輸電線路塔基防洪問題探討

胡進寶，蔣雪琴

（中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，西安710075）

輸電線路由于線路路徑長， 跨越的地貌單元多樣，不可避免地存在著跨越河流、湖泊、溝渠等水文條件較為復雜地域的情形。在這些地段，輸電線路塔基防洪問題尤為關鍵，對于工程造價有著直接影響。如果考慮過大，則容易造成經濟浪費；反之如果考慮過小，輕則造成經濟損失，重則關乎工程的安全穩(wěn)定運行，因此在設計各個階段都給予了特別關注。工程實踐中，需要結合水文條件、地質條件、周邊已運行工程實踐經驗等綜合分析計算判斷， 最終確定一個合理的設計值，滿足工程實際設計需要。本文以工程實例作為研究對象， 分析輸電線路塔基基礎防洪問題， 對防洪問題中涉及的沖刷計算和人類活動影響等問題進行探討， 以期為類似輸電線路工程提供有益參考。

1 沖刷計算

輸電線路基礎沖刷計算歷來沒有自己獨立成體系的計算公式， 采用公式來源于公路和鐵路的橋梁沖刷計算，沖刷深度為天然沖刷、一般沖刷和局部沖刷三者之和［1，2］。

天然沖刷指河道天然演變所導致的沖刷，這種沖刷更多地緣于地質營力所形成，諸如風蝕、水蝕等，天然沖刷目前尚無可靠的計算方法，其幅度較難量化。 此外，由于輸電線路工程壽命相對于地質年代很短， 且由于這部分計算需要多年的觀測資料，而極少數河流才進行監(jiān)測，一般河流較難以獲取，因此，工程實踐中很少考慮天然沖刷對輸電線路基礎的影響。 多年工程實踐證明，這種考慮是可以保障線路的安全穩(wěn)定運行的。 但對于一些多沙質游蕩型河流，人類活動對河床改變較大，導致河床被重新塑造，如黃河流域的水庫沖沙活動，這類活動導致的天然沖刷需要單獨考慮， 后面的人類活動影響將專門分析。

一般沖刷計算是輸電線路沖刷計算的焦點，也是難點所在，是指由于工程建成，行洪斷面被壓縮，過流流速增加，從而河流被重新塑造，上述過程所導致的沖刷。 輸電線路的沖刷計算具有其不同于橋梁沖刷計算前提的特殊性，如在電力行業(yè)中比較普遍的觀點認為輸電線路檔距較大，因而基礎壓縮河流斷面甚少， 且基礎截面與河寬相比占比很小，對于流速影響可忽略不計， 從而可以不考慮一般沖刷，如110kV輸電線路北江跨越工程［3］。 但上述成果由于缺少理論和實踐支撐，在水利部門完成的防洪影響評價中，經常持完全不同的觀點，即同時考慮一般沖刷和局部沖刷。 從工程安全角度考慮，同時考慮到水利部門對工程監(jiān)管的需要，此外，一般輸電線路跨越河流相對較少，采用差異化的跨河設計滿足工程的需要，本文建議按水利部門的沖刷計算考慮，即同時考慮一般沖刷和局部沖刷。 這樣既滿足了工程安全的需要，同時在相關政府監(jiān)管中也是有利的。 一般沖刷計算中同時需要的另一個問題是現(xiàn)有塔位處于灘地和主槽的情形，這種情形對于游蕩型河流尤為關鍵，游蕩型河流主槽不定，由于人類活動、 大的洪水過程皆可能對河道進行重新塑造，因此在這些河段必須要考慮主槽演變對塔位沖刷的影響［4］。對于一些游蕩性河床沖刷深度計算，半理論半經驗公式存在一定局限性，需進行模型試驗進行對比分析［5］。

