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摘要：本文从湿陷性黄土的力学特点出发，详细分析了湿陷性黄土对高压输电线路塔基的影响及危害，提出了工程防治黄土湿陷性的基本原则和措施，为今后线路走经位于黄土湿陷场地提供了安全保障。
【关键词】： 湿陷性黄土 湿陷试验 影响及危害 塔位选择 措施
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
1.湿陷性黄土的概念
黄土的湿陷性是指在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的性质。根据受力条件的不同，湿陷性黄土可分为自重湿陷与非自重湿陷两种类型。自重湿陷性黄土是经浸水在自重作用下即发生湿陷的一种特殊粘性土，它形成于干旱气候条件下。非自重湿陷性黄土是指在没有外部附加荷载的情况下浸水不发生湿陷，但有外部附加荷载时浸水即发生湿陷的黄土。湿陷性黄土在干燥状态下具有较高的结构强度，可承受一定的荷载，变形量相对较小，但受水浸湿后，在外部荷載作用下，其结构迅速破坏，承载力急剧下降，产生湿陷变形，导致其上部构筑物因地基沉降变形过大而破坏。
导致实现性黄土结构破坏的因素有两个：压力、受水浸湿。湿陷性黄土性质从工程角度作了明确划分，将湿陷系数δs≥0.015的黄土定义为湿陷性黄土，同时将实测或计算自重湿陷量大于70mm的湿陷性黄土定义为自重湿陷性黄土，将实测或计算自重湿陷量小于或等于70mm的湿陷性黄土定义为非自重湿陷性黄土，并按湿陷量Δs和自重湿陷量Δzs将黄土的湿陷等级划分为轻微（Ⅰ级）、中等（Ⅱ级）、严重（Ⅲ级）、很严重（Ⅳ级）4个级别。
2.黄土湿陷性研究
2.1黄土湿陷的原理及基本特征
经研究，影响黄土湿陷性的微观因素主要有黄土的微观结构特征、颗粒组成、化学成分；宏观因素主要有黄土的含水量和上覆压力大小。
对于黄土湿陷性微观因素的研究主要集中在以下几个方面：通过对骨架颗粒的微观结构变形分析，认为黄土的湿陷过程就是骨架颗粒的分解和重新排布的过程；而对孔隙的微观结构变形分析认为黄土的湿陷过程是大孔隙破坏，中孔隙变形，小空隙、微空隙增多，空隙比减小的过程；而对胶结物质的微观结构变化分析认为黄土的湿陷破坏主要是土中骨架颗粒胶结的破坏，在外力作用下，黄土颗粒原先的粒间胶结力遭到破坏，骨架颗粒脱离原先胶结力的约束而重新排列。
对于黄土湿陷性宏观因素的研究主要集中在以下几个方面：对于含水量的研究表明，随初始水量的增大，结构强度连续降低，而且在低含水量下的降低幅度远大于高含水量下的降低幅度； 对于上覆应力的研究表明，根据上覆应力的性质可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两类。湿陷性黄土是指在一定压力下受水侵湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土。非湿陷性黄土是指在一定压力下受水侵湿，无显著附加下沉的黄土。
2.2湿陷性黄土对本工程的主要影响及危害
湿陷性黄土影响送电线路表现形式很多，很复杂。通过详细的现场踏勘，充分借鉴国内外送电线路勘察设计成果，我们把线路沿线的湿陷性黄土对送电线路的主要影响及危害归纳为四种：
2.2.1对塔基的影响
从前面的论述中，我们不难看出黄土湿陷最直接危害的就是铁塔的地基和基础，无论是地基整体沉降还是不均匀沉降都会给铁塔，甚至线路造成严重的危害。
2.2.2 对铁塔的影响
铁塔作为送电线路的承力结构，如果作为地基的黄土产生了不均匀湿陷，势必会引起四个塔腿的不均匀沉降，使上部铁塔杆件的变形超过正常使用极限状态，而无法正常使用。即使杆件未超过正常使用状态，也会导致结构体系内力分布的变化而使部分杆件发生强度破坏或失稳，最终危及整个结构的稳定。
