脆弱生態(tài)環(huán)境下的線路掏挖式基礎(chǔ)施工

陶 瑾，孫三群，肖建寶

（國網(wǎng)浙江省送變電工程有限公司，杭州 310016）

0 引言

特高壓電網(wǎng)建設(shè)中，盡可能減少對環(huán)境的影響是一項重要內(nèi)容[1]。輸電線路中基礎(chǔ)是鐵塔和地基之間的連接構(gòu)件，是輸電線路體系重要的組成部分，合理的基礎(chǔ)型式可以確保線路的運(yùn)行安全，降低對自然環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)資源效益的可持續(xù)發(fā)展[2]。我國地域遼闊，巖土類別多、分布廣，輸電桿塔基礎(chǔ)型式也因各地區(qū)地形地貌和地質(zhì)條件差異大而多種多樣[3]。此前的研究多側(cè)重于從路徑選擇、基礎(chǔ)選型等方面加強(qiáng)環(huán)保施工措施[4]，本文則從施工關(guān)鍵技術(shù)及施工技術(shù)難點(diǎn)等方面來闡述環(huán)境保護(hù)要點(diǎn)。

1 輸電線路鐵塔基礎(chǔ)常見類型及特點(diǎn)

1.1 平地上輸電線路鐵塔基礎(chǔ)類型

平地上輸電線路鐵塔基礎(chǔ)類型主要有柔性板式基礎(chǔ)、剛性臺階基礎(chǔ)和灌注樁基礎(chǔ)等。

（1）混凝土板式基礎(chǔ)是輸電線路工程設(shè)計中最常用的基礎(chǔ)型式之一[5]，是以擾動的回填土構(gòu)成抗拔土體保持基礎(chǔ)的上拔穩(wěn)定，具有施工簡便的特點(diǎn)[6]。

（2）剛性臺階基礎(chǔ)立柱配置鋼筋，底板不配鋼筋。為滿足剛性角要求，通過增加臺階數(shù)和臺階高度來增加底板寬度。

（3）樁基礎(chǔ)主要依靠樁端承載力和樁身摩擦力來承擔(dān)桿塔的橫向和縱向荷載[7]。

1.2 山地、丘陵地形上輸電線路鐵塔基礎(chǔ)類型

山地、丘陵地形上的輸電線路鐵塔基礎(chǔ)類型主要有：板式基礎(chǔ)、掏挖式基礎(chǔ)、巖石基礎(chǔ)、人工挖孔基礎(chǔ)和巖石承臺錨筋基礎(chǔ)等。

（1）板式基礎(chǔ)的施工采用大開挖方式，土石方量較大，對周邊環(huán)境也有較大影響。山丘地區(qū)一般對地質(zhì)不易掏挖成型的部分塔位考慮采用該基礎(chǔ)型式。

（2）掏挖式基礎(chǔ)是目前使用最多的一種原狀土基礎(chǔ)型式，它以天然土構(gòu)成的抗拔土體與基礎(chǔ)自重相互作用而保持基礎(chǔ)的上拔穩(wěn)定，最大限度地利用了天然原狀土的強(qiáng)度，不僅具有良好的抗撥性能，而且具有較大的橫向承載力。

（3）巖石基礎(chǔ)主要是借助巖石本身或者是巖石和砂漿間的粘結(jié)力來穩(wěn)固上部桿塔體，充分利用了巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)固性，具有堅強(qiáng)的抗拔性能，主要用在有良好巖石基礎(chǔ)的山區(qū)地帶[8]。

（4）人工挖孔基礎(chǔ)混凝土量及耗鋼量在巖石基礎(chǔ)和掏挖基礎(chǔ)之間，而且也是環(huán)保的一種基礎(chǔ)型式，人工挖孔基礎(chǔ)猶如山地單樁灌注樁基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)型式對地質(zhì)條件要求也不高，只需地質(zhì)人員對塔位處每層土提供的設(shè)計參數(shù)正確、合理。

（5）巖石承臺錨筋基礎(chǔ)的混凝土量及耗鋼量均是所有基礎(chǔ)型式中最低的，而且也是最環(huán)保的一種基礎(chǔ)型式，但對地質(zhì)條件要求比較高，需逐基鑒定巖體的穩(wěn)定性、覆土層厚度、巖石的堅固性及巖石風(fēng)化程度，以確定使用該基礎(chǔ)型式的塔位以及具體型式。

2 工程概況

昌吉—古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路工程，是目前世界電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)的特高壓直流工程。