局部沖刷指河道中設置塔基后， 塔基周圍的水流情況與原始天然狀態(tài)會發(fā)生很大變化， 由于塔基對水流的阻擋作用， 因此在塔基上游不遠處導致水面壅高，至塔基位置達到最高，兩側水流收縮集中，動能增加，水面逐漸下降，在塔基后一定范圍內水面都很不穩(wěn)定。 塔基的阻水作用使塔基前形成較強的螺旋流并向下游傳播發(fā)展， 同時在塔基下游形成回流區(qū)，回流區(qū)會形成旋渦將泥沙卷往下游，引起床面沖刷。水流在壓差的作用下產生漩流，在與縱向水流匯合后，產生圍繞塔基卷繞的馬蹄形漩渦，漩渦是引起局部沖刷的主要原因［6］。 局部沖刷的計算主要與一般沖刷后水深、基礎型式、與水流的夾角等相關，在基礎型式中，目前采用群樁基礎沖刷的，根據工程實踐，將群樁折算到單樁的迎水截面，從而采用與單樁相同的公式，可以在一定程度上解決復雜問題［7］。對于特殊復雜的群樁沖刷深度計算，通過模型試驗，研究成果可為設計、 相關專題所需的沖刷問題提供有利的技術支撐［8］。

2 人類活動影響

人類活動很大程度上改變了原有的自然地形地貌條件，具有巨大的自然再塑力，導致流域形態(tài)、水流流向、流速等改變，與原有自然地形地貌條件有很大不同，將可能導致很大的破壞力。 因而，在人類活動頻繁地區(qū)需考慮工程建設期內人類活動對塔基防洪可以能影響，提前采取技術和工程措施，以避免由于人類活動導致的工程措施變更。 下面以典型工程實例進行分析。

某500kV輸電線路工程，跨越河流，施工圖定位時，塔基位置位于河漫灘上，后由于上游修建公路，對河道進行了整治，導致部分右岸的河漫灘被侵占，使原流向右岸的水流向左岸集中， 導致向塔基方向的流量增加， 上述過程中水流對河床進行了重新塑造，河床發(fā)生了演變，導致流速加大，水深增加，水流對河床進行重新塑造，相應導致河床沖刷增加，使原處于河漫灘的塔位演變成為主槽，增加了工程風險，雖然設計時已按主槽設計考慮，但是已對工程檢修、運行維護、接地等造成一定不便，后進一步為了工程安全考慮，增加采取拋石措施，并需要定期監(jiān)測塔基可能存在的變形等。 塔基位置不同時期影像及現(xiàn)場照片如圖1。

圖1 不同時期影像及現(xiàn)場照片

某330kV輸電線路，位于山前沖洪積扇，后由于上游進行溝道整治，將數個分叉的水流進行了集中，集中匯入塔位緊鄰的溝道， 導致塔位處的溝槽下切不斷加深，進而影響了塔位安全。塔位處溝道不斷沖刷下切如圖2。

圖2 塔位處溝道不斷沖刷下切

由于修建截洪溝改變了原有的溝道來水量，導致來水量增大，同時地層為圓礫及砂土，顆粒間無黏性， 抗沖刷能力差， 因此水流對沖溝的切割逐漸加大，塔位沖溝不斷向下深切，溝底兩側直立陡坎相對高度不斷增加，不斷坍塌或引發(fā)滑塌，進而在不斷循環(huán)交替過程中向塔基方向發(fā)展， 最終威脅塔基的安全穩(wěn)定性，經現(xiàn)場踏勘后，采取了塔基移位的措施，造成了一定程度上的經濟損失。

某330kV輸電線路工程跨越渭河段，施工圖定位階段塔位位于河漫灘上，中心樁距主槽約40m，后由于河道整治、上游水庫沖沙等人類活動影響，現(xiàn)塔位位于主槽；且由于受沖刷影響，基礎裸露，從而導致塔基產生不穩(wěn)定因素，如圖3。

