山區(qū)輸電線路鐵塔巖石錨桿基礎(chǔ)勘測方法

謝懷前，譚光杰，黃褀，賴 銳

（西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021）

山區(qū)輸電線路鐵塔巖石錨桿基礎(chǔ)勘測方法

謝懷前，譚光杰，黃褀，賴 銳

（西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021）

隨著巖石錨桿基礎(chǔ)在山區(qū)特高壓輸電線路工程中應用的逐步推廣，其在工程項目總體經(jīng)濟效益、施工周期、環(huán)境保護及安全生產(chǎn)管理等方面已漸顯優(yōu)勢。但其對以工程地質(zhì)調(diào)查方法為主的注重于查明場地穩(wěn)定性為主要任務的傳統(tǒng)山區(qū)輸電線路勘測方法提出了更高要求，即更加重視查明場地地基條件，尤其是場地下伏基巖的堅硬程度和完整程度。本文介紹一種以適合于山區(qū)輸電線路工程場地的輕便型勘探手段為主、輔以工程地質(zhì)條件精細化描述和勘測過程控制信息化管理的勘測方法，以期能對提高擬選山區(qū)輸電線路鐵塔巖石錨桿基礎(chǔ)場地勘測成果的可靠度起到一定作用

山區(qū)；巖石錨桿基礎(chǔ)；工程地質(zhì)條件；勘測方法。

1　概述

近年來國內(nèi)輸電線路工程的電壓等級越來越高，1000 kV交流特高壓線路和±1100 kV直流特高壓線路相繼興建，輸電線路走廊條件日趨惡劣和緊張，多回共桿的設(shè)計要求也越來越強烈。面對越來越大的桿塔負荷，其基礎(chǔ)作用力亦成倍增長，故所需要的基礎(chǔ)建造成本也越來越高。在交通條件較差的山區(qū)通常是采用大直徑、深孔人工挖孔樁基礎(chǔ)（孔徑達3.0 m，孔深達20 m），這無論是對于人員施工安全問題，或是環(huán)境保護問題都是一種巨大的負擔。而巖石錨桿基礎(chǔ)是通過錨桿與下部巖體的粘結(jié)特性來承受上部桿塔荷載，它是一種能充分發(fā)揮地基土承載能力的原狀土基礎(chǔ)形式。由于錨桿能充分調(diào)用錨桿周圍地層自身強度，因此它能顯著減小基礎(chǔ)尺寸和基礎(chǔ)埋深、大量降低工程材料量，縮短基礎(chǔ)施工周期，降低人員勞動強度，提高施工安全保障，因此將巖石錨桿基礎(chǔ)應用于這些線路工程之中將顯著降低其基礎(chǔ)建造成本，同時具有顯著的社會效應。

2　適宜的場地條件

已有的輸電線路工程經(jīng)驗及相關(guān)試驗研究成果表明：巖石錨桿基礎(chǔ)對場地的地形地貌、覆蓋層厚度及下伏基巖巖體的強度和完整性程度均有很高的要求，目前普遍認為在強風化及以上等級的硬質(zhì)巖石中，如灰?guī)r、火成巖、厚層的砂礫巖及中風化較軟質(zhì)較破碎的凝灰?guī)r、千枚巖、泥灰?guī)r和粉砂巖等地質(zhì)條件下采用巖石錨桿基礎(chǔ)是可行的。根據(jù)相關(guān)試驗提供巖體物力力學參數(shù)，結(jié)合錫盟-山東1000 kV特高壓交流輸電線路工程的經(jīng)驗，初步提出山區(qū)輸電線路巖石錨桿基礎(chǔ)的適宜的場地條件，見表1。

表1　巖石錨桿基礎(chǔ)適宜的場地條件

3　場地勘測

3.1信息化管理流程

傳統(tǒng)的山區(qū)輸電線路的勘測往往主要取決于現(xiàn)場勘測人員對桿塔場地穩(wěn)定性的判斷，從而弱化了對場地地基條件的深入勘探和分析。積極探索一種新型的勘測過程控制信息化管理模式對巖石錨桿基礎(chǔ)場地的勘測勢在必行，這種模式將注重于跨專業(yè)間、多級崗位間勘測人員的信息及時共享、及時分析診斷與及時再指導，主要包括以下幾個方面：

