基础选型优化及环保措施.docx
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基础选型优化及环保措施
基础选型优化及环保措施研究
摘要
输电线路工程中，基础部分是线路工程的重要组成部分，对其进行合理规划及优化，以适应复杂多变的地质、地形条件并从根本上满足结构受力及变形要求，对保证线路安全运行具有重要意义。
本专题结合本工程的地形、地质以及水文状况，全面介绍了输电线路工程中各种基础型式的特点，以具体对于本工程的适用性。
随后介绍了本工程基础选型原则，对基础材料选用也给出了建议。
在此基础上，结合本工程的实际情况，对不同基础型式进行了计算对比分析，以此为依据对本工程拟采用的基础型式做了初步规划。
另一方面，随着社会的发展，国家对环境保护日益重视，保护环境、防止水土流失更是我国的一项基本国策。
输电线路基础部分土石方工程容易造成对环境的破坏并存在一定水土流失现象，需要采取合理的基础型式并充分优化设计，减小土石方量，防止水土流失，将工程对环境的影响减小到最小程度。
因此电力建设应积极保护环境，尽量保持生态平衡，减少水土流失。
本专题结合基础设计、施工的特点，对环境保护、水土保持等多方面进行了论述。
提出了采用高低柱基础以减少基面开挖，修砌基面排水沟已防止基础被冲刷，对塔基进行护坡或修砌挡土墙防止水土流失，以及生态植被护坡等多种方式，确保塔基施工队环境的破坏控制到最小。
此外，本专题还对施工措施、弃渣处理等方面提出了合理建议和方法。
目录
1工程简介1
2地质、水文概况3
3基础选型与规划4
3.1初选基础型式的适用性分析4
3.2基础选型原则12
3.3基础材料使用原则13
3.4本工程基础型式分析14
3.5本工程基础型式规划18
4岩溶地质基础处理18
4.1岩溶地基可不作处理的原则19
4.2岩溶地基主要处理措施19
4.3辅助处理措施及注意事项21
5环保措施23
5.1高低柱基础的使用23
5.2基面排水27
5.3护坡及挡土墙29
5.4护面及人工植被29
5.5做好塔基弃渣处理措施30
5.6施工措施30
1工程简介
线路所经区域以山地地形为主，由于地形所限原因，部分塔基处存在较大高差的塔位，铁塔按长短腿设计以适应山区的地形和地质条件。
在输电线路工程中，基础部分是线路工程的重要组成部分，对其进行合理规划及优化，以适应复杂多变的地质、地形条件并从根本上满足结构受力及变形要求，对保证线路安全运行具有重要意义。
而且基础部分的造价、工期在整个线路工程中占很大比重。
根据以往输电线路工程的统计：
输电线路基础工程施工工期约占整个工期的50％，费用约占工程本体造价的15％－20％。
对基础方案合理规划并进行优化设计，对提高整个工程进度有益，并可有效降低整个工程造价。
基础设计中需要根据受力条件、现场地形地质条件，充分吸收以往线路工程经验进行优化。
随着社会的发展，国家对环境保护日益重视，保护环境、防止水土流失更是我国的一项基本国策。
输电线路基础部分土石方工程容易造成对环境的破坏并存在一定水土流失现象，需要采取合理的基础型式并充分优化设计，减小土石方量，防止水土流失，将工程对环境的影响减小到最小程度。
因此电力建设应积极保护环境，尽量保持生态平衡，减少水土流失。
2地质、水文概况
线路路径沿线地貌主要为构造剥蚀低山地貌，地形整体起伏较大。
线路所在地海拔高程均在1000m以下。
沿线区域地质表层主要以松砂石和碎石土为主，下层以片岩为主。
线路所在区地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度为0.10g，反应谱特征周期为0.20s。