圖3 塔位裸露照片

根據現(xiàn)場踏勘調查，分析原因主要有：①河道整治改變了河勢，2011年陜西渭河段綜合整治工程開工，整治工程西起渭南與臨潼交界，東至渭河潼關入黃口。包括防洪工程、河道清障、污水治理、生態(tài)景觀四大建設內容。按照城區(qū)段百年、農防段50年一遇標準，對渭河河灘區(qū)進行全線清障。由于綜合整治工程開工，改變了原有河道河勢，使河道主槽發(fā)生了比較大的變化。 此外，在距線路上游約500～1000m內修建了2個挑流丁壩，使水流偏向塔基處，導致塔基處水流流速、水深改變，從而導致沖刷深度加大，使塔基基礎裸露。 ②梯級電站聯(lián)合調度調水調沙對渭河河道形態(tài)的影響，上游連續(xù)進行了利用并優(yōu)化桃汛洪水過程沖刷降低潼關高程試驗，均取得明顯效果。潼關河段河勢調整理順，形成單一的規(guī)則主槽，導致潼關高程下降，由于排沙的上溯性，導致塔位處的高程逐年下降。

某750kV輸電線路跨越喀拉喀什河，因無法實現(xiàn)一檔跨越需在灘地立塔，跨越河段為游蕩河段，根據現(xiàn)場踏勘收資， 當地水行政主管部門計劃對河道進行整治，在設計階段應留有一定的安全裕度。綜合上述因素，考慮到將來對河道進行整治，灘地存在演變?yōu)橹鞑鄣目赡苄裕?在施工圖設計階段按照主槽考慮進行計算沖刷。 輸入參數和計算結果如表1。

表1 沖刷計算輸入和輸出參數

3 討論

針對上述問題，如何避免輸電線路在跨越河流、湖泊、溝渠等水文條件較為復雜的地域，可能導致工程變更，主要有以下考慮：

（1）進行充分現(xiàn)場踏勘和資料收集，現(xiàn)場踏勘是設計的前提，只有充分現(xiàn)場踏勘，才能為后續(xù)工作提供基礎，在現(xiàn)場踏勘過程中，要充分注意周邊工程情況，要留意工程名稱、承建單位等信息，為后續(xù)收資奠定基礎。在資料收集過程中，不但要收集現(xiàn)有工程資料，同時還應收集規(guī)劃工程資料。資料收集是進行內業(yè)工作的基礎，只有充分的資料收集，才能與內業(yè)的分析計算進行比較對比， 從而為提供合理的結果奠定基礎。資料收集是進行計算的外部邊界條件，因此資料收集的完整程度一定程度上決定了成果的準確性。 在資料收集過程中， 還應注意規(guī)劃資料的收集，從而在設計時進行適當提前考慮，尤其是對于大的水利工程、堤防工程等，這些工程對高程、流量有較大影響，工程建成后，如果這些水利工程實施，將有可能對設計階段的成果形成顛覆性影響， 適當考慮， 供相關方決策， 從而避免了后續(xù)的可能工程變更。

（2）對線路經過人類活動影響強烈地區(qū)，盡量避免河中立塔， 應在前期階段， 相關專業(yè)進行充分溝通，進行跨河方案比選，從而最大程度上減少河道、湖泊、溝渠中立塔的情形，如無法避免，應優(yōu)選立塔位置，通過影像圖對比不同時期歷史影像，避開分洪口門、河道演變劇烈地段等不利位置，如無法避開，從工程安全角度出發(fā)，應適當留有裕度，對于游蕩型河流，可采取灘地立塔按主槽考慮，這樣在前期階段就留有一定的安全裕度， 從而最大程度上避免因水文條件變化導致塔基不穩(wěn)定等狀況。

（3）對于人類活動已導致塔基可能處于不穩(wěn)定情形，相關專業(yè)經過會商，在條件許可的狀況下，采取防護補救措施，如采用拋石等加固塔基，同時在上游修建擋水措施，將水流挑離遠離塔基的位置，此措施需要河道主管部門的許可， 同時必要時進行塔基定期監(jiān)測，為后續(xù)相關措施提供基礎資料。

4 結語

輸電線路由于線路路徑長，跨越的地貌單元多樣，在水文條件復雜地段輸電線路塔基防洪問題尤為關鍵，對于工程造價有著直接影響。 本文以工程實例為研究對象， 分析輸電線路塔基基礎防洪問題，對防洪問題中涉及的沖刷計算和人類活動影響等問題進行探討，以期為類似輸電線路工程提供有益參考。