行總體成本、推進(jìn)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”電網(wǎng)的建設(shè)已深入民心，人們迫切地呼喚有能取代耗材量大，土石方量大，對自然環(huán)境破壞嚴(yán)重的新型基礎(chǔ)的出現(xiàn)。

2 井字梁基礎(chǔ)的可行性

受應(yīng)對軟弱地基筏片基礎(chǔ)的啟發(fā)，結(jié)合工程實踐，井字梁基礎(chǔ)在應(yīng)對采空區(qū)的塌陷具有積極的作用(見圖2，圖3)。其具體方式為：以通過基底中心的十字交叉梁相連形成形似“井”字狀，再考慮節(jié)點剛度、基底需有墊板的要求，在節(jié)點處設(shè)一板帶梁。其機(jī)理是梁型截面有足夠高跨比，是良好的抗彎構(gòu)件，可以應(yīng)對地表的下沉和撕裂，與傳統(tǒng)的大板基礎(chǔ)相比由于井字梁在水平面上屬于四邊形不穩(wěn)定體系，故通過在節(jié)點采用板帶梁形式不僅可以加強(qiáng)節(jié)點剛度，同時也可以給上部基礎(chǔ)提供可靠的支撐結(jié)構(gòu)。

其受力與柱下條形基礎(chǔ)相當(dāng)，需要強(qiáng)調(diào)的是板下地基為原狀土地基，以保證板上荷重可直接傳至板下地基，避免梁下地耐力不足情況的出現(xiàn)。

表1 大板基礎(chǔ)和井字梁基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)比較

井字梁的作用主要有以下幾個方面：1)通過聯(lián)體井字梁把獨立基礎(chǔ)固定，防止其發(fā)生相對位移;2)井字梁與調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)固定鐵塔;3)井字梁擴(kuò)大了獨立基礎(chǔ)的面積，減少了對地基的作用，同時減小地基的不均勻變形。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

表1為對110 kV中的轉(zhuǎn)角塔1D-J1大板基礎(chǔ)和井字梁基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)比較。

4 結(jié)語

井字梁基礎(chǔ)與大板基礎(chǔ)相比不僅耗材量小，而且通過減少土石方量達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，社會效益明顯。但由于本基礎(chǔ)實踐經(jīng)驗少，我們建議在地質(zhì)穩(wěn)定性好、交通運(yùn)輸方便、運(yùn)行維護(hù)好的塔位處采用，待以后積累經(jīng)驗后大力推廣。總之處理好建設(shè)和環(huán)保的關(guān)系，達(dá)到人和自然的和諧統(tǒng)一，應(yīng)該是我們永遠(yuǎn)不變的追求。

［1］ Q/GDW 179-2008，110～750 kV架空輸電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)定［S］.

［2］ DL/T 5154-2002，架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定［S］.

［3］ DL/T 5219-2005，架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定［S］.

［4］ GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［5］ GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［6］ GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.