超高壓輸電線路塔基滑坡災(zāi)害特征分析與治理

陳 英，馬東濤，楊 敏

(1．中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都市610041;2．中國科學(xué)院大學(xué)，北京市100049)

0 引 言

超高壓輸電線路有一處出現(xiàn)故障而中斷，則全線中斷。而輸電線路多沿人煙稀少的山區(qū)分布，線路長，跨越的地質(zhì)地貌區(qū)域復(fù)雜［1-2］，存在的地質(zhì)災(zāi)害多種多樣。盡管輸電線路在可研階段進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害評估，避開了路徑走廊內(nèi)的成片地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育區(qū)［3-4］，但對于小規(guī)模零星災(zāi)害體由于研究程度和范圍不夠，在線路運(yùn)行期成為災(zāi)害隱患的主要來源［5-8］。

以四川省境內(nèi)500 kV 黃(巖)達(dá)(州)線超高壓輸電線路為例，該線路塔基多處于中、低山山頂，分水嶺或山腰地帶，植被茂密，降水充沛，巖性以三疊系、侏羅系砂巖、泥巖、頁巖等為主，強(qiáng)風(fēng)化層覆蓋厚度較深，山坡較陡，多屬四川省的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率較高。雖然在輸電線路選址中合理避讓了地質(zhì)災(zāi)害，減少了地質(zhì)災(zāi)害對線路安全的影響，但受地形條件、巖土性質(zhì)、“5·12”汶川地震和暴雨影響，自2006年線路運(yùn)行以來，地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，對線路安全構(gòu)成威脅［9-11］。

黃達(dá)線塔基地質(zhì)災(zāi)害類型較多，如滑坡(滑塌)、崩塌(坍塌、危巖)、地基沉陷、地裂縫等，并且以斜坡災(zāi)害為主，其主要特點(diǎn)為規(guī)模小、發(fā)生頻率高、影響大、多位于塔基下方、治理較易。本文通過對黃達(dá)線沿線災(zāi)害點(diǎn)的分析和比較，選取157 號塔作為典型代表，對其災(zāi)害的發(fā)育背景、成因機(jī)理、危害特征進(jìn)行分析，提出整治方案和措施。研究成果對減輕四川省超高壓水電線路地質(zhì)災(zāi)害具有現(xiàn)實(shí)意義，對國內(nèi)其他地方輸電線路地質(zhì)災(zāi)害治理也具有參考價(jià)值。

1 滑坡發(fā)育背景

1.1 地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)地處川東低山丘陵地帶，屬構(gòu)造剝蝕淺丘斜坡地貌。如圖1 所示，最高點(diǎn)位于B 腿旁側(cè)小山包，海拔379.14 m，最低處位于公路邊，海拔352.50 m，相對高差26.64 m。

圖1 157 號塔滑坡區(qū)平面示意圖Fig.1 Plan sketch of landslide in 157 tower

滑坡區(qū)主要出露地層見圖1:第四系全新統(tǒng)(Q4el+dl)，表層覆蓋耕植土，以粉質(zhì)粘土為主，厚2.9 ～15.2 m，黃色、灰色為主，濕潤，呈可塑—硬塑狀，局部夾軟塑，下部為碎石土，碎塊石呈強(qiáng)風(fēng)化狀，分布于整個(gè)斜坡及淺溝區(qū)域;侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組(J1Z)，廣泛分布于滑坡兩側(cè)及第四系以下，為灰黃色、灰色的頁巖、泥巖、粉砂巖及巖屑石英砂巖，夾有煤線，基巖強(qiáng)風(fēng)化厚度3.7 ～5.7 m，較同類地區(qū)厚，灰黃色，巖體結(jié)構(gòu)受到部分破壞，層理不清晰，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖心呈碎塊狀，巖質(zhì)軟。

