铁塔基础不均匀沉降实例分析及处理技术

铁塔基础不均匀沉降实例分析及处理技术

作者：王建庆

来源：《科技创新与应用》2013年第23期

摘要：输电铁塔基础的作用是承受上部荷载，由基础不均匀沉降造成的杆塔倾斜，是引起倒杆断线的重要因素之一。由于宁夏地区黄土特有的湿陷性，当其作为地基土时如果发生渗水，地基承载力特征值会大幅度降低，故地基处理不好将可能使基础出现不均匀沉降，产生安全隐患。针对某输电线路出现铁塔基础不均匀沉降问题实例，文章从设计承载力验算、施工、运行维护三个环节分析不均匀沉降的原因，提出了多种处理技术，并对该基础沉降提出推荐方案。

关键词：铁塔；基础；不均匀沉降；处理技术

1引言

输电铁塔是电网线路的重要组成部分之一，其基础大多数为独立混凝土结构。由于输电线路较长，工程地质条件复杂多样，当运行中的铁塔基础发生不均匀沉降时，一般需要查明该场地的岩土分布和物理力学性质、地基施工质量、运行维护资料，分析各个环节处理方式是否满足要求，在查明原因后采取有效措施及时处理。

2 工程概况

宁夏电力公司某110kV输电线路2009年5月竣工投运，运行单位于2011年10月发现该线路#8塔身倾斜，基础回填土平面有下沉现象。经现场初步测量，塔身向小号侧倾斜

400mm，不满足运行规范要求。在对该塔临近两个耐张段进行了逐基复测后，显示仅#8塔顺线路方向倾斜值不满足运行规范要求。据此可知，#8塔身倾斜属个性问题。#8塔最大允许倾斜值240mm，而该塔实际倾斜值达到了400mm，四个不同基础沉降差达81mm。上述数据表明，该铁塔基础产生了不均匀沉降。

3 铁塔基础不均匀沉降原因分析

输电铁塔基础发生不均匀沉降，一般有3方面的可能：一是基础设计方面的问题，即地质勘探不细，特殊地质情况未能充分的了解，对基础埋深、垫层和夯实程度考虑设计不周，未发现地下不良地质现象，对地下暗洪、坑洞等未处理或者处理不善，铁塔运行后上部荷载超过地基、持力层设计荷载能力，使地基发生破坏产生均匀沉降；其次是施工中出现的问题，即施工中地基处理不当，回填土与灰土垫层分层夯实不足，基础地基及回填土密实度达不到设计要求，或者施工基面、排水措施不满足设计要求时，使回填土层渗水出现涌洞，至基础不均匀沉

降；三是运行中受外力破坏的影响，铁塔基础顶面散水坡、排水设施因工业施工、农业生产遭受破坏后，渗水进入不密实的回填土和垫层下土层，会引起地基破坏沉陷发生不均匀沉降。

因此，对于基础而言，设计时必需保证铁塔基础底面压力值小于或等于地基的允许承载力，施工时必需保证地基夯实质量，运行时要维护好地基基面排水设施，才能使铁塔基础运行情况满足规范要求。

3.1 岩土分布及地基土工程力学性质

查阅该线路工程的岩土报告及实地补充勘查，依据《宁夏回族自治区区域地质志》，走廊内未发现全新活动断裂，稳定性较好，走廊勘查范围内未见暗滨、空洞、塌陷、采空等其他不良地质作用及文物等埋藏物，线路沿线无压覆矿产。

同时，以线路工区现有的设备基础，查出#8塔中心桩附近5m深的土层分布情况，从上往下为：2.3～2.6m厚人工填土，运行至今已完成固结，承载力特征值fak=80～100kPa；2～3m 厚黄土状粘土，多空隙并具湿陷性，可塑状态，推荐承载力特征值fak=120kPa，天然重度