沿线少量山坡脚沟谷中有地表溪流，水量较小，基本可忽略。
总体而言，线路塔基基础影响范围内无地下水分布，塔基少量位于槽谷地段，需考虑地下水对基础的影响。
据线路附近其它工程资料，地下水对混凝土结构和混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。
沿线无不良地质作用。
3基础选型与规划
3.1初选基础型式的适用性分析
根据地质地形资料和本工程基础作用力特点，初选的基础型式包括如下几种：
①全掏挖式基础；②岩石嵌固基础；③人工挖孔桩基础；④现浇板式基础；⑤斜柱主材插入式基础；⑥现浇阶梯基础。
各种基础型式的说明如下。
3.1.1全掏挖式基础
该基型适用于无地下水的硬塑、可塑粘土地基，主要适用于基础作用力较小的直线塔。
对于受力较大的直线塔和转角塔，全掏挖基础基坑开挖尺寸一般较大，使用受到一定限制。
该基型在掏挖可成型的情况下，由于掏挖的基坑较小，未扰动基坑周边原状土，充分利用原状土的抗剪强度，有利于节省基础混凝土方量、钢材用量，并且不需支模、土方量少、弃土少，施工方便，对环境的破坏小，其较高的技术经济性是显而易见的。
但该基型地质条件要求较高，最主要的是有地下水、基坑开挖后洞壁不稳定，开挖难以成形的塔位不宜采用；为适应地形条件需要，常常抬高或加深基础主柱高度，此时基础的抗倾覆稳定性往往成为控制因数之一，为此需增加基础埋深，扩大基础主柱直径。
全掏挖基础对地基土层有一定的要求，同时基础作用力不宜过大，掏挖基础尺寸需要控制在一定范围内，以满足施工技术条件和施工安全要求。
因此本工程在条件适合的情况下优先使用，特别适用于岗顶岗坡地表无积水的塔位。
3.1.2岩石嵌固基础
岩石嵌固式基础一般在山区运用较广，其基础底座嵌固在岩体中，充分利用岩石的抗剪能力，提高了基础抗拔能力，减少了土方开挖量及回填工作量，有效地保护自然环境，施工不用模板或少用模板，简化了施工工艺。
施工方便，缩短了工期，具有明显的经济效益。
软质岩和硬质岩地段均可采用，是岩石类地基中首选基础型式。
该基础型式适用于强风化、易于人工开挖（凿）的岩石地区，特别适用于抗剪强度小于30
的岩石地基。
当基础尺寸不大时，可按1/6~1/8坡度通过人工开凿形成圆台体；当计算基础埋深较大时，一般将采用直柱开凿，底部适当扩头的方式设计施工。
将底脚螺栓或塔腿主材直接插入岩坑，用混凝土与岩石粘结成一体，以基础底部向上45度角作为假想破坏面，以均匀分布于倒锥体表面的剪切强度的垂直分量之和抵抗铁塔基础上拔力。
岩石嵌固基础是本工程可以选择的理想基础型式。
在地质情况较好的情况下，无论直线塔或者转角塔，均可大量采用岩石嵌固基础。
3.1.3人工挖孔桩基础
人工挖孔桩是利用人工掏挖成孔，在孔内放置钢筋笼、灌注混凝土的一种桩型，由于我国目前基本采用人工作业方式，人工挖孔桩桩体直径大多控制在2.0米以内，而埋深可以达到20米左右，土方量相对小，且充分利用原状土的力学性能，受力性能较好，能够适应平坦地形、丘陵、山区地形地貌条件施工。
够适应平坦地形、丘陵、山区地形地貌条件施工。
该基型适用于无地下水的硬塑、可塑粘土地基，人工挖孔桩是利用人工挖孔，在孔内放置钢筋笼、灌注混凝土的一种桩型，人工挖孔桩受力性能较好，能承受较大的上拔和下压荷载，它具有进退场方便、对环境污染少、施工质量有保证、造价相对低廉等优点，能够适应平坦地形、山区地形地貌条件施工，尤其是适应土质变化较大的场地土环境。
人工挖孔桩基础是本工程可选的基础型式。
3.1.4直柱板式基础