區(qū)域構(gòu)造以褶皺為主，一條小型斷層正好穿越滑坡區(qū)，斷裂走向與公路45°斜交，與洼地斜坡走向一致，斷裂破碎帶寬度為25 ～35 m，兩側(cè)以基巖為界，斷層引起兩側(cè)巖土體松動(dòng)和破壞，使得該區(qū)松散堆積層厚度超過其他地區(qū)?？辈彀l(fā)現(xiàn)，滑坡體內(nèi)未出現(xiàn)基巖，基巖埋深超過13 m，基巖巖芯中發(fā)現(xiàn)輕微錯(cuò)痕和泥化現(xiàn)象。從地形地貌看，該斷層屬正斷層，滑坡體為上盤，基巖為下盤，基巖與2 號滑坡界面為斷層面。

1.2 氣象水文

滑坡所在達(dá)州地區(qū)屬四川盆地東部的中亞熱帶濕潤氣候區(qū)。年均降雨量1 160.8 mm，最大年降雨量達(dá)1 547.2 mm，5 ～9月降雨量占全年降雨總量的80%，月最大降雨量350 mm，最大24 h 降雨量大于90 mm。

滑坡區(qū)屬嘉陵江二級支流州河的二級支流。淺溝屬季節(jié)性水溝，雨季有地下水沿公路邊出露，11月—次年4月干涸，無地下水出露和地表徑流。據(jù)勘察，滑坡區(qū)潛水雨季水位3 m，11月初為4.5 m，未見基巖裂隙水。該區(qū)地下水對混凝土不存在腐蝕作用。

1.3 人類活動(dòng)

滑坡區(qū)人口稠密，耕地稀少，清水村村民已把該谷坡開墾為旱地，在平整土地、灌溉過程中，不可避免地影響了坡面穩(wěn)定。此外，滑坡下部的公路從坡腳經(jīng)過，由于公路施工開挖坡腳，未及時(shí)支護(hù)，引起2 號滑坡坡腳失穩(wěn)，在一定程度上破壞了坡體穩(wěn)定性。塔基修建改變了微地形和坡面徑流，而CD 面以下的擋墻正好形成了截水墻，使塔基徑流匯聚于墻下，滲入地下，加劇了地基沉陷和坡體的移動(dòng)，加速了滑坡的形成。

2 滑坡特征及危害

調(diào)查發(fā)現(xiàn)157 號塔基下方發(fā)育滑坡2 處，如圖1所示?；滤谛逼驴傮w呈凹形斜坡，滑坡區(qū)域微地貌呈微凸，滑坡兩側(cè)以較陡的斜坡、基巖陡坎為界，后部以斜坡陡緩交界處，即擋墻所在的較緩斜坡前緣為界，前緣以公路內(nèi)側(cè)為界，兩滑坡以中間的一處緩坡平臺為界，周界清晰。整個(gè)滑坡區(qū)寬約30 m，長40 m，滑坡體積4 470 m3，總體屬小型、淺層、土質(zhì)、推移式滑坡?；履壳爸苯游： 腿、C 腿和下部擋墻，并牽引B 腿地基土體，引起地基下沉，滑坡還造成耕地開裂滲水、壓埋公路，滑坡主要特征參數(shù)見表1。

表1 滑坡主要特征參數(shù)Tab.1 Main characteristic parameters of landslide

2.1 滑坡特征

圖2 所示為157 號塔滑坡工程地質(zhì)剖面圖。

圖2 157 號塔滑坡工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geological profile of 157 tower landslide

