高海拔凍土地區(qū)輸電線路基礎設計研究范文
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【摘要】在凍土地區(qū)進行輸電線路設計時，桿塔基礎的受力以及變形比一般地區(qū)要更加復雜。針對這種情況，本文分析了在凍脹融沉條件下基礎的受力特點，對凍土地基基礎型式進行了探討，并提出了消減凍土地區(qū)桿塔基礎凍脹和融沉危害的措施。
1前言
隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，輸電電網工程規(guī)模的日益壯大，電網建設也向原本經濟不發(fā)達的青海、西藏等地延伸，導致越來越多的輸電線路在凍土地區(qū)走線。凍脹性土在冬季負氣溫的影響下，會出現大幅度膨脹，凍脹變形量最大可超過40cm，并伴隨產生凍脹力的作用。土的凍脹性越強，其凍脹量和凍脹力越大，當凍脹力超過基礎能夠承受的極限時就出現基礎上拔破壞，導致輸電線路倒塔事故。
2凍土地基基礎受力分析
2.1凍脹力分類
（1）垂直法向凍脹力法向凍脹力的危害使基礎上拔，破壞原結構。在我國建筑地基規(guī)范中還可以采用驗算基礎穩(wěn)定的方法允許基底留有一定厚度的殘余凍上層。但是這一規(guī)定僅適用于承受壓力的永久受壓基礎。由于輸電線路鐵塔基礎往往承受拉力或者拉、壓可變作用，因而這一規(guī)定已經不再適用。對輸電線路的獨立基礎規(guī)定基礎埋深均要大于凍土標準凍深的辦法來消除法向凍脹力的影響；對于高承臺基礎和低承臺群樁基礎，分別采用在承臺底面與地面間預留一定地基土凍脹量（一般為300mm左右）以及將其承臺底面包括墊層均置于標準凍深之下的辦法來消除法向凍脹力的影響。（2）切向凍脹力切向凍脹力實質上是線路基礎對凍土體向上運動的阻力，凍結強度承受并傳遞著切向凍脹力。切向凍脹力對結構的危害是使基礎產生上拔作用，從而破壞原結構。切向凍脹力的產生必須同時具備兩個條件：土體的凍脹性和凍結強度。兩個條件缺一不可。如果地基土不具備凍脹性，凍結強度再大也不會產生切向凍脹力。切向凍脹力靠凍結強度傳遞，如果沒有凍結強度，地基土凍脹再強烈，作用于基礎上的切向凍脹力也可忽略不計。此外，切向凍脹力大小還與基礎表面的粗糙度有關。（3）水平法向凍脹力水平法向凍脹力是土體在凍結時，因體積膨脹受阻而產生的作用于基礎上的反作用力。水平凍脹力的危害分為兩種情況：一種是水平對稱凍脹力，即當輸電線路基礎無特殊錨固要求，水平非對稱凍脹力一般只作用于支擋結構物上（如擋上墻結構等），而不出現在輸電線路基礎上。綜上所述，切向凍脹力是凍土地區(qū)線路基礎設計的一個重要內容，如果不能徹底消除和減小切向凍脹力的影響將會直接影響鐵塔基礎的穩(wěn)定性。
2.2影響土體凍脹因素
（1）土顆粒大小。凍結過程中的水分遷移特性決定了粗顆粒土和細顆粒土切向凍脹力的這種發(fā)展規(guī)律。一般而言細顆粒土的凍脹敏感性和單位凍結力均高于粗顆粒土，導致其切向凍脹力明顯高于粗顆粒土的切向凍脹力。（2）土的含水量與地下水位土中水分的多少是引起土體凍脹的主要因素之一。土中含水量越大，地下水位越高，土的凍脹性就越強，在凍結時產生的凍脹量與凍脹力也就越大，凍結后土壤體積膨脹越大，地表面隆起的高度就越高，反之則小。（3）土體溫度土體的凍脹有一個適宜負溫范圍。一般在-3℃左右，土體凍脹量值約占最大凍脹量的70～80%，在-3～-7℃范圍內，凍脹量增大值約占最人凍脹量值15～20%。在溫度低于-7～-10℃以下，土體凍脹量值占最大值的5%以下，有些幾乎不增加。
2.3土的凍脹性類型
對土進行凍脹性分類，根據土凍脹率的大小，對地基土的凍脹性可劃分為：不凍脹、弱凍脹、凍脹、強凍脹和特強凍脹五級。3凍土地區(qū)桿塔基礎設計原則設計原則：（1）對多年凍土區(qū)地基土，應保持地基土凍結狀態(tài)。（2）設計過程中，原則上以凍脹融沉條件下的地基土豎向承載能力和土體的強度為控制標準，以沉降變形計算為校核標準，并同時滿足強度和變形的要求。（3）選擇合理的基礎型式和埋深。（4）多年凍土和季節(jié)性凍上地基對地表擾動都是十分敏感的，地表周圍自然環(huán)境一些不大的改變，如雪蓋和植被的變化都會引起凍土性質的巨大且不可逆的變化，從而產生嚴重的后果。一旦這些凍土區(qū)植被被破壞后其恢復相當緩慢。因此在工程建設中要特別注意保護環(huán)境。同時凍土開挖過程中也要盡量減少對周圍土體的擾動。這樣保護環(huán)境對保持凍上地基和桿塔基礎穩(wěn)定都是十分必要的。
4其他有效措施
（1）位于丘陵、低山區(qū)域不考慮凍脹的塔位，為防止施工和運行期間雨水、地表水浸入地基，應配置排水設施。在塔位上坡側應設置截水溝，并將塔基平面設成一定的坡度以排走地表水，避免因基礎因排水不暢而造成凍害。（2）當標準凍深大于1.5m、基底以上為凍脹土和強凍脹土的基礎時，基礎回填土宜應采用粗砂、中砂等非凍脹性散粒材料。與此同時基礎換填深度要突破當地的冰凍線以下200mm，避免換填材料與最大凍深之間產生新的凍脹。換填材料基礎要密實均勻，防止基礎受壓后，產生新的不均勻沉降。（3）采用保溫法。保溫法中隔熱的材料可選用爐碴、鋸末、草皮、硬質泡沫塑料等。
5結束語
凍土地區(qū)架空輸電線路在路徑和桿塔定位時，應盡量避開凍土地基，如實在不能避開，應先根據地質鉆探資料判別凍土地質凍脹的程度，取得準確的凍結深度，并選擇合適的基礎型式和防治措施。在凍脹力不能完全消除的情況下，應該對基礎抗凍拔穩(wěn)定進行驗算。對季節(jié)性凍土還必須進行凍土融化條件下基礎穩(wěn)定性和承載力計算。
參考文獻
[1]《凍土工程地質勘查規(guī)范》（GB50324-2014）[S].北京：中國計劃出版社，2014.
[2]王向東，郭青梅，吳曉峰.季節(jié)性凍土地區(qū)的輸電桿塔基礎設計[J].電力建設，2010（12）：48~49.
[3]孫洪波，王雪麗.高寒地區(qū)輸電線路桿塔基礎設計[J].內蒙古電力技術，2011（6）：32~34.
[4]王丹.季節(jié)性凍土地區(qū)的輸電桿塔基礎設計研究[J].中國新技術新產品，2012（22）：89~90.
作者:林新 單位:湖南送變電勘察設計咨詢有限公司