2.2.3 滑塌对塔基、线路的危害
滑坡、滑塌对送电线路而言，是严重的地质灾害。在湿陷性黄土地区这种灾害更为频繁、严重。
2.2.4水土流失的危害
在黄土梁、黄土沟壑沟脑及黄土台塬边缘冲沟地带，由于地表水冲刷剥蚀造成水土流失现象十分严重。这种现象经常在边坡附近形成许多冲槽、冲沟、洞穴、土柱，并有扩大之势。如果塔位处于这类边坡附近，它们常常是危害边坡坡脚甚至塔基稳定的根源。水土流失更严重危害线路周边的环境，不利于植被的恢复，对线路的长期运行十分不利。
3. 工程防治黄土湿陷性的基本原则及措施
3.1基本原则
1）防患于未然，在湿陷性黄土地区的线路走径规划、塔位选择阶段就尽量使线路远离可能产生危害的地区；
2）局部地区如无法避开时，处理方案应强调综合治理即防水措施、环境治理与地基处理并重的原则。当然以上三条在具体实施时，应根据现场实际情况，各有侧重地选择，以达到实用、经济、高效的目标。
3.2塔位选择和排水
1）路径选择
通过缜密的现场收资、调查、勘探工作，尽量使线路远离冲沟、滑坡、高陡边坡等不利于线路整体稳定的地方。
2）塔位选择
在塔位选择时，应尽可能远离冲沟、滑坡、陡坎、水渠、落水洞等。
3）防水措施
通过现场收资与调查，沿线所经过的黄土地区干旱少雨，地下水位较深。虽然这些地区湿陷性黄土较厚，但其“浸水”的几率较小，只要在塔基表面采取严格的排水措施，即可避免湿陷的发生。为此，设计时一般在基面上留有内高外低的排水坡度（坡度一般为5%～8%）。如图所示：
3.4地基处理
在铁塔基础工程中，地基处理的一个基本思路是阻止地面水渗入基础底面下的持力层。依据这一思路，首先我们必须明确线路沿线湿陷性黄土水的渗入深度。我们选择不同湿陷性的黄土，已进行了多次原位渗深试验，获得了丰富的湿陷性黄土地基的资料，取得了很好的综合效益，保证了线路的长期安全运行。
1）试验介绍
试验先后选择具有Ⅱ级、Ⅲ级自重和非自重湿陷性的场地准备试坑，并在试坑中设置电杆基础、铁塔基础、回填基坑等，以对应地区年连续最大降雨量向试坑内灌水，在整个试验过程中始终不间断地向试坑内补水，直到规定的水量。见下图：
并记录试坑内水的渗透速度，待试坑内的水全部渗入土壤后，在铁塔基础周围、回填基坑内开挖检查渗透深度。见下图：
很自然的，铁塔基础、回填基坑的渗透深度各不相同，有一定的差距，但均有明显的湿渗线，且均不大于1000mm。这说明，对于送电线路支撑结构的基础，只要回填质量有保证，大气降水不会渗到基础底部造成基地土壤湿陷。
经过对取样参数之间的比较，本线路绝大多数地段的湿陷性黄土地基完全可采用以上试验结论。
2）地基处理措施
我们知道导致湿陷性黄土结构破坏的重要因素一是压力，二是受水浸湿。因此，除对地基进行处理外，采取防水措施、改善上部构筑物的构造和基础形式也是行之有效的处理办法。
送电工程常用的有垫层法,该方法适用于地基局部和整体处理，其垫层填料包括土和灰土（常用比例为2：8）。由于防渗效果好，施工简单，经济性好，这种方法在送电线路中应用较为普遍。
垫层形式见下图:
注：B为基础底板宽度。
基础垫层厚度t太薄，宽度太小，无法起到防渗的作用；而厚度t太厚，宽度太大，则对于运输、施工条件都较差的塔位太不经济，因此必须确定一个较为合理的厚度t与宽度b。根据《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T5219-2005）附录C特殊地基处理原则中表C.1的要求，对非自重湿陷性场地，可不处理。自重湿陷性场地，Ⅱ级仅做防水处理；Ⅲ级直线杆塔处理最小深度为1.0～1.5m；转角、终端杆塔处理最小深度为1.5～2.0m。
参考原位渗深试验及以往工程经验，经过测算比较，垫层的经济厚度为t=1000mm、b=1000mm，当然还要考虑适用于角度大的铁塔和一些特殊地基情况的基础，最终确定t=1000mm～1800mm，b=1000mm～1200mm。
