500kV呼北1、2线基础回填土塌陷原因分析及治理

500kV呼北1、2线基础回填土塌陷原因分析及治理

王宝成周祥张悉正

（国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司呼伦贝尔运维分部内蒙古呼伦贝尔021000）

摘要：500kV北巴1、2线基础回填土塌陷严重，严重时发生杆塔倾斜。本文通过分析各种运行环境原因，指出各种预防方法并分析了各种方法的适用性。通过合理运用适合北方高寒地区的多种方法综合治理，达到降低输电线路杆塔倾斜概率，提高线路的可用率，提高系统稳定性。

关键词：回填土塌陷；湿陷型黄土；杆塔基础；杆塔倾斜；

1概述

输电线路在电网中担负着电能输送的重要任务，用于连接发电厂和变电站或变电站和变电站，是电网主网架的重要组成部分，对电力系统安全稳定运行起着重要作用。

2010年来，呼伦贝尔地区建设了大量500kV输电线路。500kV呼北1、2线杆塔基础位于湿陷型黄土地质，2012年来陆续发生湿陷沉降。如不及时治理会照成杆塔倾斜，甚至倒塔事故。我国黄土分布面积约为63.5万平方千米，占世界分布总面积的4.9％左右，而湿陷性黄土又占了相当大的比例。湿陷性黄土由于其特殊的物理结构和力学特性，造成其在干燥情况下具有很高的强度；而受水浸湿后土的结构迅速破坏，强度也随之降低，引起基础的破坏。而湿陷性黄土在北方干旱地区中又比较少见，因此本文针对黄土基础湿陷性提出了常用的处理方法，也针对黄土产生湿陷的外因—水，提出了防排水措施，以此来提高输电线路基础的稳定性和耐久性。

2500kV呼北1、2线回填土塌陷情况

500kV呼北1、2线位于宝日希勒煤矿附近，地表1米为黑土，1米以下至30米为黄土30米以下为煤层岩石层。2010年竣工投产后，由于基础使用了大量混凝土，虽然回填土已经夯实，基础回填土仍然高处地面50-80mm，2010-2012年发生均匀沉降10-30cm，但2013年夏季基础回填土突然大面积下陷50-100mm，部分孔洞直径达50cm深达3米，如图1所示。呼北1、2线8号转角塔最为严重，基础发生轻微变形构成严重缺陷，7号塔地线悬垂线夹出现倾斜现象。

图1回填土大面积下陷图

3回填土塌陷原因分析及常规治理方法

3.1原因分析

500kV呼北1、2线线路附近，没有施工的地表为1米深黑土，降雨被黑土层吸收不会对1米以下的黄土层的稳定照成影响。施工将原有的黑土层破坏，没有按原土壤结构将黑土回填到最上层，黄土直接暴露在地面。由于草原地区干旱少雨，黄土在干燥时具有较高的强度，而遇到较大将水后表现出明显的湿陷性[1]，这是由黄土的特殊成分和结构决定的。因回填土土壤分部结构变化，引起500kV呼北1、2线基础回填土湿陷。

2010年-2012年呼伦贝尔地区干旱少雨，500kV呼北1、2线位于呼伦贝尔能源电厂3千米范围内。呼伦贝尔能源电厂装机2台600MW的风冷燃煤机组，改变了局部小气候，全年降雨很少。2013年我国北方发生洪涝灾害，呼伦贝尔降雨较大，持续时间较长。加上转角塔黄土主要结构特征是具有明显的大孔性，结构疏松，孔隙度大，一般为33～64%。干容重与土的孔隙度有关，土的孔隙度越大，则干容重越小。干容重是评价黄土湿陷性的一个综合性指标，通常认为干容重越大，其湿陷性越小。黄土的抗剪强度c、φ值与黄土的湿度、结构关系密切。其内摩擦角(φ)为5°～31°，内聚力(c)为0～0.42×10^5pa。黄土的压缩性及抗剪强度受黄土的成因、结构、组成及气候环境等因素的影响，所以不同地区的黄土其压缩性及抗剪强度也有所差别。造成500kV呼北1、2线基础回填土大面积塌陷。

500kV呼北1、2线8号塔为500kV双回路转角塔，塔重40.6吨塔全高64.5米。降雨时大量雨水顺塔材流到回填土上，增加了塔基的降水量。同时，湿陷性黄土的最大特点是：在土的自重压力或土的附加压力与自重压力共同作用下，受水浸湿时将产生大量而急剧的附加下沉，发生湿陷，它与自重湿陷性黄土一般土受水浸湿时所表现的压缩性稍有增加的现象不同。造成500kV呼北1、2线8号塔基础回填土湿陷尤为严重。

3.2常规治理方法及适用性分析

(1)土（灰土）垫层换土法治理

在湿陷性黄土地基上设置土垫层，在我国是一种传统的地基处理方法，已有近两千年的历史，目前被广泛推广采用。将处理范围内的湿陷黄土挖去，用素土（多用原开挖黄土）或灰土（灰土比一般为3：7或2：8）在最优含水量状态下分层回填（压）实[2]。采用土垫层或灰土垫层处理湿陷性黄土地基，可用于消除基础底面1-3m土层的湿陷性，（目前也有6m以上换填，主要做法是下部用素土换填，分层碾压，上部采用灰土垫层），减少地基的压缩性，提高地基的承载力，降低土的渗透性（或起隔水作用），往往以消除湿陷作为地基处理的目的。