（1）現(xiàn)場結(jié)構(gòu)專業(yè)人員根據(jù)坡度及塔型情況判斷塔位是否有采用錨桿基礎(chǔ)的外部條件。

（2）現(xiàn)場地質(zhì)專業(yè)人員根據(jù)塔位的覆蓋層和強風化帶的總厚度、巖體風化程度、巖體完整性和巖石堅硬程度等工程地質(zhì)條件，初步判斷塔位是否可以采用巖石錨桿基礎(chǔ)。

（3）現(xiàn)場電氣人員對初步判斷可采用錨桿基礎(chǔ)的塔位應進一步明確采用的塔型及呼稱高，其和最終使用鐵塔的基礎(chǔ)根開變化不得超過0.5 m。

（4）現(xiàn)場各專業(yè)人員應將初步選擇采用錨桿基礎(chǔ)的塔位資料（地形圖、地質(zhì)情況、塔型及呼稱高、現(xiàn)場照片等）整理后發(fā)各相關(guān)專業(yè)主設(shè)人，由主設(shè)人協(xié)同主管科長、主工確定采用錨桿基礎(chǔ)的備選塔位，必要時應提請主管總工綜合評審。

（5）由地質(zhì)專業(yè)根據(jù)備選塔位的情況研究確定適當?shù)目碧绞侄危蛑鞴苤鞴R報后實施，并向結(jié)構(gòu)專業(yè)提供相應的巖土參數(shù)建議值。

3.2場地勘測內(nèi)容

采用巖石錨桿基礎(chǔ)的塔位場地在查明場地穩(wěn)定性的前提下，重點查明地基條件，即需查明地形地貌、地層巖性、巖塊堅硬程度、巖體完整性和巖體風化程度等內(nèi)容。

3.3場地勘測方法

巖石錨桿基礎(chǔ)的勘測方法主要包括：以室內(nèi)資料分析和現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查、測繪為手段，以查明場地穩(wěn)定性為主要任務；采用輕便型工程鉆探、槽探、坑探和現(xiàn)場測試手段為主、輔以物探等手段，查明場地的地基條件。根據(jù)場地的地形地貌和工程地質(zhì)條件，積極探索高密度電法、地質(zhì)雷達、孔內(nèi)電視等物探手段，增加量化評價的方法和數(shù)據(jù)，提高勘測工作的精度和水平。

3.3.1工程地質(zhì)調(diào)查和現(xiàn)場測試

工程地質(zhì)調(diào)查的主要目的是查明場地穩(wěn)定性及周邊的地層巖性及其分布，對影響錨桿基礎(chǔ)設(shè)計和施工的各種地質(zhì)現(xiàn)象進行調(diào)查，分析其性質(zhì)和規(guī)律及其對工程的影響，并為勘探、試驗和基槽檢驗工作提供依據(jù)。

（1）地質(zhì)素描圖或?qū)蔷€地質(zhì)剖面示意圖：出露有中風化基巖的塔位場地選擇2 m×（4～7 m）的面積進行地質(zhì)素描圖；塔位場地范圍內(nèi)無中風化基巖露頭時，如果能在距塔位中心樁150 m的圓形范圍內(nèi)能找到中風化基巖露頭，則選擇該露頭進行地質(zhì)素描圖，否則地質(zhì)素描圖改為AC或BD的對角線工程地質(zhì)剖面示意圖。

（2）工程地質(zhì)剖面圖或柱狀圖：應優(yōu)先選擇完成了工程地質(zhì)鉆探的塔腿。

（3）量測巖層層面等主要結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀。

（4）進行地質(zhì)素描圖時應同步完成巖石強度的回彈儀測試，測試成果按巖石回彈儀測試記錄表填寫，測試點數(shù)不宜少于16個點。

（5）進行地質(zhì)素描圖的塔位應同步取點荷載試驗巖樣，測試成果按巖石點荷載試驗記錄表填寫，巖樣數(shù)不應少于6塊，每塊均應帖上包括塔位號與試樣號的巖樣標簽。