1 號滑坡位于CD 面正下方，滑坡平面形態(tài)呈舌形，后緣位于擋墻處，高程372 m，末端高程360 m，滑坡前緣剪出口高程約為365 m，滑坡相對高差12 m;坡面地形呈階梯狀，坎高2 ～5 m，寬8 ～11 m，滑坡活動(dòng)之前為旱地，滑坡發(fā)生后，擋墻下部基礎(chǔ)外露，地表沉陷20 ～40 cm，兩側(cè)旱地地面下沉1 m，并形成多道裂縫，裂縫寬10 ～30 cm，長5 ～10 m?；麦w長度30 m，寬10 m，滑坡厚度為2.9 ～4.5 m，平均厚度3.5 m，體積約1 050 m3，屬小型、淺層?、土質(zhì)滑坡。滑動(dòng)面在表層粉質(zhì)粘土、碎石土與基巖強(qiáng)風(fēng)化層交界面?；缕骄匦纹露冉菫?2°，上下陡，中間平緩。后緣為一高2.5 m，近45°的陡坎，中間為一約15°的緩坡，下部前緣為一高4.5 m、35°的較陡斜坡，滑坡堆積在原溝床地面上，距離公路9 m。

2 號滑坡位于C 腿斜下方，滑坡平面形態(tài)呈長舌形，后緣位于擋墻東側(cè)，高程371.5 m，前緣位于公路邊，高程357 m，滑坡前緣剪出口高程約為362.5 m，相對高差14.5 m;坡面地形呈階梯狀，坎高2 ～3.5 m，寬10 ～20 m，滑坡活動(dòng)之前為旱地，滑坡發(fā)生后，兩側(cè)旱地地面下沉1 ～3.5 m，并形成多道裂縫，裂縫寬10 ～50 cm，長10 ～15 m，并形成多級小臺階。滑坡體長38 m，寬15 m，滑坡厚度為3.5 ～13.2 m，平均厚度為6.0 m，體積約3 420 m3，屬小型、淺層、土質(zhì)滑坡。滑動(dòng)面在表層粉質(zhì)粘土之中，未到達(dá)基巖強(qiáng)風(fēng)化層交界面，公路路基及邊坡未見變形、位移跡象?；麦w平均地形坡度角為21°，上下陡中間平緩。后緣為一高3.5 m，近60°的陡坎，中間為一約13°的緩坡，下部前緣為一高3 m、33°的較陡斜坡，滑坡堆積在公路路面以上，擠占路面3 m，埋壓路面及邊溝。

2.2 滑床特征

滑床為侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組(J1z)強(qiáng)風(fēng)化層。頁巖基本為粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層—中厚層狀構(gòu)造，層理較發(fā)育，裂隙發(fā)育一般，滑床產(chǎn)狀330°∠16°。強(qiáng)風(fēng)化厚度為3.7 ～5.7 m，較同類地區(qū)厚，灰黃色，巖體結(jié)構(gòu)大部分受到破壞，層理不清晰，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，巖質(zhì)軟。中風(fēng)化巖層較厚，鉆探巖心較完整新鮮，RQD 一般為65% ～85%。

2.3 滑體特征

依據(jù)滑坡防治工程勘察規(guī)范，勘察結(jié)果為整個(gè)滑坡體物質(zhì)成分主要為殘坡積的粉質(zhì)粘土、碎石土，碎石土、碎塊石含量達(dá)10% ～30%。碎塊石母巖為風(fēng)化頁巖、粉砂巖和泥巖，一般粒徑為2 ～10 cm，最大可達(dá)50 cm，呈棱角狀或次棱角狀。粉質(zhì)粘土含量較多，可塑。在主滑剖面上鉆探揭露厚度為2.9 ～15.2 m。地下水出露較深，在3 m 以下。

2.4 滑動(dòng)帶特征

主滑剖面上埋深2.9 ～15.2 m，層厚3 ～4.5 m，主要為粉質(zhì)粘土，稍濕—濕，軟塑—可塑，含少量碎石，碎石成分以頁巖、粉砂巖和泥巖為主，多數(shù)呈碎塊或碎屑狀，磨圓明顯，具有明顯的定向排列特征，主要是由于該層土體經(jīng)過滑動(dòng)滑移形成的;在巖土界面處，基巖較破碎，塊石粒徑比上部小且結(jié)構(gòu)較上部松散，強(qiáng)度較軟，巖芯呈碎屑狀。通過分析判斷，該滑坡上部分的滑動(dòng)面在土巖結(jié)合面處，下部分從土體中間剪出。