该基型适应的地基条件很广，可以用于有或无地下水硬塑、可塑及软塑一般粘性土地基，适用于各型直线塔和转角塔。
该基型的特点是可以浅埋，开挖方便，可避免深挖泥水坑的困难。
当基底有一层稍硬的土层时，底板四周不用支模，施工简单。
该基型比刚性混凝土基础可节省大量混凝土和土石方量，钢材用量稍多，在软塑土地区总投资节省显著。
根据本工程的地质条件，局部存在岩溶地质，以及少量存在地下水的塔位，不宜采用掏挖等原状土基础型式，故考虑采用直柱板式基础。
因此，本工程可在不宜采用原状土基础型式的情况下采用直柱平板基础。
3.1.5斜柱主材插入式基础
该基型主要适用于有或无地下水的硬塑，可塑粘土地基，适用于各型直线塔和转角塔。
该基型的特点是不需要塔脚板和地脚螺栓，而直接以短角钢插入与塔腿主材坡度一致的斜柱中，使主材轴向力直接传至基础柔性底板，使得基础立柱的所受水平力大幅度减小，基础底板最大附加应力比常规的立柱直立式基础减小，从而改善了基础主柱和底板受力状况。
从受力上而言斜柱主材插入式基础是一种较优的基础型式，但是，也有不可避免的缺点。
主要体现在这样几个方面：
①斜柱主材插入式基础荷载转换计算复杂；②插入角钢定位复杂，且斜柱支模不便，施工难度大；③斜柱基础对定位要求较高，从而对铁塔加工也有较高要求，不便于线路改造。
同时，采用预偏心基础等其他技术手段也可以达到斜柱主材插入式基础的效果，经济性与其相当，但降低了施工难度。
因此，本工程不主张采用斜柱主材插入式基础。
3.1.6现浇阶梯基础
该基础是通用的大开挖基础型式，可用的地质条件较为广泛,可用于各型直线塔和转角塔。
该型基础的特点是土石方量、混凝土方量较多,但是钢材耗量较少,施工较为简单，施工质量比较容易得到保证。
以往工程中是使用较多的基础型式，但近年来，为降低混凝土用量，该基础型式一般限制使用，仅用于受力较大的转角塔或者地下水丰富造成坑壁容易塌方，需要避免绑扎钢筋加快施工进度的塔位。
在后述基础型式的技术经济比较中，台阶基础与其他基础型式相比不存在明显优势，所以本工程中不予采用。
3.2基础选型原则
现行标准、规程、规范的原则
我国现行送电线路杆塔基础采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用可靠度指标度量基础与地基的可靠度，在规定的各种荷载组合作用下或各种变形的限值条件下，满足线路安全运行的要求，基础稳定、基础承载力采用荷载的设计值进行计算；地基的不均匀沉降、基础位移等采用荷载的标准值进行计算。
主要依据的规程和手册罗列如下：
（1）架空送电线路基础设计技术规定（DL/T5219-2005），中华人民共和国电力行业标准；
（2）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002），中华人民共和国国家标准；
（3）电力工程高压送电线路设计手册（第二版），国家电力公司东北电力设计院。
本工程选型基本原则
（1）直线塔优先采用原状土基础：
土体地质优先采用掏挖基础；岩体地质优先采用岩石嵌固基础。
（2）耐张塔，或作用力较大的直线塔，或有水地质条件下采用直柱板式基础。
岩体地质仍优先采用岩石嵌固基础。
（3）尽量少用或不用桩基，在持力层较深，或基础加高值过大，或不可规避的岩溶地质地区，考虑采用人工挖孔桩基础。
基础材料使用原则
掏挖基础混凝土等级：
C20级
岩石嵌固基础混凝土等级：
C20级
现浇板式基础混凝土等级：
C20级
人工挖孔桩基础混凝土等级：
C25级
基础保护帽混凝土等级：
C15级
基础垫层采用灌浆块石或C15混凝土；
基础钢筋：
普通热轧钢筋HPB300、HRB400；
地脚螺栓：
