輸電線路桿塔基礎砂巖崩解特性試驗研究

程智余 楊德志 李 鳳

(國網安徽省電力公司宣城供電公司，安徽 宣城 242000)

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輸電線路桿塔基礎砂巖崩解特性試驗研究

程智余 楊德志 李 鳳

(國網安徽省電力公司宣城供電公司，安徽 宣城 242000)

選取安徽宣城山區建設的軍塘—西二110 kV輸電線路工程區域代表性紅砂巖為研究對象，開展了干濕循環室內崩解試驗，通過分析崩解現象與崩解物顆粒，探討了砂巖崩解的規律及機理，據此提出了輸電線路桿塔基礎的施工建議。

砂巖，干濕循環，崩解物，輸電線路

0 引言

崩解性巖石遇水崩解、軟化、膨脹，造成地基承載力及力學性能降低，引發基礎塌陷、邊坡坍塌、滑坡等工程危害[1]，對輸電線路桿塔基礎造成不利影響。安徽宣城山區建設的軍塘—西二110 kV輸電線路工程，其地質主要為全風化～強風化的泥質砂巖、礫巖，地下水位埋深0.5 m～2.0 m。地基開挖中，巖石遇大雨或地下水涌出，巖石發生崩解，容易發生此類工程事故。為了預防災害的發生，需要研究此地區巖石遇水崩解的規律及微觀機制。

許多學者針對軟巖崩解性展開了相關研究。何滿潮等[2]就軟巖工程力學性質進行研究，劉長武等[3]研究了泥巖遇水后力學性質的變化規律及崩解的微觀機理，吳道祥等[4]對安徽銅陵—黃山高速公路湯口—屯溪路段沿線的紅層軟巖的崩解性等方面進行了相關研究，楊建林等[5]分析了泥巖飽和過程中崩解微觀機制。

本文選取宣城山區軍塘—西二110 kV輸電線路工程區域代表性紅砂巖，進行室內干濕循環崩解試驗，觀察紅砂巖在水溶液下的崩解現象，探討其崩解規律和機理，為相關工程提供參考。

1 巖樣及試驗過程

1.1 試樣樣品

本次試驗巖樣見圖1，經巖礦鑒定結果為：強風化泥質粉砂巖。泥質粉砂結構，物質成分含黏土礦物(15%)、黏土質(29%)、石英(48%)、長石(8%)；黏土礦物以高嶺石為主；黏土質多為黏土團粒和碎屑；長石以斜長石為主，多已高嶺土化和絹云母化。巖樣在顯微鏡下照片如圖2所示。

1.2 試驗方案

取代表性巖樣分別進行室內浸水干濕循環崩解試驗。試驗步驟：對天然狀態下的巖石，取80 g～120 g塊狀8塊，稱重后放入盛水的容器中，觀察崩解現象；浸水24 h后帶水過篩、風干崩解物30 min后放入恒溫105 ℃烘箱里烘干12 h以上；然后取出放入干燥器冷卻到室內溫度，對其進行篩分試驗(5 mm，2 mm，0.5 mm和0.25 mm標準篩)。如果試樣在水中崩解不徹底，將粒徑 0.25 mm以上的崩解物再進行浸水24 h，取其崩解物烘干、篩分；如此往復進行多次干濕循環直到崩解穩定。

為了了解巖石初次浸水崩解情況，在首次浸水過程中，記錄初崩時間及浸水10 min，30 min，10 h，24 h后崩解情況。

2 試驗結果及分析

2.1 崩解現象分析

強風化泥質粉砂巖每次循環烘干后形態變化見圖3。

根據崩解現象及圖3可知：

1)強風化泥質粉砂巖浸水后迅速崩解，初崩時間67 s,浸水10 min巖塊已經崩解，崩解物主要為大塊狀、碎塊狀、片狀底部有少量粉末狀沉淀；30 min崩解物主要為大塊狀、碎片狀、片狀，大塊狀減小，碎塊狀和片狀增多；24 h崩解物主要為大塊狀，碎塊狀，顆粒狀；經過2次干濕循環巖石崩解完全，崩解物主要為顆粒狀和碎塊狀，少量大塊狀；2次～3次干濕循環后崩解物主要為細顆粒狀與粉末狀。

2)干濕循環后巖樣形態變化明顯，與初始形態差別顯著。在干濕循環作用下，強風化泥質粉砂巖在溶液中崩解劇烈，表現為強崩解特性。

3)完全崩解前崩解現象差異較大，崩解速度快；完全崩解后，崩解現象差異微弱，崩解速度緩慢；巖石在崩解過程中，崩解速度先快后慢，最后穩定。

2.2 崩解物的顆粒分析

對強風化泥質粉砂巖的崩解物進行顆粒含量分析。試驗得到巖樣不同粒徑顆粒含量與干濕循環次數變化曲線，見圖4。

1)強風化泥質粉砂巖崩解劇烈，崩解速度快，各粒徑崩解物含量變化明顯，崩解物中粒徑大于5 mm及小于0.25 mm顆粒含量變化劇烈，粒徑0.25 mm～5 mm顆粒含量變化平緩。首次循環崩解物主要為粒徑大于5 mm顆粒；第2次循環后巖石完全崩解，崩解速度快，粒徑大于5 mm顆粒含量驟減，粒徑小于0.25 mm顆粒含量不斷增加，逐漸處于主要主導地位。

2)隨著干濕循環次數的增加，粒徑大于5 mm顆粒含量隨之減少，減少速度快，最后趨于穩定；粒徑0.5 mm～5 mm顆粒含量先增大后減少，最后趨于穩定；粒徑0.25 mm～0.5 mm顆粒含量逐漸增加，增加速度緩慢，最后趨于穩定；粒徑小于0.25 mm顆粒含量隨之增加，增加速度快。