本工程承建的昌吉—古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路甘8標(biāo)段，線路路徑長度為122.5 km，新建鐵塔218基，其中直線塔187基，耐張塔31基。線路途經(jīng)白銀縣、靖遠(yuǎn)縣，海拔高度1 350～2 000 m。桿塔采用自立式鐵塔，基礎(chǔ)采用掏挖基礎(chǔ)、直柱板式基礎(chǔ)、巖石錨桿基礎(chǔ)，其中187基掏挖基礎(chǔ)、29基直柱板式基礎(chǔ)、2基巖石錨桿基礎(chǔ)。

昌吉—古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路工程主要位于黃土高原地區(qū)，該地區(qū)抵御自然災(zāi)害的能力較低，環(huán)境遭到破壞后恢復(fù)困難。掏挖基礎(chǔ)對環(huán)境影響破壞小，在施工時以土代模，直接將基礎(chǔ)的鋼筋骨架和混凝土澆入掏挖成型的土胎內(nèi)，減少了對原狀土的擾動，能充分發(fā)揮地基土的承載能力，一般用于地質(zhì)條件較好且勘測深度內(nèi)無地下水的山地、丘陵地區(qū)，該基礎(chǔ)棄土棄渣少，引起的水土流失量較少，還可以大幅節(jié)約基礎(chǔ)材料和施工費(fèi)用，充分利用原狀土，相同的基礎(chǔ)尺寸可提高抗拔承載力1.2倍，減少挖填方40%～60%，減少對原地貌植被的破壞，是近年來在我國輸電線路建設(shè)中廣泛采用的一種基礎(chǔ)形式[9]，也是目前電網(wǎng)公司倡導(dǎo)使用的基礎(chǔ)形式[10-14]。由此本工程承建的昌吉—古泉甘8標(biāo)段中大部分選用掏挖式基礎(chǔ)形式。

黃土高原是世界上水土流失最嚴(yán)重和生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一[15]，除石質(zhì)山地外，大部分為顆粒細(xì)、土質(zhì)松軟的厚層黃土覆蓋。該線路設(shè)計時，已從地質(zhì)專業(yè)角度將線路路徑避開不良地質(zhì)地段（易發(fā)生山體滑坡、崩塌），以減少對線路安全可能造成的威脅。同時，為減少對原地形地貌的破壞，大部分采用了小開挖掏挖基礎(chǔ)。根據(jù)巖土工程勘察報告，線路路徑段土層情況分布如表1所示。鑒于黃土高原地質(zhì)的特殊性，尤其是對地表自然凝結(jié)保護(hù)殼的保護(hù)考慮，應(yīng)盡量避免對其擾動造成水土流失，施工時必須采取有力措施，減少對原地形、地貌及植被的破壞。

表1 線路路徑段土層情況分布

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 環(huán)境保護(hù)目標(biāo)

嚴(yán)格限定工程建設(shè)擾動區(qū)域，按照確定的施工活動范圍進(jìn)行施工，減少建設(shè)活動對地表植被的破壞和擾動，防止因工程開挖、堆碴而產(chǎn)生新的水土流失，對散排的生產(chǎn)廢水和生活污水要求就地、就近處理，不得進(jìn)入渠道，施工中應(yīng)盡量防止施工揚(yáng)塵、噪音對空氣及人員造成影響。

3.2 施工步驟及要求

（1）施工前期策劃

嚴(yán)格遵守地方環(huán)保部門和林業(yè)部門要求，按地方、業(yè)主、監(jiān)理的要求制定環(huán)保方案和保護(hù)措施，并經(jīng)審核和批準(zhǔn)后實(shí)施。對所有的施工人員進(jìn)行環(huán)保方案、保護(hù)措施交底，并嚴(yán)格執(zhí)行。

（2）施工前期準(zhǔn)備

修筑道路時應(yīng)注意：進(jìn)場道路不宜經(jīng)過成片林區(qū)、不宜經(jīng)過橫道路方向坡度大于25°的斜坡，避免砍伐大量林木，盡可能利用原有山地道路。