Q235或35号碳钢。
3.3本工程基础型式分析
技术经济性分析
为了定量分析本工程杆塔的不同基础型式在岗地、平地、河网地带的异同，为此根据本工程地质、选取国网典设相应模块杆塔基础作用力，对基础进行了初步比较计算。
对不同的基础型式，大致有如下结论。
（1）土体类基础经济性分析
强风化和可塑粘性土地区基础主要受上拔控制，原状土基础优于大开挖基础，无论是单回路还是双回路的直线塔，掏挖基础和平板基础指标都反映了这一点。
究其原因，掏挖基础属原状土基础，上拔计算采用剪切法，充分利用了原状土抗拔能力。
而平板基础属大开挖基础，上拔计算采用土重法，因而指标要高于掏挖基础。
从基础尺寸来看，掏挖基础尺寸不大，直径一般只有0.8-1.2m，另外为了保证施工人员的安全，深度不能太深，一般控制在4.0m左右，因此只能承受较小的基础作用力。
而对平板基础而言，其尺寸主要受限于铁塔根开，可以做的较大，因而可以承受较大的基础作用力。
因而平板基础指标一般都比掏挖基础大。
对于作用力较小的情况而言，掏挖基础无疑是最优的，对于本工程，直线塔和小转角耐张塔作用力均较小，因此掏挖基础具有明显优势。
但对于作用力增加的情况，掏挖基础的尺寸需显著增大，混凝土指标有可能比平板基础还大，因此对于基础作用力较大的耐张塔，则需要根据计算情况慎重选择基础型式。
从施工工艺来看，平板基础采用大开挖的方式，在丘陵山地地形比较陡的情况下，会产生很大的土方量，弃土不易处理，处理不好会导致塔位处的上下边坡不稳定；另外，考虑到边坡的稳定需要放坡，离基础位置需留有一定距离，容易造成基础下埋的情况。
掏挖基础在开挖方面主要靠人工，基础尺寸不大，基坑开挖的土方量少，对环境的影响很小，基本上没有多余的土方需要处理；另一方面，采用掏挖基础，充分利用了原状土的力学性质，既减少了混凝土，又不需要留稳定边坡，可以大大减少基面降低，能有效降低基础工程造价。
对于人孔挖孔桩，其经济成本适中，突出的优点是适应性强、后期质量稳定、承载力大。
在地质条件优越时很少考虑采用，在地质条件较差，持力层较深时应考虑采用。
总的来说，从经济性角度来看，原状土基础要优于大开挖基础，因此，在条件允许的情况下，应尽可能利用掏挖基础。
（2）岩体类基础的经济性分析
对中风化和微风化岩石，以往一般采用爆破开挖把岩石炸碎至松散，再进行人工开挖。
由于放炮后，岩石整体性被破坏，在基础设计时只是利用了岩石良好的承载力，而对抗上拔力只是利用了岩石的重力，造成了在岩石十分好的山区，基础尺寸也减少不大，混凝土方量也很大。
另一方面，采用爆破开挖方式，对周围的环境有影响，对山体稳定也有较大的破坏。
从计算指标来看，岩石嵌固基础是较理想的基础型式。
基础计算下压稳定容易解决，关键是要处理好基础承受上拔和水平力。
从施工难易程度来看，岩石嵌固基础适合于中风化等易于开挖的岩体，而岩石锚杆基础适用于微风化的硬质岩体。
本工程拟采用小爆破人工扩底开挖的方式，形成上拔石体，抵抗基础的上拔力。
与平板基础相比，岩石嵌固基础和岩石锚杆基础所需要的材料小，没有大的土石方量，降低了工程造价，经济性合理。
另外，岩石嵌固基础和岩石锚杆基础对环境影响较小。
结论
（1）强风化和可塑粘性土山区或丘陵地区的基础型式
对地势比较平缓的强风化和可塑粘性土山区或丘陵地区，掏挖基础经济性最优，设计和施工技术易于操作，应优先采用。
平板基础设计和施工技术也比较容易操作，在校作用力的情况下，经济性不如掏挖基础，在地质条件较差，或作用力较大时，予以采用。
人工挖孔桩经济指标适中，适用性强，承载力大。
对于持力层较深，或基础需要加高很多的情况，考虑采用人工挖孔桩。