2.5 滑坡變形特征及危害

截止2012年11月，滑坡體的變形主要表現(xiàn)為以下幾方面:

(1)1 號滑坡體的后緣擋墻地基下沉，擋墻沉陷。自2012年7月以后，擋墻基礎(chǔ)外側(cè)土體開裂下沉20 ～40 cm，出現(xiàn)裂縫長5 m，寬5 ～10 cm，滑坡后壁已后退至擋墻下部。擋墻受滑坡后退牽引，外凸并傾向下游滑坡方向，滑坡向上發(fā)展將進(jìn)入塔基區(qū)，距D腿僅7 m，危及塔基D 腿安全。

(2)2 號滑坡后緣產(chǎn)生垮塌。目前后緣高度約3 m，坡度60°，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，后緣持續(xù)垮塌，距離擋墻僅7.5 m，距離C 腿11 m，持續(xù)發(fā)展也將引起擋墻變形，危及C 腿安全。后緣下部有多道橫向裂縫，最寬0.5 m，長10 ～15 m。

(3)塔基區(qū)變形。擋墻以上4.5 m 為塔基區(qū)，塔基區(qū)CD 面上下均出現(xiàn)裂縫，裂縫長5 ～10 m，寬2 ～5 cm，地面也發(fā)生沉降，主要由1 號滑坡持續(xù)活動(dòng)引起。B 腿基礎(chǔ)外側(cè)地面也出現(xiàn)細(xì)小裂縫，沉陷2 ～4 cm，B 腿附近土體變形位移說明2 號滑坡也發(fā)生了明顯位移。

(4)擋墻后積水嚴(yán)重。由于擋墻以上為塔基區(qū)，缺乏截、排水溝，擋墻底部也缺乏排水溝和泄水孔，坡面徑流直接積蓄在擋墻以上的洼地內(nèi)，引起擋墻基礎(chǔ)飽水而沉陷，下滲的水流進(jìn)入1 號滑坡，引起滑坡后壁垮塌。

(5)滑坡前緣持續(xù)下移、外凸，形成舌狀堆積。據(jù)調(diào)查，自2006年黃達(dá)線建成以來，2 號滑坡已埋沒公路路面3 m，平均蠕動(dòng)速度0.5 m/a，自2012年7月后蠕動(dòng)加速;1 號滑坡舌部已壓埋農(nóng)戶田地，雨季時(shí)滑坡前緣地下水出露，植被生長茂盛，目前2個(gè)滑坡發(fā)生明顯蠕動(dòng)。

綜上所述，滑坡目前變形主要集中于斜坡上部和下部區(qū)域，尤其以后緣下錯(cuò)垮塌最為嚴(yán)重。黃達(dá)線157 號塔的2 處滑坡直接威脅到157 號塔下方擋墻及C、D 腿的安全，如持續(xù)發(fā)展，將對整個(gè)塔體造成危害，如發(fā)生劇烈滑動(dòng)，甚至?xí)霈F(xiàn)塔體傾斜、倒塌的事故，直接影響157 號塔及其相鄰的約1.5 km 線路，間接損失難以估量。此外，也對大竹至達(dá)州公路造成危害，危害到滑坡體上約4 畝耕地的安全。

3 滑坡成因分析

從以上滑坡區(qū)發(fā)育背景及滑坡特征分析，主要影響因素有以下幾個(gè)方面:

(1)區(qū)域構(gòu)造。有一條小型斷層正好從西至東穿越該區(qū)，斷裂走向與公路斜交，與洼地斜坡走向一致，斷裂帶寬度為25 ～30 m，兩側(cè)以基巖為界，斷層引起兩側(cè)巖土體松動(dòng)和破壞，使得該區(qū)松散堆積層厚度超過其他地區(qū)。從勘察結(jié)果看，滑坡體內(nèi)未出現(xiàn)基巖，其基巖埋深也超過3 m 以上，基巖中也發(fā)現(xiàn)輕微錯(cuò)痕。斷層活動(dòng)使得該區(qū)域松散堆積層深厚，基巖破碎，地下水富集，為滑坡發(fā)育奠定了基礎(chǔ)。因此，斷層是該滑坡發(fā)育的主要內(nèi)因之一。

(2)坡體地形及巖土結(jié)構(gòu)。滑坡區(qū)地形低洼，有利于地表水和地下水的富集，同時(shí)坡度較緩，也不利于地下水和地表水的排泄，使坡體長期處于飽水狀態(tài)。斜坡地表物質(zhì)以粉質(zhì)粘土和碎石土為主，質(zhì)地較松散，加之地表裂縫密集，使得雨水、地表水易于大量入滲，增加坡體自重，并破壞土體結(jié)構(gòu)，而下部頁巖隔水效果較好，能形成相對隔水層。加之表層土較為細(xì)軟，同下部碎石土一起，易在基覆面處形成軟弱面。

(3)降水。達(dá)州地區(qū)降水豐沛，是我省的暴雨中心之一，暴雨多，降水強(qiáng)度大。滑坡區(qū)域處于一洼地之內(nèi)，四周及上部塔基處地表徑流集中匯入坡體松散堆積層內(nèi)，形成潛水。地下水存在于巖石裂隙、土體孔隙中，地下水在進(jìn)行循環(huán)交替的過程中對孔隙裂隙周圍的巖土體會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的軟化、溶蝕作用，導(dǎo)致整個(gè)坡體物質(zhì)含水量高，表層飽水，土體內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角變小。同時(shí)，季節(jié)性的地表水流滲至坡體內(nèi)部，改變天然地表水及地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄系統(tǒng)，對土體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步產(chǎn)生破壞，加劇了斜坡的失穩(wěn)［5］。

(4)人類工程活動(dòng)。由于修建塔基，改變了原坡面地表水的匯流條件，加之缺乏排水溝，使得雨季大量坡面徑流集中排泄于洼地，對坡體的穩(wěn)定性有顯著的影響;居民長期農(nóng)耕對坡體的改造，破壞了原始坡面形態(tài)和徑流條件。同時(shí)，修建公路時(shí)，削坡也引起坡體前緣臨空失穩(wěn)。

綜合分析滑坡形成的各種影響因素可知，斷裂活動(dòng)、地形、巖土性質(zhì)及結(jié)構(gòu)是其形成的內(nèi)在原因，地下水及地表水入滲是造成該滑坡的主要激發(fā)因素，而人類不合理的工程活動(dòng)通過改變地表徑流和坡體穩(wěn)定狀態(tài)，一定程度上加劇了斜坡的失穩(wěn)?；碌姆€(wěn)定性在諸多不利因素影響下降低，坡體在重力作用下由上部逐漸下移、蠕動(dòng)直至產(chǎn)生輕微滑動(dòng)。從變形破壞機(jī)制看，滑坡后緣不斷下錯(cuò)后退，造成下部鼓脹隆起而解體，因此，157 號滑坡為典型的推移式滑坡［3］。滑坡目前處于緩慢蠕動(dòng)變形階段，滑動(dòng)面尚未貫通，處于較佳的治理時(shí)期。

4 減災(zāi)措施

根據(jù)鉆孔資料和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合滑坡目前的蠕滑狀態(tài)，利用反演分析法，選取抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c =10.0 kPa，φ=9.3°(c 為土的粘聚力，φ 為內(nèi)摩擦角)，計(jì)算了滑坡的穩(wěn)定系數(shù)和剩余下滑力，結(jié)果如表2 所示。計(jì)算表明在天然狀態(tài)下，2 處滑坡均處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，或者欠穩(wěn)定狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符;而在50年一遇暴雨和地下水作用下，滑坡的穩(wěn)定系數(shù)分別為0.92 和0.96，坡體失穩(wěn)，滑坡將發(fā)生滑動(dòng)。