基面平整應(yīng)盡可能減少對塔基周圍原有自然植被的破壞，所平整出的棄土或雜草，宜用沙袋裝好后運(yùn)轉(zhuǎn)至塔位外的合適地方堆放。

在各施工場地周圍設(shè)置施工圍欄進(jìn)行隔離；營地和施工便道盡量選取在無植被或植被較差的地方。

（3）土石方開挖

開挖前項目部對施工隊相關(guān)人員進(jìn)行專項技術(shù)交底。減少需開挖施工作業(yè)面以外的地面破壞。開挖施工可采用鑿、鋼鏟、大錘等工具進(jìn)行人工開挖或鑿巖機(jī)、風(fēng)鎬等小型機(jī)械開挖，特殊情況下采用松動爆破方式開挖。

雨季施工時可在基坑外側(cè)砌筑排水物，避免引起水土流失。

開挖時石土分別堆放，按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)回填，表層應(yīng)有適當(dāng)原土，余土及時清理，以不破壞植被為原則。

（4）基礎(chǔ)施工

盡可能采用商品混凝土，如在施工現(xiàn)場拌和混凝土，現(xiàn)場砂、石料須集中堆放，地面鋪設(shè)彩條布，并對砂、石料沖洗廢水進(jìn)行處置和循環(huán)使用。混凝土振動時采用小功率振動器。

現(xiàn)場鋼筋綁扎后不得碼堆材料，驗收后鋼筋不得亂踩，多余的鋼筋及時清理吊走。

基礎(chǔ)施工中盡可能采用定型鋼模，不使用木模板。

（5）掏挖式基礎(chǔ)

基礎(chǔ)放樣時應(yīng)核實(shí)邊坡穩(wěn)定控制點(diǎn)在自然地面以下，并確保基礎(chǔ)埋深不小于最小設(shè)計值。

第一節(jié)護(hù)壁高度在0.5 mm左右，上端鎖口；以下每節(jié)護(hù)壁高度1.0 m左右，即每開挖深度1.0 m就應(yīng)按要求做一節(jié)護(hù)壁。

孔內(nèi)必須設(shè)置應(yīng)急硬（或軟）爬梯供人員上下，孔口四周必須設(shè)置高度不小于0.8 m的護(hù)欄；當(dāng)孔內(nèi)無人作業(yè)時，應(yīng)在孔口覆蓋可靠的鋼筋網(wǎng)片，防止人畜墜落基坑內(nèi)。

每次開工前或基坑開挖過程中，必須檢測坑內(nèi)有無毒害氣體和缺氧現(xiàn)象，并應(yīng)有相關(guān)的安全防護(hù)措施；挖孔施工過程中，應(yīng)有可靠的通風(fēng)設(shè)施。當(dāng)孔開挖深度超過10 m時，應(yīng)采取向井下送風(fēng)措施。

鋼筋綁扎牢固、均勻，鋼筋保護(hù)層厚度控制符合施工圖要求。

成孔與澆筑須連續(xù)作業(yè)，澆筑前必須清理干凈孔內(nèi)的余土或積水等雜質(zhì)。

現(xiàn)場澆筑混疑土應(yīng)采用機(jī)械攪拌，混凝土下料高度超過2 m時，應(yīng)采取防止離析措施。

冬季施工的混凝土，應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，同時應(yīng)采取防凍措施。

基礎(chǔ)施工結(jié)束應(yīng)盡量恢復(fù)原先的地形地貌。

4 環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理工程

根據(jù)鐵塔建設(shè)和生產(chǎn)實(shí)際，將破壞區(qū)域劃分為山區(qū)地表植被保護(hù)、施工基礎(chǔ)、完工后清理3個單元進(jìn)行治理工程設(shè)計。

4.1 山區(qū)地表植被保護(hù)

山區(qū)的接地溝應(yīng)盡量沿等高線開挖，切忌順坡向下，以免雨水將土石沖走，回填土應(yīng)清除石塊雜質(zhì)并夯實(shí)。

位于斜坡地帶塔位，嚴(yán)禁由坑內(nèi)向坡下棄土，以避免破壞植被和坡體穩(wěn)定。

施工作業(yè)面盡可能少占耕作，基礎(chǔ)開挖實(shí)行生熟土分離，施工后盡可能恢復(fù)植被。

為了防止發(fā)生森林火災(zāi)，嚴(yán)禁施工人員在林區(qū)用火。

在地表植被茂盛、水資源豐富的環(huán)境施工，為切實(shí)保護(hù)當(dāng)?shù)刭Y源生態(tài)環(huán)境，施工中將對環(huán)境的破壞降到最低。

堡坎主要用于對開方后較陡坡體、棄土堆積而成的松散易垮塌坡體的保護(hù)，避免土體自然的或受雨水作用后的垮塌、滑坡等水土流失現(xiàn)象。堡坎以漿砌塊石類型為主，其效果如圖1所示。