（2）微、中风化岩石山区基础型式
岩石嵌固基础经济指标整体优于岩石锚杆基础。
对中风化岩体，易于开挖施工的地区，优先采用岩石嵌固基础；对局部微风化硬质岩体，本工程拟采用岩石锚杆基础。
3.4本工程基础型式规划
根据本线路路径方案，以及地质、水文情况，对基础型式作了初步规划。
本工程由于作用力较小，土体基础以人工挖孔桩基础为主，主要用于无水地质条件下，可塑粘性土或强风化砂砾岩的山区或丘陵地区，以及持力层较深或基础需要加高很多的情况；岩体基础以岩石嵌固基础为主，主要用于微、中风化岩石山区或丘陵地区。
全线铁塔基础均浇制混凝土保护帽。
4环保措施
线路工程的建设，在一定程度上会对环境产生破坏，对此应采取相应的预防和治理措施，即除了合理选定塔位外，基础尽量采用开挖量小，占地面积少的基础型式，还包括基面挖方按规定要求放坡、基面排水沟、护坡、挡土墙、护面及人工植被等，因地制宜采取一些比较有效的治理措施，力争将对环境的破坏降到最低限度。
4.1高低柱基础的使用
为了做好沿线的水土保持，减少工程对环境的破坏，在全线争取实行〞基面零开挖〞处理。
在斜坡及陡坎地段的杆塔，根据塔基断面，需要配置不同高低柱的基础，来调节各塔腿的地形高差，尽量减少施工土石方量,并做好塔基的排水处理。
配以高低柱基础，改变通过平整场地来适应铁塔四个塔腿的高程，而是通过调整基础主柱的高度来适应地形（见图4-1和图4-2），这样更大限度保持地形原状，减少基面挖方，更有利于对环境的保护。
图4-1高低柱基础使用示意图
图52高低柱基础使用照片
线路采用全方位高低腿铁塔、高低基础设计，尽量少占土地、减少土石方开挖量及水土流失等。
本工程基础设计中将对四个塔腿分别降基，基础中间的土除“小基面”以外均不开挖。
在考虑施工作业面以及边坡稳定点后，塔基基础分坑形成四个小基面，这种小基面的设计将对原始地貌的破坏降到最小程度，保证了山体的稳定，减少了土方量，亦减少了施工难度，而且增加了基础抗拔能力。
图4-3塔基范围地形示意图
表5.1铁塔基础配置表示例
杆塔编号
110
地形高差值（对中心桩）
杆塔型式
1A3-ZMC2-30
A
B
C
D
基面
0.0
1.1
0.2
-1.2.
-0.2
基础编号/主柱露头高度
地脚螺栓型号
A
B
C
D
A
B
C
D
JA
0.2
JB
1.1
JC
2.5
JD
1.5
M36-24
地质情况描述
（1）粉质粘土：
湿~稍湿，可塑，土层厚约2.5米。
（2）粉质粘土：
褐红、稍湿，硬塑，含铁锰结核，局部含卵石。
土层厚大于5米
在线路终勘定位时，采用GPS定出塔位后，再用全站仪对每个塔位测出准确、详细的断面，据此，每基塔均需画出每基塔基断面图，每基塔每个腿做出详细的基础加高主柱配置。
这样才能保证基础高低主柱的准确性，力争做到“零”开挖基面的效果，最大限度的减少土方开挖，减少工程建设对环境的破坏。
由于出版了逐基塔基断面图，设计院内部责任更明确，设计时的工作可更为有序，校核工作也更方便，可更大程度的保证设计的准确性。
同时由于有了逐基塔基断面图，施工单位可更清楚的理解设计的意图，在施工复测及分坑时发现现场实际地形与塔基断面图不符也可以及时反馈给设计单位以便及时改正设计的一些差错。
4.2基面排水
塔位基面应向下坡方向倾斜，利于基面排水，保证塔基排水畅通。
对汇水面较大的塔位，为防止上坡侧汇水面的雨水及其他地表水对基面的冲刷影响，对塔位坡度较大的上坡侧（如果基面有降基挖方，距挖方坡顶水平距离≥4m处），依地势设置环状排水沟，以拦截和排除周围汇水面内的地表水，将上方汇水引向塔位较远的的下边坡。
加强排水是基础设计中不可或缺的重要部分。