由现场的静力触探试验确定，垫层的承载力特征值：土垫层为160 kPa～170kPa；灰土垫层为200 kPa～220kPa。
在施工时，应先将基础底面下拟处理的湿陷性黄土挖出，并利用基坑内的黄土与石灰拌合均匀作为填料，以现场试验得出的最优含水量为标准，加水分层回填，分层夯实直至设计标高。垫层施工过程中，应分层取样检验，对铁塔基础应每层取3处，取样点位置在各层中间，以及距边缘200mm处。
3）采用特殊基础形式
①桩基础
当湿陷性地基土较厚，且极易遭水浸湿的塔位，可考虑采用特殊的基础形式（如：桩基础）穿透全部湿陷性黄土层，桩底设置在非湿陷性黄土层上。但这种方法应慎重，应以不过量增加工程投资为前提。
②铁塔基面“保护盖”
在植被较差地区，黄土含水率极低，一般很难固结，风蚀作用明显。对于一些特殊、重要的塔位（如：重要交叉跨越点、换位塔等）可考虑采用下图所示的塔基处理方式，即在塔基表面砌铺由鹅卵石拌和水泥砂浆抹制而成的“保护盖”。由于造价较高，应根据塔位的重要性、黄土的湿陷性及塔基尺寸决定是否采用，是单个基面采用还是整个基面采用。对易积水的塔位，回填时应在基面下500mm处埋置阻水层。
4 结论
本文从湿陷性黄土的力学特点出发，详细论证了湿陷性黄土对高压输电线路的塔基的影响及危害，提出了解决高压输电线路黄土地基的基本处理原则，提出了包括在线路路径选择、塔位选择、塔基防水措施、地基的处理以及采用特殊基础型式等方面的要求，为后续高压输电线路黄土段地基处理提供了宝贵的理论依据和设计依据，为线路的安全运行提供了保障。
【参考文献】
张殿生，电力工程高压送电线路设计手册，中国电力出版社
《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T 5219-2005
《110～750kV架空输电线路设计规范》GB 50545-2010
《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025-2004
【关键词】： 湿陷性黄土 湿陷试验 影响及危害 塔位选择 措施
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
1.湿陷性黄土的概念
黄土的湿陷性是指在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的性质。根据受力条件的不同，湿陷性黄土可分为自重湿陷与非自重湿陷两种类型。自重湿陷性黄土是经浸水在自重作用下即发生湿陷的一种特殊粘性土，它形成于干旱气候条件下。非自重湿陷性黄土是指在没有外部附加荷载的情况下浸水不发生湿陷，但有外部附加荷载时浸水即发生湿陷的黄土。湿陷性黄土在干燥状态下具有较高的结构强度，可承受一定的荷载，变形量相对较小，但受水浸湿后，在外部荷載作用下，其结构迅速破坏，承载力急剧下降，产生湿陷变形，导致其上部构筑物因地基沉降变形过大而破坏。
导致实现性黄土结构破坏的因素有两个：压力、受水浸湿。湿陷性黄土性质从工程角度作了明确划分，将湿陷系数δs≥0.015的黄土定义为湿陷性黄土，同时将实测或计算自重湿陷量大于70mm的湿陷性黄土定义为自重湿陷性黄土，将实测或计算自重湿陷量小于或等于70mm的湿陷性黄土定义为非自重湿陷性黄土，并按湿陷量Δs和自重湿陷量Δzs将黄土的湿陷等级划分为轻微（Ⅰ级）、中等（Ⅱ级）、严重（Ⅲ级）、很严重（Ⅳ级）4个级别。
2.黄土湿陷性研究
2.1黄土湿陷的原理及基本特征
经研究，影响黄土湿陷性的微观因素主要有黄土的微观结构特征、颗粒组成、化学成分；宏观因素主要有黄土的含水量和上覆压力大小。
