輸電線路黃土地基濕陷性試驗及工程特性評價★

段輝順 毛 矛 劉生奎 戶世偉

(中國能源建設集團公司甘肅省電力設計院有限公司，甘肅 蘭州 741000)

?

輸電線路黃土地基濕陷性試驗及工程特性評價★

段輝順 毛 矛 劉生奎 戶世偉

(中國能源建設集團公司甘肅省電力設計院有限公司，甘肅 蘭州 741000)

以甘肅定西黃土作為研究對象，通過現場土工試驗，對黃土的濕陷特性參數進行測試和分析，獲得了該地區黃土濕陷特性的工程影響深度，并結合試驗分析結果，提出了黃土地基中輸電線路桿塔基礎選型的原則、設計建議以及處理措施。

黃土，濕陷性，輸電線路，基礎選型原則

黃土是干旱半干旱區的沉積物，由于其特定的生成環境和存在的歷史環境，形成其明顯的柱狀節理和大孔隙結構，這種獨特的結構性直接影響著黃土的力學性狀和工程性質[1]。濕陷性是黃土的主要工程特性。所謂濕陷性是指在一定壓力下受水浸濕，土結構迅速破壞，并產生顯著的附加下沉。根據外力的不同，又可分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土。濕陷性黃土在我國分布很廣，主要分布在山西、陜西、甘肅大部分地區以及河南的西部。此外新疆、山東、遼寧、寧夏、青海、河北以及內蒙古的部分地區也有分布，但不連續[2，3]。濕陷性黃土的最大特點是大孔隙，高壓縮性，遇水時土體急劇下沉。由于其上述特殊的物理力學特性，輸電線路運行期間常常會發生塔基沉陷、斜坡滑塌等工程災害，嚴重影響電網的安全運行。

本文通過室內壓縮試驗，對榆中車道嶺典型濕陷性黃土場地開展黃土濕陷性試驗，測得了場地黃土的濕陷系數、自重濕陷系數以及濕陷起始壓力參數，對該黃土地基的濕陷性進行評價，并測得該黃土地基天然降水的臨界影響深度。相關研究成果可為該地區輸電線路桿塔地基基礎的勘察和設計提供理論依據。

1 試驗方案設計

1.1 試驗土樣

試驗土樣取自甘肅省榆中縣車道嶺，地處隴西黃土高原丘陵區，地表黃土為第四系上更新統風積黃土(Q3eol)，淡黃色，土質均勻，大孔發育，具垂直節理，主要土性參數如表1所示。

表1 黃土的主要物性參數

在現場采用直徑79.8 mm、面積50 cm2、高度20 mm大小規格的環刀分別在距地面1 m,2 m,3 m,4 m,5 m,6 m,7 m,8 m不同位置處采取環刀樣，備用。

1.2 濕陷系數

黃土的濕陷性試驗在GJZ-3型中壓固結儀上進行。首先按照5級加荷標準(12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa，)將試樣加荷至200 kPa，等試樣壓縮穩定后，再浸水飽和，等到附加沉降穩定后，試驗終止。試驗壓縮穩定的判定標準是連續2 h的試樣下沉量不大于0.02 mm。

1.3 自重濕陷系數

本次試驗采用單線法測定試樣的自重濕陷系數。測試步驟如下：選取6個均質性好的環刀試樣，在天然濕度下按照6級加荷標準(12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa,400 kPa)將試樣加荷至400 kPa，等壓縮穩定后，再對試樣浸水飽和，等到附加沉降穩定時，試驗終止，穩定標準同上。

1.4 天然降水侵蝕深度

天然降水的侵蝕深度通過土層的含水量沿深度的變化規律來反映，本次試驗取樣深度為4 m，按照0.2 m的垂直間隔從地面開始依次向下等間隔取樣，對取出的試樣采用酒精燃燒法測定其含水率。

2 試驗結果與分析

2.1 濕陷系數

如圖1所示為黃土試樣壓縮變形隨時間的變化曲線。從圖1中可以看出，浸水前試樣在軸壓作用下壓縮變形穩定的時間較浸水后濕陷變形穩定時間要短；并且浸水后產生的濕陷變形量遠大于浸水前的壓縮變形量，兩者相差近5倍。

如圖2所示為黃土試樣浸水前后的壓縮系數與取樣深度之間的關系曲線，從圖2中可以看出濕陷系數δs隨土層深度增加逐漸減小，而起始壓縮系數δp隨土層深度的增加先減小后增加。同時δs與δp的比率也隨深度增加而發生變化。臨近地面處，δs約為δp的2.5倍～5倍；隨著深度增加δs與δp數值逐漸接近。

圖3顯示了5 m深處試樣的濕陷系數垂直壓力—濕陷系數曲線(p—δs曲線)，p—δs曲線上，δs=0.015對應的垂直壓力即為本層土自重濕陷壓力(psh)；上覆土層對本土層的飽和自重壓力對應的濕陷系數即為本土層的自重濕陷系數δzs。

2.2 自重濕陷系數與濕陷起始壓力

如圖4所示為濕陷系數δs和起始壓縮系數δp與垂直壓力p關系曲線，由圖4可知，隨著p的增加，δs逐漸增大，當增加到一定值后開始減小；而δp隨p的變化單調增加，初始時，δs遠大于δp，隨著p的增加，δs與δp逐漸接近。