3.3.2工程鉆探

隨著巖石錨桿基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，對覆蓋層較厚或者上部有一定厚度的強風化體，或者巖體的完整性較好但節(jié)理裂隙較發(fā)育的地段，采用專用的巖石錨桿鉆機進行勘測工作，可以較好地查明巖石的完整程度、風化程度和裂隙發(fā)育情況（如能在鉆孔配套使用鉆孔攝像系統(tǒng)，可以清晰揭示孔內(nèi)的巖石的節(jié)理裂隙發(fā)育情況），采用巖石質(zhì)量指標RQD可以定量地評價巖石的完整性。同時可以對取得巖芯進行室內(nèi)實驗，獲取單軸抗壓強度與飽和單軸抗壓強度，以此定量評價巖石的堅硬程度。

（1）鉆探塔位選擇原則

巖石錨桿基礎(chǔ)塔位主要以輕型、易拆和易搬遷型鉆機為主，如美國單人背包式紹爾鉆機和輕型TGQ型鉆機，對于需采取工程鉆探的塔位選取原則如下：

①塔位應以巖體風化較為復雜的硬質(zhì)巖或較硬巖為主，其余巖性可視覆蓋層厚度及巖體完整程度選擇代表性塔位進行鉆探。

②應盡量選擇強風化及覆蓋層總厚度差別相對較大的塔位或塔腿。

③巖體完整性較差的塔位應優(yōu)先考慮。

④交通條件較為方便，高差相對較小的塔位應優(yōu)先考慮。

⑤應將地形地貌及地層巖性等因素綜合考慮，盡量做到均勻分布，起到宏觀控制作用。

（2）鉆孔布置與深度：原則上順坡向?qū)蔷€布置，每基擬采用對角線布置2個鉆孔，若四腿地層條件差別較大時，可考慮逐腿鉆探，鉆探深度以進入中風化基巖0.5～1.0 m，典型地段應選擇至少一基一孔進入中風化基巖5～7 m。

（3）現(xiàn)場記錄與照相：現(xiàn)場記錄與普通鉆探相同，巖芯應照相。

（4）選取代表性巖芯在野外或室內(nèi)進行點荷載試驗。

3.3.3探井、探槽

主要針對未進行工程鉆探的塔位，且覆蓋層比較薄、巖體風化程度較弱、巖體完整性較差的地段應采用探井、探槽進行野外直接揭露的勘測手段，可以直觀觀察巖體的風化程度、節(jié)理裂隙的發(fā)育程度和巖體的完整性等，同時可直接評價巖體的可開挖性和開挖的難易程度等等。巖石錨桿基礎(chǔ)的塔位應順坡向沿對角線布置兩個探井，探井應盡量揭穿覆蓋層，深度不宜超過2 m以確保人身安全。

3.3.4 物探手段

比較適宜的山區(qū)輸電線路場地勘測的物探手段主要有高密度電法和輕便型探地雷達。高密度電法主要依據(jù)不同電性層電阻率的差異性，定性劃分場地的覆蓋層和不同風化程度巖體的厚度，用于判定巖石錨桿基礎(chǔ)的可行性和設(shè)計錨桿的長度，適用于基巖與覆蓋層分界區(qū)以及電性有明顯差異的強風化、中風化的分帶。輕便型探地雷達因攜帶方便， 且?guī)в锌衫p繞天線，適應雜草、荊棘叢生場地工作，非常符合山區(qū)線路勘測、復雜地形地區(qū)的工作環(huán)境，且能很好地解決山區(qū)覆蓋層厚度和巖石各級風化層的厚度問題， 可以部分代替現(xiàn)有的探坑和鉆探手段，為山區(qū)的基礎(chǔ)施工提供更可靠的地質(zhì)參數(shù)。另外，鑒于孔內(nèi)電視和孔內(nèi)波速測試等需要在已有的鉆孔中探測，地震波勘探等物探手段因受場地條件和成本限制，故難以在山區(qū)輸電線路場地勘測工作中推廣。

4　場地勘測成果

勘測成果主要反映塔基范圍內(nèi)的地形地貌、工程地質(zhì)條件、礦權(quán)、植被、地物、巖土工程分析評價、巖土力學指標等內(nèi)容，這些信息通過自主開發(fā)的地平線巖土擴展程序生成三張成果表。