γ=15kN/m3。

3.2 基础设计、施工与运行情况

考虑到该区域为湿陷性黄土，基础设计时采用了底板规格为2×2m的阶梯浅基础，埋深

2m，基础垫层为0.5m厚2：8灰土。上部荷载P按6吨计算，进行地基承载力验算如下：

fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγs（h0-0.5）=120+0.3×15（3-3）+0.5×16（2-0.5）=132kN/m3；

fa/0.75=176kN/m3 -地基允许承载力；

P=6×9.8/（4×2×2）=3.675 kN/m3-基础应力设计值；

故P

根据以上验算，基础应力设计值P远小于地基允许承载力fa/0.75，所以设计方面给出的地基承载力理论上是满足要求。但现实中基础发生沉降，证明该地基土已经失效，理论的设计措施无法满足现实要求。笔者认为是设计未根据农田实地情况充分考虑黄土湿陷时对铁塔的影响，设计给的0.5m厚灰土垫层在发生渗水时厚度可能不够，以至于基础应力影响范围内持力层具有的湿陷性未部分或彻底消除，是造成基础沉降的原因之一；其次，经过现场勘查，C、D腿基础周围回填土下陷，而且土体中有涌洞，表明施工过程中回填土体密实度未达到设计要求，发生塌陷，也诱发了持力层的失效；另外，据现场考证，线路运行后，由于基础位于农田中心，农户在犁地、种田过程中已将基础散水坡、排水设施破坏，在农田灌溉时，大量的农业用水未能及时排除地基范围，引起了密实度不足的回填土发生渗水。

经过以上的分析可基本判定铁塔基础部不均匀沉降的原因：主因是持力层湿陷性黄土多次渗水后发生蠕变，持力层黄土发生明显的土质承载力降低，导致基础底板各角应力不等，发生不均匀沉降；诱因是回填土、垫层密实度不够，发生农业灌溉用水下渗。

4 处理技术方案

4.1 基础移位

若采用基础移位的处理方案，可在原有塔基一个根开的位置重新浇筑基础。具体措施为加大基础垫层的设计厚度到1m，其余措施参照原设计。由于本塔为双回路，带重要用户负荷，不能同时停电，实施起来比较困难，且重新浇筑基础造价较高。

4.2 基础纠倾

采用基础纠倾处理，可使地基过大的不均匀沉降符合运行的允许值。利用湿陷性黄土浸水湿陷这一特性，对地基相对下沉较小的部位进行浸水，强迫其下沉，使既有建筑物的倾斜得以纠正，在实施过程中地基下沉的速率以5～1Omm/d为宜，当达到预估的浸水滞后沉降量时及时停水。此法对技术设备要求较低，但运行单位暂无类似可借鉴的经验，操作时应注意观察并控制沉降量，以免发生基础失稳等重大隐患。

4.3应力解除法

应力解除法是应用土力学的原理，在基础沉降小的一侧按照一定的角度打斜孔，解除地基中的局部应力，从而使地基土中的应力发生重分布，局部沉降量增大，从而达到控制不均匀沉降的目的。对于本案例中采用应力解除法处理不均匀沉降时，可使用高压水枪打孔，在沉降量少的A、B腿一个根开的位置成45°斜向打孔，打孔深度按5～6m执行，打孔时注意孔间距不能太小，孔径不能过大，以免造成塌陷。此方法操作相对简单，可实施性也较强。

5 结束语

运行中的铁塔基础因局部环境或外力破坏产生不均匀沉降，将导致塔身倾斜，是引起倒杆断线的重要因素，分析基础不均匀沉降的原因并妥善处理，对电网安全稳定运行具有重要的意义。本案中出现的基础不均匀沉降问题，运行单位最保守彻底的处理方法是基础移位，但是在造价、停电工期方面不理想，采用基础纠倾方案实施起来较困难，技术要求高，也无类似经验可借鉴。因此，应力解除法是目前暂时推荐方案。

参考文献

[1]张宝满.建筑结构基础部均匀沉降的原因及防治对策探讨[J].技术与经济，2010（5）.