圖5和圖6分別為自重濕陷系數δzs與濕陷起始壓力psh隨取土深度變化的關系曲線。由圖5和圖6可知，δzs與psh均隨取土深度的增加而增大，其變化關系滿足冪函數的變化特征。

2.3 黃土濕陷性與濕陷程度評價

分別對該場地0 m～8 m土層的自重濕陷量和濕陷量進行計算，得出該場地修正后的自重濕陷量Δzs=498 mm，濕陷量Δs=1 266 mm，由此可判定出該場地為濕陷等級Ⅳ度(很嚴重)的自重濕陷性黃土場地。

2.4 天然降水浸濕深度確定

本次試驗的天然降水測點選在臨近750 kV輸電線路塔位中心樁的12°～19°的天然緩坡上。如圖7所示為天然降水條件下，2個不同月份地層含水量隨深度的變化規律曲線。由圖7可知，靠近地表處，地層含水量隨深度增加而急劇衰減，并在1.0 m深度處趨于穩定；1.0 m深度以下，地層含水量緩慢浮動但整體趨于穩定。由此表明1.0 m為該處的天然降水的臨界影響深度。

圖8顯示了2012年度定西地區月平均降水量和累計降水量曲線。由圖8可知，圖7中所示的兩條含水量—深度曲線分別測定于月平均降水量較高和較低的月份，而累計降水量分別達到全年降水量的78%和98%。因此，圖7中所示的兩條含水量—深度曲線具有一定代表性，判定為0.8 m～1.0 m，在地形、地貌和蒸發條件下天然降水的臨界影響深度也具有一般性。

綜上所述，在工程中僅需對于1 m以內的黃土地基考慮濕陷性對其工程特性的影響。

3 黃土地基桿塔基礎選型與地基處理建議

濕陷性黃土地基產生濕陷沉降的前提是浸水，本文的試驗結果分析表明，即使針對濕陷性嚴重的黃土地基，天然降水的影響深度也是有限。因此，在工程中，應結合黃土地基的工程特點，綜合考慮黃土地基的設計及處理：

1)根據場地的給水(地下水、雨雪降水、農業灌溉等)和排水(地形、地貌)條件，選擇排水條件良好的地段作為桿塔地基，避免將塔位點選在具備匯水條件的地段；

2)優先選用經濟環保、抗拔承載力高的原狀土基礎，如掏挖基礎、樁基礎等基礎型式，慎用地基換填等處理措施；

3)對施工完畢的桿塔基礎，應采取必要的地面防水和排水措施，避免黃土地基受到地表水的浸泡而產生濕陷。

4 結論

本文主要結論如下：

1)試驗結果表明：待研究場地0 m～8 m深度范圍內，濕陷系數δs隨土層深度增加而減小，該深度范圍內土層均為具有劇烈濕陷性的黃土；

2)試驗結果表明：待研究黃土地基濕陷起始壓力psh和自重濕陷系數δzs均隨深度增加呈冪函數增大；

3)研究分析表明，待研究場地地基0 m～8 m范圍內的自重濕陷量Δzs=498 mm，濕陷量計算值Δs=1 266 mm，地基濕陷等級為Ⅳ(很嚴重)；

4)試驗結果表明：待研究場地的天然降水的臨界影響深度位于1.0 m深度左右，即：工程中，僅需對1 m以內的黃土地基考慮濕陷性對其工程特性的影響。

[1] 王永炎,林在貫.中國黃土的結構特征及物理力學性質[M].北京：科學出版社，1990.

[2] GB 50025—2004，濕陷性黃土地區建筑規范[S].

[3] 《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2007:418-432.

[4] 張志龍.天水濕陷性黃土的工程特征[J].巖土工程界,2003,6(9):71-73.

[5] GB/T 50123—1999，土工試驗方法標準[S].

[6] SL 237—1999,土工試驗規程[S].

[7] GB 50021—2001，巖土工程勘察規范[S].

[8] 陳廣峰,米海珍,韓志勇.蘭州Ⅲ級階地黃土濕陷性初步試驗研究[J].甘肅工業大學學報,2001,27(2):77-81.

[9] 韓為民,默增祿,郭詠華.送電線路自重濕陷性黃土地基處理[J].電力建設,2001,22(3):28-29,33.

[10] Q/GDW 11266—2014，架空輸電線路黃土地基桿塔基礎設計技術規定[S].

Experimental investigation of loess collapsibility and engineering characteristic evaluation to loess foundation of transmission line★

Duan Huishun Mao Mao Liu Shengkui Hu Shiwei

(ChinaEnergyEngineeringGroupCompanyGansuElectricPowerDesignInstituteCo.,Ltd,Lanzhou741000,China)

The paper takes the loess located at Dingxi City, Gansu province as the research object, collapsibility parameters were tested through the soil test. Obtain the influence depth of loess on engineering design. Based on the test results, the footing type selection principle, design suggestions, and treatment measures to collapsibility loess of transmission line tower were proposed.

loess, collapsibility, transmission line, footing type selection principle

1009-6825(2017)09-0056-02

2017-01-18★:甘肅省電力設計院科技項目(GCB11201405872)

段輝順(1972- )，男，高級工程師

TU443

A