圖1 堡坎效果

根據(jù)工程需要，在適當(dāng)位置修筑擋水墻，避免水流沖刷塔基地表土石產(chǎn)生水土流失現(xiàn)象。擋水墻采用混凝土與碎石土施工而成，其結(jié)構(gòu)和效果分別如圖2、圖3所示。

圖2 擋水墻結(jié)構(gòu)示意

圖3 擋水墻效果

在風(fēng)積沙塔位，需要采取必要的防風(fēng)固沙措施，以防止塔位基礎(chǔ)施工對原狀土擾動后表層土的流失。本工程根據(jù)線路沿線實(shí)際情況，采取草方格固沙，其結(jié)構(gòu)和效果分別如圖4、圖5所示。

圖4 草方格結(jié)構(gòu)示意

圖5 草方格效果

塔位施工后，塔基范圍內(nèi)植被將大量減少，且地表多存在一定量的松散土石，當(dāng)塔位附近易出現(xiàn)強(qiáng)降雨且塔位上方存在較大匯水面積時，需在塔基上方塔腿外側(cè)5～8 m處依據(jù)地形地貌設(shè)置排水溝，避免匯水沖刷塔基地表土石產(chǎn)生水土流失現(xiàn)象。排水溝采用漿砌塊石砌筑，排水溝排水口設(shè)置位置不得出現(xiàn)明顯的局部沖刷現(xiàn)象。

生態(tài)護(hù)坡主要用于覆蓋各種軟質(zhì)巖層和較破碎巖石邊坡或是坡面易于受侵蝕的土質(zhì)邊坡，避免邊坡進(jìn)一步垮塌，同時可以通過生態(tài)護(hù)坡使植被較好的恢復(fù)。生態(tài)護(hù)坡應(yīng)用效果如圖6所示。

圖6 生態(tài)護(hù)坡應(yīng)用效果

4.2 施工基礎(chǔ)

降基及基坑開挖多余的土石方，應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)到塔位附近對環(huán)境影響最小、且不影響農(nóng)田耕作、不易出現(xiàn)水土流失的地方堆放，對施工中無法避免破壞的植被，要采取恢復(fù)措施，防止水土流失。

杜絕出現(xiàn)“平地起坑”現(xiàn)象，嚴(yán)禁隨意棄土，倡導(dǎo)綠色施工，盡量減少對環(huán)境的影響。

施工中嚴(yán)禁車輛超載運(yùn)輸，對運(yùn)輸損壞的道路、水渠等要及時修復(fù)至原貌。

4.3 完工后清理

砂、石、水泥堆放要鋪墊彩條布，施工完后及時清理多余材料等遺留物，切實(shí)做到工完料盡場地清。

施工、生活廢水不隨意排放，施工、生活垃圾分類回收，不隨意傾倒。

施工完工后要及時清理施工棄物，盡量恢復(fù)地面的天然狀態(tài)，使沿線景觀河植被保持原貌。

5 措施效果

同一塔型條件下采用板式基礎(chǔ)與掏挖式基礎(chǔ)的主要指標(biāo)對比如表2所示。

表2 2F7-SJC1塔型不同基礎(chǔ)指標(biāo)對比

本工程218基鐵塔中有187基采用了掏挖式基礎(chǔ)，總混凝土用量5 236 m3，鋼筋用量238 t，比采用板式基礎(chǔ)節(jié)省混凝土用量1 050 m3，節(jié)省鋼筋563 t，少開挖地表面積9 565 m2。可見，采用掏挖式基礎(chǔ)比板式基礎(chǔ)地表開挖面積減少近10 000 m2，大大保護(hù)了當(dāng)?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境，節(jié)省了混凝土用量和鋼筋用量。

6 結(jié)語

工程施工不僅要根據(jù)地理環(huán)境做好施工前期準(zhǔn)備工作，還要注意必要的施工技巧及環(huán)保措施，才能達(dá)到良好的施工效果。

（1）施工前，需詳細(xì)了解施工地點(diǎn)的地勘情況和地質(zhì)情況，制定正確有效的施工方案。

（2）黃土狀粉土施工時盡量使用小藥量爆破，防止破壞巖體整體性和邊坡距離。

（3）在掏挖基礎(chǔ)施工時，僅憑單一的施工方法是不行的，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和不同的土質(zhì)特性進(jìn)行綜合治理。