井字梁基础在输电线路采空区运用的探讨

牛建荣

0 引言

随着电网建设的不断发展，线路走廊日趋紧张，输电线路途经煤矿采空区的问题日渐突出。如果设计方案对采空区的沉陷和变形估计不足或处理不当，可能对输电线路的安全运行造成严重的后果，带来巨大损失。过去由于机械化程度不高、采空地段较少，线路可以通过避让或采用传统的方式做处理，对输电线路的投资影响有限。现在新建线路不得不通过采空区的情况已成常态，有些工程甚至全线处于采空区。因此我们只有面对现实，积极稳妥的寻求出路。对上述问题能否处理好，事关行业的生死前途。

输电线路工程对采空区的塌陷和变形尚无较系统的研究，采空区塌陷和变形处理是工程设计方案中关键问题，处理不当将会对输电线路工程全寿命运行造成极大的危害。由于煤矿采空区的沉陷问题涉及因素多而复杂，应当进行综合考察和分析后确定方案。而地表变形的大小和形式与煤层的赋存条件、顶板管理方法和开采深度、采区大小、开采布局、开采顺序、方向、时间，以及上履岩层的性质有关。多煤层开采时地表将受到重复采动的影响。采动影响的延续时间或长或短，开采结束后，地表变形将逐渐趋于稳定。因此，开展输电线路工程途经煤矿采动影响区地基基础设计和应用研究十分必要。目前国内外对输电线路通过采空区的处理也缺乏较系统的理论研究，已有研究主要集中在高压线路下采煤控制技术方面。山西的输电线路通过采空区的500 kV，220 kV线路上千公里，我院对输电线路通过煤矿采空区的特点，总结出了许多行之有效的技术措施，积累了丰富的经验，在运行和修复等方面有独到的处理方法。

1 井字梁基础的提出

根据GB 50021-2001岩土工程勘察规范5.5条规定，把采空区分为老采空区、现采空区和未来采空区三类。由地下采煤引起的地表移动有下沉和水平移动，各种移动量不相等，由此产生三种变形：倾斜、曲率和水平变形。

应对采空区传统的方式是采用大板基础即在4个独立基础底面设置一钢筋混凝土大板(见图1)，此大板上、下层均配置钢筋，以抵抗由于不均匀沉降所产生的弯矩，为方便基础顶推时减小摩阻力，在大板与基础之间增设砂卵石垫层。这种基础形式可以保证当地基发生一定程度不均匀沉降时，不会由于4个基础的不均匀沉降造成杆塔破坏。

大板基础在过去的工程中运行情况良好，亦能起到抵御地基变形的要求。但是本基础由于土石方开挖量大，不仅费用高，而且后遗症多，施工时若对弃土处理不好，会形成弃土滑坡，影响塔基安全稳定。塔基土石方的大量开挖，不仅改变了塔位处的自然地形、地貌，破坏了原有的植被，极易形成水土流失，对塔位环境造成损害而影响塔基稳定。

近年来随着社会的进步和发展，全社会对环保、低碳的要求，人们对环境质量的要求越来越高，环境保护问题显得日益突出起来，环境保护在经济的可持续发展中占据越来越重要的位置。节约建设和运行总体成本、推进“资源节约型、环境友好型”电网的建设已深入民心，人们迫切地呼唤有能取代耗材量大，土石方量大，对自然环境破坏严重的新型基础的出现。

2 井字梁基础的可行性

受应对软弱地基筏片基础的启发，结合工程实践，井字梁基础在应对采空区的塌陷具有积极的作用(见图2，图3)。其具体方式为：以通过基底中心的十字交叉梁相连形成形似“井”字状，再考虑节点刚度、基底需有垫板的要求，在节点处设一板带梁。其机理是梁型截面有足够高跨比，是良好的抗弯构件，可以应对地表的下沉和撕裂，与传统的大板基础相比由于井字梁在水平面上属于四边形不稳定体系，故通过在节点采用板带梁形式不仅可以加强节点刚度，同时也可以给上部基础提供可靠的支撑结构。

其受力与柱下条形基础相当，需要强调的是板下地基为原状土地基，以保证板上荷重可直接传至板下地基，避免梁下地耐力不足情况的出现。

表1 大板基础和井字梁基础的数据比较

井字梁的作用主要有以下几个方面：1)通过联体井字梁把独立基础固定，防止其发生相对位移;2)井字梁与调节系统连接，通过调节系统固定铁塔;3)井字梁扩大了独立基础的面积，减少了对地基的作用，同时减小地基的不均匀变形。

3 技术经济指标分析

表1为对110 kV中的转角塔1D-J1大板基础和井字梁基础的数据比较。

4 结语

井字梁基础与大板基础相比不仅耗材量小，而且通过减少土石方量达到保护环境的目的，社会效益明显。但由于本基础实践经验少，我们建议在地质稳定性好、交通运输方便、运行维护好的塔位处采用，待以后积累经验后大力推广。总之处理好建设和环保的关系，达到人和自然的和谐统一，应该是我们永远不变的追求。

［1］ Q/GDW 179-2008，110～750 kV架空输电线路设计技术规定［S］.

［2］ DL/T 5154-2002，架空送电线路杆塔结构设计技术规定［S］.

［3］ DL/T 5219-2005，架空送电线路基础设计技术规定［S］.

［4］ GB 50009-2001，建筑结构荷载规范［S］.

［5］ GB 50017-2003，钢结构设计规范［S］.

［6］ GB 50010-2002，混凝土结构设计规范［S］.