目前，應(yīng)急修建的擋墻受1 號滑坡牽引，下部土體已發(fā)生裂縫，擋墻基礎(chǔ)沉降、墻體外凸，且擋墻整體位于滑坡滑動(dòng)面以上，起不到穩(wěn)定滑坡的作用，反而增加了滑坡后壁的荷載，促進(jìn)了滑坡的活動(dòng)。針對當(dāng)前的滑坡狀況，結(jié)合滑坡形成機(jī)理和地形、地質(zhì)條件，對其采取了以下治理措施。

表2 滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算表Tab.2 Calculation of landslide stability coefficient

(1)排水工程。采取截排水溝，攔截塔基上部、滑坡周邊及坡面徑流，將其集中到排水溝內(nèi)，排出滑坡區(qū)，最后排入公路邊溝，估計(jì)截排水溝長度為257 m。通過截、排水措施，能有效地減少地表徑流對坡面的沖刷，降低地下水位，提高土體抗剪力，增強(qiáng)滑坡穩(wěn)定性。

(2)填埋裂縫。對滑坡體上已經(jīng)形成的70 m 長的裂縫，采取挖除裂縫松土，換填壓實(shí)的3∶7 灰土的辦法，填埋裂縫，阻止坡面徑流滲入坡體，轉(zhuǎn)換成地下水。

(3)穩(wěn)坡攔擋措施。在滑坡前緣的堆積區(qū)公路以上，采用5 根總長102 m、2 m ×2 m 的抗滑樁，深入基巖，以增加滑坡下滑阻力，在抗滑樁以上銜接4 m高、30 m 長、厚40 cm 擋土板，穩(wěn)定表層土體，防止坡體下滑。擋土板上開設(shè)泄水孔，以排泄滑坡內(nèi)的地下水。

(4)監(jiān)測措施。滑坡治理前，在塔基的基腳、塔體、擋墻、裂縫和滑坡后壁、中部及前緣設(shè)置監(jiān)測樁，定期測量變形及位移，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)報(bào)告省電力公司，同時(shí)制定應(yīng)急預(yù)案。

5 結(jié) 論

選取黃達(dá)線157 號塔滑坡作為典型，結(jié)合滑坡區(qū)域內(nèi)主要工程水文與地質(zhì)環(huán)境，分析了滑坡的發(fā)育特征、災(zāi)害特點(diǎn)、成因機(jī)理及發(fā)展趨勢，得出以下結(jié)論:

(1)滑坡由2個(gè)小滑坡組成，屬小型、淺層、土質(zhì)、推移式滑坡。滑坡目前處于緩慢蠕動(dòng)變形階段，滑動(dòng)面尚未貫通。

(2)滑坡區(qū)內(nèi)斷裂活動(dòng)、地形、巖土性質(zhì)及結(jié)構(gòu)是滑坡形成的內(nèi)在原因，地下水及地表水入滲是造成該滑坡的主要激發(fā)因素，而塔基修建和公路削坡導(dǎo)致了地表徑流和坡體穩(wěn)定狀態(tài)的改變，一定程度上加劇了斜坡的失穩(wěn)。

(3)通過采取坡面及周邊截排水、填埋滑坡裂縫和下部增設(shè)抗滑樁、擋土墻等工程措施，增加坡體下滑阻力，提高坡體穩(wěn)定性，同時(shí)加強(qiáng)對滑坡、塔體和基礎(chǔ)變形、位移的有效監(jiān)測，制定防災(zāi)預(yù)案，構(gòu)建完整的減災(zāi)防災(zāi)系統(tǒng)，可以減輕其對157 號塔的危害，確保超高壓輸電線路安全。

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