工程建设中如果忽视这一点，容易造成线路运行中出现塔位处排水不畅而出现塌方、水土流失的现象，危及塔位的安全稳定和长期运行。
通畅良好的基面排水，有利于基面挖方边坡及基础保护范围外临空面的土体稳定和环境保护。
图54排水沟示意图
排水沟断面尺寸一般为：
深×底宽×上口宽=0.4m×0.4m×0.6m。
沟底应留有不小于0.3%的纵向坡度。
排水沟护壁问题，可视塔位附近的地质情况区别对待，对土质含沙量较高、无粘性，或表层为强风化岩石、颗粒很松散、无植被或植被很稀疏地段的排水沟，需采取浆砌护壁的措施。
需要指出的是：
开挖排水沟的弃土，不得随意抛在沟边或塔位上方的坡顶；排水沟施工应与降基面、基坑开挖同步进行。
另一方面，在施工图设计时，降基挖方的基面做出留有内高外低的排水坡度的规定，坡度一般为（0.55~1.0）%。
基面排水坡度尽可能向基础保护范围大的缓坡方向倾斜，以便基面雨水从此方向排出，减缓雨水对塔基及下山坡山体表面的冲刷，防止水土流失。
4.3护坡及挡土墙
由于塔位地形及地质条件千变万化，在塔型及基础上充分优化后，基础边坡是否满足稳定性要求就显得格外重要。
在塔位降基面，土石方开挖破坏了原有土体的稳定平衡状态，同时产生余土堆积，处理不当会发生水土流失现象，造成对下坡侧植被和自然环境的破环。
因此，对塔基周围土质松散，无植被或植被稀疏者，须砌挡土墙或砌护坡。
挡土墙、护坡坡脚必须置于原状土层上，用水泥砂浆砌筑、勾缝，并按规定设置排水孔。
4.4护面及人工植被
护坡及挡土墙主要考虑强度和稳定功能，多采用浆砌块石，但这些设施实际环境效果不是很理想。
由于坡面采用浆砌块石护坡后，原有被破坏的植被和水土并未被保护，土体容易受到雨水冲刷，导致边坡土体的自重压力增大，如果边坡底部未放在原状土中，还容易引起不均匀沉降，造成开裂，护坡挡土墙也容易被破坏，从而影响线路的安全稳定。
同时，这些护坡耗用大量的材料，造价很高。
植被护坡则减少了坡体重力，有效减小大气降水的渗流，从而达到治水的目的。
对水土流失可能很严重的塔位，采取人工植被，保护基面及边坡。
人工植被必须在满足电气安全间隙的前提下，因地制宜，视具体情况植草皮或移植矮小杂草及灌木。
护面宜在线路组塔和架线完成后进行，防止施工中物件砸坏护面。
护面应依基面排水坡度做成斜面，以利基面排水。
4.5做好塔基弃渣处理措施
施工时若对弃土处理不好，会形成弃土流失或滑坡，影响塔基安全稳定。
施工弃土应该远离塔位。
当塔基产生大量弃渣时，应在弃土场地附近设置弃渣挡土墙和排水沟，将弃渣堆放和平整，并根据实际情况，在弃渣存放的裸露土地上，种上适宜树和草，使环境尽快恢复。
4.6施工措施
为了做好环保型送电线路除了设计上采取措施外，还须靠施工单位采取措施最终来实现环保的目的，在施工组织措施中，主要解决下面几个方面内容。
（1）基础施工单位必须加强环保意识。
在基础施工时，需明确禁止就地向下坡侧倾倒土石方，必须采取一定的措施。
例如用作临时挡土墙等，防止弃土流失。
在施工现场，施工单位应合理安排施工工序，避免开基坑土石方随意倾倒，防止基坑回填就地从坡面取土的现象，造成不必要的土石方开挖。
（2）工程中采用高低柱基础后，施工基面开挖从整基塔位的大开挖改为每一个塔腿的局部开挖，土石方必须按设计要求进行施工。
（3）施工图设计时，将根据实测塔基资料，制订基面综合治理的具体要求。
（4）为了防止水泥砂浆等影响农作物生长，堆放水泥处的下面宜垫塑料膜。
混凝土搅拌和浇制过程中，更应注意对农作物的影响，施工完后还田于民。
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