电网工程中沙漠地区杆塔位基础处理方案及防风固砂分析

摘　要　根据对且末220kV变电站－塔什萨依110kV变电站输电线工程沿线踏勘调查，发现沙漠地区的风蚀作用、流动性砂丘等不良地质现象会对输电线路杆塔位基础和稳定性造成极大的影响和破坏。本文根据现场勘察资料和室内研究成果，对电网工程中沙漠地区杆塔位基础处理方案及其稳定性、防风固砂原理进行了分析。

关键词　电网工程　风蚀　砂丘　基础处理

中图分类号：TM754

文献标识码：A

1 沙漠地区不良地质作用概述

国家电网工程中输电线路工程在穿越沙漠地区时，将不可避免地受到以下不良地质作用的影响：

（1）风蚀作用：风的剥蚀作用简称风蚀，包括吹扬和磨蚀两种方式。沙漠腹地风速大、地面干燥、植被稀少、松散物覆盖，表层砂层易受吹扬作用而经常处于被搬运移动状态。迎风面的砂粒被风吹扬而沉积于背风面，导致整个砂层沿风力作用方向推进，这就是沙漠地区地形经常变化的内在因素。正是这个原因，沙漠中输电线路杆塔位基础周围的松散砂层易受到风蚀作用被吹蚀掏空。进一步导致杆塔位基础不均匀沉降，甚至倾倒破坏。

（2）流动性砂丘：风积物形成的砂质丘岗，迎风坡上的砂粒在风力作用下以跳跃和蠕移的形式向上坡移动并在落砂坡的上部堆积，当砂粒堆积到坡度超过休止角时，又发生坠落。这种过程反复进行，便使砂丘不断向前移动。

且末220kV变－塔什萨依110kV输电线工程部分线路路径穿过塔克拉玛干沙漠，该沙漠是我国流动性砂丘分布最广的沙漠，流动性砂丘占85%。砂丘高大，一般高度100～150m，其中高度在50m以上的砂丘占全沙漠流动性砂丘的80%；砂丘形态复杂，基本为复合型砂丘链，走向NNE-SSW或NE-SW，基本与主导风向一致。流动性砂丘的移动速度为5～10m/a。

2 杆塔位基础处理方案分析

且末220kV变－塔什萨依110kV输电线工程中部分地质段（G29～G31、G298～G427、G435～G512、G540～G560）地形起伏较大，穿行于复合型砂丘、流动性砂丘、半固定-固定砂丘。砂丘高度在5～40m之间，直接威胁到线路杆塔的稳定性及基础结构的完整性。此段砂丘高大，风积砂土很厚，干燥～松散状态，砂颗粒均匀，磨圆度较好。由于风积砂承载力低，又比较松散，满足不了地基承载力的要求，基坑开挖时容易流动、坍塌，杆塔基础需要进行人工处理。

（1）垫层法：先对基础底部砂土浸水至饱和，当砂土浸水呈饱和状态时，在振动作用下可克服砂土颗粒间的阻力而重新分布，由疏松到密实。在级配良好的情况下，颗粒较小的砂土，在动水压力作用下可以均匀地填充到大颗粒的空隙中，得到较大的密实度。经振动碾压密实后的稳定砂层，承载力可达150～200kPa，且地基压缩性小、施工简便、费用低。然后每层铺40～50cm厚风积砂，浸水至饱和，进行振动碾压至密实。垫层厚度根据实际情况考虑，可采用1～2m厚。在基坑开挖完成，底部垫层处理好后，就可以进行钢筋混凝土浇注。

（2）整体重力式基础：风积砂干燥松散，作为回填土满足不了杆塔基础抗拔力的要求，可考虑由杆塔基础的自身重量来满足抗拔力的要求，因此可采用整体重力式基础形式。采用整体重力式基础主要综合考虑不均匀沉降、底部沙土处理和施工围护、支护措施简便易行。在设计进行抗拔计算后，提出基础埋深，再考虑到基础处理深度1～2m，最终就可确定基础开挖深度。施工时，现在基础范围边缘打入围护结构，并到基础确定的深度，然后才能进行基坑开挖。

（3）独立式基础：首先采用垫层法对基础进行处理。采用独立式基础，在设计进行抗拔计算后，提出各塔腿基础埋深，再考虑基础处理深度1～2m，最终确定基础开挖深度。施工时，现在基础范围边缘打入围护结构，并到基础确定的深度，然后才能进行基坑开挖。