（1）第一張成果表包括基本信息、工程地質(zhì)條件、其他、巖土工程分析評價、地質(zhì)柱狀圖和簽署欄等六部分。

①基本信息包括塔桿編號、測量樁號、坐標、塔桿型式、勘測日期、天氣及頁碼。

②工程地質(zhì)條件包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地震、地下水及不良地質(zhì)作用。

地形地貌：建議按工程地質(zhì)手冊中的地貌單元劃分標準。

地層巖性描述，應按《火力發(fā)電廠巖土工程勘測描述技術(shù)規(guī)定》DL/T5160-2002標準執(zhí)行；對巖層應重點描述巖體的風化程度、巖體完整程度和堅硬程度；斜坡地段有條件時應實測巖層產(chǎn)狀，無法實測時應參考區(qū)域地質(zhì)資料和塔位附近區(qū)域的調(diào)查情況做必要的推斷。

地質(zhì)構(gòu)造包含塔位所處的構(gòu)造部位、斷裂和裂隙發(fā)育情況。斷裂應重點關(guān)注附近斷裂是否為活動斷裂，塔位距斷裂帶的最低距離；裂隙發(fā)育情況應填寫裂隙產(chǎn)狀、延伸長度、張開度和充填物等情況，描述情況應進行極射赤平投影分析；斜坡地段的塔位有條件時應描述斜坡卸荷情況，卸荷是一種表生改造構(gòu)造，可看成廣義的地質(zhì)構(gòu)造。

加速度：塔位所在位置的地震基本加速度，一般是查詢《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》附圖A；基本烈度:與加速度對應的地震動基本烈度。

地下水類型、地下水狀態(tài)等描述，地下水埋深在水位埋深字段中填寫；水位埋深以現(xiàn)地面為計算基準的勘測時的地下水位埋深；

不良地質(zhì)作用包括滑坡、崩塌、泥石流、采空區(qū)、不穩(wěn)定斜坡及其他。

③其他包括礦權(quán)、地物及植被。

礦權(quán)：塔位位于礦權(quán)設(shè)置范圍或與礦權(quán)的最近距離小于規(guī)定距離時填寫礦權(quán)名稱。規(guī)定距離一般情況下是300 m。

地物包括道路、溝渠、民房、人工邊坡等，以及地物描述。

植被：植被建議劃分為農(nóng)作物（可細分）、雜草、草地、灌木、喬木等，植被發(fā)育狀況可分為不發(fā)育、一般發(fā)育、較發(fā)育和發(fā)育。

④巖土工程分析與評價包括場地穩(wěn)定性、地基條件及基礎(chǔ)型式建議；施工及運行階段注意事項及建議。

場地穩(wěn)定性：場地穩(wěn)定性評價，如果地基穩(wěn)定性有問題，也應填寫在該字段下。位于斜坡上的塔位穩(wěn)定性評價建議采用邊坡穩(wěn)定性分析方法，應執(zhí)行《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013，也可以考慮邊坡的宏觀分類方法。

地基條件及基礎(chǔ)型式建議：塔位地基條件評價，應評價地基持力層和下臥層。由于鐵塔受力情況與電廠建筑物有所區(qū)別，在受拉腿，地基實際也應包括基礎(chǔ)底面以上的部分。

施工及運行階段注意事項及建議：包括棄土堆放位置、施工注意事項以及運用階段監(jiān)測建議等內(nèi)容。

⑤地質(zhì)柱狀圖：巖土名稱、層底深度、風化程度、塑性狀態(tài)、密實程度、柱狀圖、重度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角。地基承載力特征值、巖石與錨固體粘結(jié)強度建議值、樁極限側(cè)阻力標準值及狀極限端阻力標準值的建議值等。

（2）第二張表分成基本信息、塔基地形圖、照片和簽署欄等四部分。

①基本信息：同第一張表一樣。

②塔基地形圖：測量專業(yè)提供；

③照片：分為兩張：標注有照相時間的遠景近景各一張，遠景應標注中心樁位置。

（3）第三張表格包括基本信息、地質(zhì)素描圖或?qū)蔷€工程地質(zhì)剖面示意圖、適用條件與巖土參數(shù)、地形坡度等值線圖、結(jié)論和簽署等六部分。