针对500kV呼北1、2线基础深度为4.2-6米，采用常规的开挖回填土换填方式易造成倒塔事故，不易在运行线路开展。

(2)化学加固法治理

在我国湿陷性黄土地区地基处理应用较多，并取得实践经验的化学加固方法包括硅化加固法和碱液加固法，其加固机理如下：

碱液加固：利用NaOH溶液加固湿陷性黄土地基在我国始于20世纪60年代，其加固原则为；NaOH溶液注入黄土后，首先与土中可溶性和交换性碱土金属阳离子发生置换反应，反应结果使土颗粒表面生成碱土金属氢氧化物，例如：

2NaOH+Ca2+→2Na++Ca(OH)2

2NaOH+Ca2+(土粒)→2Na+(土粒)+Ca(OH)2

这种反应是在溶液渗入土中瞬间完成的，它所消耗的NaOH仅占加固土所用的一小部分。

硅化加固：土中呈游离状态的SiO2和Al2O3,以及土的微细颗粒（铝硅酸盐类）与NaOH作用后产生溶液状态的钠硅酸盐和钠铝酸盐，如：

2NaOH+ｎSiO2→Na2O+ｎSiO2+H2O

2NaOH+mAl2O3→Na2O.mAl2O3+H2O

在氢氧化钠溶液作用下，土粒（铝硅酸盐）表面会逐渐发生膨胀和软化，相邻土粒在这一过程中更紧密地相互接触，并发生表面的相互溶合。但仅有NaOH的作用，土粒之间的这种溶合胶结（钠铝硅酸盐类胶结）是非水稳性的，只有在土颗粒周围存在Ca(OH)2的条件下，才能使这种胶结物转化为强度高且具有水硬性的钙铝硅酸盐的络合物。依靠这些混合物的生成，使土粒相互牢固地胶结在一起，强度大大提高，并且有充分的水稳性。

但化学加固法成本较高，且常温反映较慢，需加温加热。不适合500kV呼北1、2线运行线路。

(3)预浸水法

预浸水法是在修建建筑物前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水，使土体在饱和自重压力作用下，发生湿陷产生压密，以消除全部黄土层的自重湿陷性和深部土层的外荷湿陷性[3]。上部土层（一般为距地表以下4~5m内）仍具有外荷湿陷性，需要作处理预浸水的浸水坑的边长不得小于湿陷性土层的厚度。

预浸水法，适用于基础施工前或回填土期间对湿陷黄土进行处理。不适合已经运行的500kV呼北1、2线，如注水会造成杆塔基础不均匀下沉，杆塔倾斜。

4结论与建议

本文针对500kV呼北1、2线基础回填土大面积塌陷的情况进行了原因分析，并在此基础上对常规湿陷性黄土的治理方法进行比较，结合实际应用情况得出以下结论：1)500kV呼北1、2线位于湿陷性黄土带，由于施工造成了土壤结构改变。2)遇到降水发生回填土大面积湿陷，常规的湿陷性黄土基础治理方法不适合500kV呼北1、2线。

由于常规的湿陷性黄土基础治理方法不适合500kV呼北1、2线，因此按照《国家电网公司架空输电线路运维管理规定》要求提出如下建议：

1)针对500kV呼北1、2线的湿陷情况，可以采取夯实加防水的方式进行治理。用小型夯实机对基础回填土范围进行夯实，将大的孔洞填入黑土夯实[4]。

2)回填拌入草籽的黑土，回填高度高于地表，塔基范围形成雨伞状中间高四周低，便于塔上流下的雨水及时流出。要求重点夯实四个塔腿附近的土壤，在塔基施工开挖面形成一个保护措施，防止雨水顺塔脚大量渗入地下。待草籽长出后，形成稳定的植被保护基础附近回填土不会风化流失。

3)运行维护过程中若发现基础缺土或基础根部土壤有缝隙，应及时回填黑土夯实处理。

参考文献

[1]张宏志.500kV输电线路典型缺陷分析图册[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2]国家发展改革委员会.DL/T5024-2005电力工程地基处理技术规程[S].北京:中国电力出版社,2005.

[3]陈子岩,魏劲容.浅谈室温硫化硅橡胶防污闪涂料在绝缘子上的应用[C]//2009输变电年会,2009:10-15.

[4]谢洪平.500kV输电线路钢化玻璃绝缘子集中自爆现象分析[J].江苏电机工程,2006,25(2):55-57.

[5]本社.500kV输电线路护线手册[M].北京:中国电力出版社,2014.

作者简介：

王宝成(1978-),男,助理工程师,主要从事输电运维管理工作;

周祥(1972-),男,助理工程师,现从事输电检修管理工作;

张悉正(1971-),男,助理工程师,现从事输电安全质量管理工作;