（4）避开或推平：当线路路径经过沙漠边缘时，砂丘分布较多、高度不高且移动速度较快。此种情况下，杆塔位首选避开，当砂丘链区较宽难以避开时，可采用人工或机械方式进行推平。基础持力层采用下部自然沉积的粉细砂层，可采用天然地基。

3 砂丘区域防风固砂分析

由于输电线路穿行于沙漠中流动性砂丘区域，为保证杆塔位基础的稳定性，就需要对流动性砂丘进行治理防护。鉴于“重害重防、轻害轻防、因害设防、阻固结和”的原则，具体可采用以下防风固砂措施：

3.1 草方格砂障

把麦秸、稻草、或经压碾的芦苇等粗纤维材料截成段，下半截栽入土中固定，出路部分在地表形成格状或带状的半隐蔽砂障。主要用于流砂固定，阻滞砂丘前移。草方格工程的防砂原理是增加地表粗糙度，改变其上的风速廓线，从而减弱贴地面层风速，降低实际风力作用的有效性，控制风蚀作用。常规草格带高度12～15cm，规格1m?m，通过工程前后风能的损耗和再分配，从而达到抑制风蚀，固定流砂的目的。

3.2 砂埂砂障

砂埂砂障的设计思路就是用农民使用的刮耙将流砂堆成各种规格的砂埂。砂埂的规格一般是底宽30～40cm，高15 ～ 25 cm，截面为等腰三角形。在砂埂完成后，再用土壤凝结剂喷洒固结。这种砂障最大的特点就是把过去化学固砂单一的隔离作用和其他砂障类型增加地表粗糙度的作用桥面的节后在一起发挥固砂作用。充分利用风积砂设置砂障，最大程度地体现“就地取材、以砂治砂”的思想。砂埂砂障比直接喷洒在砂面上形成的结皮砂障固砂效果要好的多。砂障规格越小，对风的削弱能力越强，固砂能力越好。

另一方面还可以与植物固砂结合起来使用，在所设置的砂埂砂障中种植各种固砂植物。

3.3 土工编织袋砂障

砂袋砂障的制作材料首选抗老化的土工编织袋，该材料具有抗老化、比重轻、耐酸碱、耐腐蚀、强度高等优点。砂袋规格形式可分为长桶形、有鳍砂障两种。制作有鳍砂障的砂袋时，接口处预留8cm，在第一道缝线外侧每隔1cm增加一道缝线，共增加三道，以增加鳍底部的刚度。在长桶形有鳍砂障的基础上，将缝线以上的编织袋横线抽去，使其发挥类似于麦草砂障的作用，对风产生扰动作用。使用时在袋内装砂，以达到利用风积砂“以砂治砂”的基本思路。通过室内外综合实验分析，土工编织袋砂障规格为15cm?0cm?00cm或者带距为100cm的有鳍砂障最为合理。使用时就地装砂，再平铺于砂面形成1m?m、1.5m?.5m或2m?m的土工布平铺砂障，其平面也可制成带状。

由于每一个固砂单元都可以实现移动，因而可根据风砂危害程度的大小调节砂障的规格。在砂障被流砂埋压后可以提起，其固砂效能就能恢复如新，从而实现“障随砂长”。这样就可以使传统的静态固砂转化为动态固砂。

3.4 土工编织袋固砂墙

利用新型抗老化土工布制成规格为40cm?0cm?cm的土工编织袋。采用就地装砂的方法，在治理高大砂丘的砂脊线上直接摆放形成土工布高立式砂障，为了防倒伏，两侧可加设0.5m的草方格，或用化学凝固剂喷面。

4 结论和建议

通过对输电线工程中沙漠区域杆塔位基础处理方案的了解分析以及防风固砂方法的讨论，得出以下结论：

（1）为了防止沙漠区域中风蚀作用及流动性砂丘对输电线杆塔位基础的破坏可采用垫层法、整体重力式基础、独立式基础、避开或推平的处理方案；

（2）为保证输电线杆塔位基础的稳定性，对流动性砂丘可采用草方格砂障、砂埂砂障、土工编织袋砂障（砂墙）等措施进行治理防护。

建议在国家电网输电线工程途经沙漠地区时，相关部门和人员建立完善和成熟的防风固砂措施体系，以保证输电线路的安全与稳定。

参考文献

[1]　夏邦栋.普通地质学[M].地质出版社,1995:226-231.

[2]　褚飞.且末220kV变－塔什萨依110kV输电线路岩土工程勘测报告[R].新疆:新疆电力设计院电网设计室,2011.