①基本信息：同第一張表一樣。

②地質(zhì)素描圖或地質(zhì)剖面圖：進行地質(zhì)素描圖時，裂隙描述填寫《野外裂隙調(diào)查記錄表》，地質(zhì)剖面圖擬采用程序自動生成。

③巖體完整性

裂隙線密度=裂隙條數(shù)/統(tǒng)計線長度，單位為條/m；

線RQD=長度大于10 cm的無裂隙巖體長度和/統(tǒng)計線長度×100，單位為%；

巖體完整性按《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021-2001（2009版）表A.0.2執(zhí)行。

④結(jié)構(gòu)面描述：量測的節(jié)理條數(shù)超過10條時，應進行結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計分析并分組，每組應描述：間距、延伸長度、起伏程度、粗糙程度、充填情況、地下水和裂隙面風化情況等內(nèi)容。

⑤巖體風化程度：分腿描述巖體風化程度，應描述鉆進狀態(tài)。

⑥巖石堅硬程度：有回彈儀和點荷載測試成果的塔位，應描述兩試驗成果的最小值、最大值和平均值等統(tǒng)計特征值。

⑦地形坡度：基于塔基地形圖，采用程序自動計算與作圖。

⑧巖土參數(shù)：根據(jù)巖石堅硬程度查《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)程技術(shù)規(guī)定》DL/T 5219-2005表10.2.3。

⑨其它：主要填寫交通條件，為施工條件提供有價值的信息。

⑩地形坡度等值線圖：基于塔基地形圖，采用程序自動計算與作圖；地形坡度等值線圖應疊加塔腿和勘探點。

⑾結(jié)論：做出是否可采用巖石錨桿基礎(chǔ)的建議。

5　結(jié)語

（1）山區(qū)輸電線路鐵塔巖石錨桿基礎(chǔ)場地的勘測應在室內(nèi)資料搜集、分析以及現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查確定場地穩(wěn)定性的前提下，以使用單人背包式紹爾鉆機和TGQ型鉆機進行鉆探等輕便型類現(xiàn)場勘探手段為主，輔以物探等間接勘探手段，從而提高勘測成果的可靠度。

（2）巖石錨桿基礎(chǔ)場地的勘測應逐步向工程地質(zhì)條件精細化描述和勘測過程控制信息化管理模式方向發(fā)展。

（3）在勘測成果的分析時，應采用定性和半定量相結(jié)合的方法，綜合論證場地條件，給出合理的巖土設(shè)計參數(shù)，且在施工階段應加強跟蹤回訪，必要時調(diào)整相關(guān)巖土設(shè)計參數(shù)。

（4）擬采用巖石錨桿基礎(chǔ)的場地對勘測工作提出了更高的要求，其設(shè)計、施工質(zhì)量和運行維護也存在一定局限性和技術(shù)難點，故在適用條件等方面應加大論證力度。

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Study on Rock Bolt Foundation Survey
Method of Transmission Line Tower in Mountainous Area

XIE Huai-qian，TAN Guang-jie，HUANG Qi，LAI Rui
（Southwest Electrical Power Design Institute Co.，Ltd.，Chengdu610021，China）

With the growing application of rock bolt foundation in high voltage transmission line project in mountainous area， their advantages can be seen in overall economic benefits， short construction period， environmental protection and safety production management and other aspects. But it involves higer requirements for traditional mountainous area transmission line survey which characterized by the engineering geological survey and concentrated on the identification of the stability of the sites. It requires more intense investigation of the site ground conditions，especially for the hardness and the completeness of underlying bedrock under the site. This paper presents a survey method preli minary for a portable means of transmission lines in mountainous area exploration sites， supplemented by the engineering geological conditions refinement description and process control information management， with a view to improve the reliability of rocks bolt foundation site survey in the proposed transmission line tower in the mountainous area.

mountainous area；rock bolt foundation； engineering geological conditions； survey method.

P2

B

1671-9913（2016）03-0034-05

2015-08-24

謝懷前（1980- ），男，安徽滁州人，碩士，高級工程師，注冊巖土工程師，主要從事電力工程巖土工程勘測工作。