对于黄土湿陷性微观因素的研究主要集中在以下几个方面：通过对骨架颗粒的微观结构变形分析，认为黄土的湿陷过程就是骨架颗粒的分解和重新排布的过程；而对孔隙的微观结构变形分析认为黄土的湿陷过程是大孔隙破坏，中孔隙变形，小空隙、微空隙增多，空隙比减小的过程；而对胶结物质的微观结构变化分析认为黄土的湿陷破坏主要是土中骨架颗粒胶结的破坏，在外力作用下，黄土颗粒原先的粒间胶结力遭到破坏，骨架颗粒脱离原先胶结力的约束而重新排列。
对于黄土湿陷性宏观因素的研究主要集中在以下几个方面：对于含水量的研究表明，随初始水量的增大，结构强度连续降低，而且在低含水量下的降低幅度远大于高含水量下的降低幅度； 对于上覆应力的研究表明，根据上覆应力的性质可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两类。湿陷性黄土是指在一定压力下受水侵湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土。非湿陷性黄土是指在一定压力下受水侵湿，无显著附加下沉的黄土。
2.2湿陷性黄土对本工程的主要影响及危害
湿陷性黄土影响送电线路表现形式很多，很复杂。通过详细的现场踏勘，充分借鉴国内外送电线路勘察设计成果，我们把线路沿线的湿陷性黄土对送电线路的主要影响及危害归纳为四种：
2.2.1对塔基的影响
从前面的论述中，我们不难看出黄土湿陷最直接危害的就是铁塔的地基和基础，无论是地基整体沉降还是不均匀沉降都会给铁塔，甚至线路造成严重的危害。
2.2.2 对铁塔的影响
铁塔作为送电线路的承力结构，如果作为地基的黄土产生了不均匀湿陷，势必会引起四个塔腿的不均匀沉降，使上部铁塔杆件的变形超过正常使用极限状态，而无法正常使用。即使杆件未超过正常使用状态，也会导致结构体系内力分布的变化而使部分杆件发生强度破坏或失稳，最终危及整个结构的稳定。
2.2.3 滑塌对塔基、线路的危害
滑坡、滑塌对送电线路而言，是严重的地质灾害。在湿陷性黄土地区这种灾害更为频繁、严重。
2.2.4水土流失的危害
在黄土梁、黄土沟壑沟脑及黄土台塬边缘冲沟地带，由于地表水冲刷剥蚀造成水土流失现象十分严重。这种现象经常在边坡附近形成许多冲槽、冲沟、洞穴、土柱，并有扩大之势。如果塔位处于这类边坡附近，它们常常是危害边坡坡脚甚至塔基稳定的根源。水土流失更严重危害线路周边的环境，不利于植被的恢复，对线路的长期运行十分不利。
3. 工程防治黄土湿陷性的基本原则及措施
3.1基本原则
1）防患于未然，在湿陷性黄土地区的线路走径规划、塔位选择阶段就尽量使线路远离可能产生危害的地区；
2）局部地区如无法避开时，处理方案应强调综合治理即防水措施、环境治理与地基处理并重的原则。当然以上三条在具体实施时，应根据现场实际情况，各有侧重地选择，以达到实用、经济、高效的目标。
3.2塔位选择和排水
1）路径选择
通过缜密的现场收资、调查、勘探工作，尽量使线路远离冲沟、滑坡、高陡边坡等不利于线路整体稳定的地方。
2）塔位选择
在塔位选择时，应尽可能远离冲沟、滑坡、陡坎、水渠、落水洞等。
3）防水措施
通过现场收资与调查，沿线所经过的黄土地区干旱少雨，地下水位较深。虽然这些地区湿陷性黄土较厚，但其“浸水”的几率较小，只要在塔基表面采取严格的排水措施，即可避免湿陷的发生。为此，设计时一般在基面上留有内高外低的排水坡度（坡度一般为5%～8%）。如图所示：
3.4地基处理
在铁塔基础工程中，地基处理的一个基本思路是阻止地面水渗入基础底面下的持力层。依据这一思路，首先我们必须明确线路沿线湿陷性黄土水的渗入深度。我们选择不同湿陷性的黄土，已进行了多次原位渗深试验，获得了丰富的湿陷性黄土地基的资料，取得了很好的综合效益，保证了线路的长期安全运行。
1）试验介绍
试验先后选择具有Ⅱ级、Ⅲ级自重和非自重湿陷性的场地准备试坑，并在试坑中设置电杆基础、铁塔基础、回填基坑等，以对应地区年连续最大降雨量向试坑内灌水，在整个试验过程中始终不间断地向试坑内补水，直到规定的水量。见下图：