根據試驗數據，得到靜態耐崩解指數I與干濕循環次數變化曲線見圖5。靜態耐崩解指數可按照下式計算：

其中，mi為第i次循環粒徑大于2mm顆粒質量；mi-1為第i-1次循環粒徑大于2mm顆粒質量。

由圖5可知:強風化泥質粉砂巖靜態耐崩解性指數隨著干濕循環次數的增加而降低，前兩次循環靜態耐崩解性指數下降速度快，崩解速度快，崩解劇烈；后兩次循環靜態耐崩解性指數下降緩慢，崩解速度慢，崩解逐漸趨于穩定。靜態耐崩解性指數越低，崩解性越強，干濕循環作用下，巖石崩解先快后慢，最后趨于穩定。

經過不斷浸水→失水→浸水干濕循環過程，巖體內部不停獲得張拉應力，引起巖石開裂，崩解速度加快。巖石礦物成分特別是蒙脫石、高嶺石、伊利石等黏土礦物對巖石的崩解性影響顯著，主要由蒙脫石決定[6，7]。從礦物成分分析看，強風化泥質粉砂巖物質成分含黏土礦物(15%)、黏土質(29%)、石英(48%)、長石(8%)；黏土礦物親水性強，抗水性能力差，黏土礦物以高嶺石為主，高嶺石與水化學作用引起巖石體積膨脹；黏土質遇水膨脹軟化；石英化學性質穩定，抗水性和抗風化能力好；長石多已高嶺土化和絹云母化，親水性變強。由此可見，強風化泥質粉砂巖含有大量親水性強、化學性質不穩定礦物，表現出強崩解特性。從微觀結構分析看，強風化泥質粉砂巖為泥質粉砂結構，而泥質結構以泥質膠結為主，泥質膠結物表面有親水性極強的黏土礦物，吸收水分子進入巖石顆?？障吨校饚r石崩解。另外，強風化泥質粉砂巖風化程度大，結構構造大部分已破壞。進一步說明強風化泥質粉砂巖具有強崩解特性。

3 輸變線路桿塔基礎施工建議

此工程塔位的泥質砂巖易風化，暴曬或長時間浸水易崩解，承載力及力學參數降低，可能產生孔壁坍塌、基坑塌方等不良地質作用。為此，本文提出相應施工建議：

1)施工時應注意部分塔位附近有涵洞、水管，施工前應仔細查看，應切實做好護壁或支護工作，防止坍塌。2)基礎施工過程中做好排水工作，各塔位或者單個塔腿根據設計要求做成斜面形式，根據基坑排水量選擇合適的排水方法，為了防止坑壁坍塌可采取擋土板等措施進行護壁[8]。3)同時做好防水工作，可采用砂漿抹面進行崩解性巖體保護，砂漿可用M7.5～M10[9]。

4 結語

1)在干濕循環作用下，強風化泥質粉砂巖在水溶液中崩解劇烈，表現為強崩解特性，崩解先快后慢，最后趨于穩定。2)干濕循環過程中，崩解物粒徑大于5 mm及小于0.25 mm顆粒含量變化劇烈，粒徑0.25 mm～5 mm顆粒含量變化平緩。首次循環崩解物主要為粒徑大于5 mm顆粒；第二次循環后，粒徑大于5 mm顆粒含量驟減，粒徑小于0.25 mm顆粒含量逐漸處于主要主導地位。3)礦物成分、微觀結構、風化程度是強風化泥質粉砂巖崩解特性的主要影響因素。4)基礎施工過程中，認真做好防水、排水工作，防止巖石浸水崩解。

[1] 甘文寧.紅砂巖工程特性的試驗研究及應用[D].合肥：合肥工業大學,2014.

[2] 何滿潮，景海河，孫曉明.軟巖工程力學[M].北京：科學出版社，2002.

[3] 劉長武,陸士良.泥巖遇水崩解軟化機理的研究[J].巖土力學,2000,21(1):28-31.

[4] 吳道祥，劉宏杰，王國強，等.紅層軟巖崩解性室內試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2010,29(S2)：4173-4179.

[5] 楊建林,王來貴,李喜林,等.泥巖飽水過程中崩解的微觀機制[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版),2014(4):476-480.

[6] 鄭 順，易平華，時 寧.紅砂巖崩解性試驗研究[J].交通科技，2013(4)：1671-1672.

[7] 柴肇云,張亞濤,張學堯，等.泥巖耐崩解性與礦物組成相關性的試驗研究[J].煤炭學報,2015,40(5):1188-1193.

[8] 馬金松.淺談輸電線路基礎施工的技術措施[J].中國電力教育,2010(S1):791-793.

[9] 魯先龍,乾增珍.輸電線路基礎工程中的環境巖土問題及設計對策[J].武漢大學學報(工學版),2009(S1):253-256.

The test research on disintegration characteristics of transmission line tower foundation sandstone

Cheng Zhiyu Yang Dezhi Li Feng

(Xuancheng Power Supply Company, Anhui Electric Power Company, State Grid Corporation of China, Xuancheng 242000, China)

Taking the area representative red sandstone as the research object of Juntang-Xi’er 110 kV transmission line engineering construction by Anhui Xuancheng mountainous area, this paper carried out the dry and wet cycle indoor disintegration test, through the analysis on disintegration phenomenon and disintegration thing particles, discussed the regularity and mechanism of sandstone disintegration, put forward construction suggestions of transmission line tower foundation.

sandstone, wet and dry cycle, disintegration thing, transmission line

1009-6825(2016)30-0077-03

2016-08-18

程智余(1966- )，男，工程師； 楊德志(1973- )，男，工程師； 李 鳳(1968- )，女，工程師

TU458

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