并记录试坑内水的渗透速度，待试坑内的水全部渗入土壤后，在铁塔基础周围、回填基坑内开挖检查渗透深度。见下图：
很自然的，铁塔基础、回填基坑的渗透深度各不相同，有一定的差距，但均有明显的湿渗线，且均不大于1000mm。这说明，对于送电线路支撑结构的基础，只要回填质量有保证，大气降水不会渗到基础底部造成基地土壤湿陷。
经过对取样参数之间的比较，本线路绝大多数地段的湿陷性黄土地基完全可采用以上试验结论。
2）地基处理措施
我们知道导致湿陷性黄土结构破坏的重要因素一是压力，二是受水浸湿。因此，除对地基进行处理外，采取防水措施、改善上部构筑物的构造和基础形式也是行之有效的处理办法。
送电工程常用的有垫层法,该方法适用于地基局部和整体处理，其垫层填料包括土和灰土（常用比例为2：8）。由于防渗效果好，施工简单，经济性好，这种方法在送电线路中应用较为普遍。
垫层形式见下图:
注：B为基础底板宽度。
基础垫层厚度t太薄，宽度太小，无法起到防渗的作用；而厚度t太厚，宽度太大，则对于运输、施工条件都较差的塔位太不经济，因此必须确定一个较为合理的厚度t与宽度b。根据《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T5219-2005）附录C特殊地基处理原则中表C.1的要求，对非自重湿陷性场地，可不处理。自重湿陷性场地，Ⅱ级仅做防水处理；Ⅲ级直线杆塔处理最小深度为1.0～1.5m；转角、终端杆塔处理最小深度为1.5～2.0m。
参考原位渗深试验及以往工程经验，经过测算比较，垫层的经济厚度为t=1000mm、b=1000mm，当然还要考虑适用于角度大的铁塔和一些特殊地基情况的基础，最终确定t=1000mm～1800mm，b=1000mm～1200mm。
由现场的静力触探试验确定，垫层的承载力特征值：土垫层为160 kPa～170kPa；灰土垫层为200 kPa～220kPa。
在施工时，应先将基础底面下拟处理的湿陷性黄土挖出，并利用基坑内的黄土与石灰拌合均匀作为填料，以现场试验得出的最优含水量为标准，加水分层回填，分层夯实直至设计标高。垫层施工过程中，应分层取样检验，对铁塔基础应每层取3处，取样点位置在各层中间，以及距边缘200mm处。
3）采用特殊基础形式
①桩基础
当湿陷性地基土较厚，且极易遭水浸湿的塔位，可考虑采用特殊的基础形式（如：桩基础）穿透全部湿陷性黄土层，桩底设置在非湿陷性黄土层上。但这种方法应慎重，应以不过量增加工程投资为前提。
②铁塔基面“保护盖”
在植被较差地区，黄土含水率极低，一般很难固结，风蚀作用明显。对于一些特殊、重要的塔位（如：重要交叉跨越点、换位塔等）可考虑采用下图所示的塔基处理方式，即在塔基表面砌铺由鹅卵石拌和水泥砂浆抹制而成的“保护盖”。由于造价较高，应根据塔位的重要性、黄土的湿陷性及塔基尺寸决定是否采用，是单个基面采用还是整个基面采用。对易积水的塔位，回填时应在基面下500mm处埋置阻水层。
4 结论
本文从湿陷性黄土的力学特点出发，详细论证了湿陷性黄土对高压输电线路的塔基的影响及危害，提出了解决高压输电线路黄土地基的基本处理原则，提出了包括在线路路径选择、塔位选择、塔基防水措施、地基的处理以及采用特殊基础型式等方面的要求，为后续高压输电线路黄土段地基处理提供了宝贵的理论依据和设计依据，为线路的安全运行提供了保障。
【参考文献】
张殿生，电力工程高压送电线路设计手册，中国电力出版社
《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T 5219-2005
《110～750kV架空输电线路设计规范》GB 50545-2010
《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025-2004