高海拔凍土地區(qū)輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計研究范文

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【摘要】在凍土地區(qū)進(jìn)行輸電線路設(shè)計時，桿塔基礎(chǔ)的受力以及變形比一般地區(qū)要更加復(fù)雜。針對這種情況，本文分析了在凍脹融沉條件下基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)，對凍土地基基礎(chǔ)型式進(jìn)行了探討，并提出了消減凍土地區(qū)桿塔基礎(chǔ)凍脹和融沉危害的措施。

【關(guān)鍵詞】高海拔凍土地區(qū)；輸電線路；基礎(chǔ)設(shè)計

1前言

隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，輸電電網(wǎng)工程規(guī)模的日益壯大，電網(wǎng)建設(shè)也向原本經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的青海、西藏等地延伸，導(dǎo)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(fù)氣溫的影響下，會出現(xiàn)大幅度膨脹，凍脹變形量最大可超過40cm，并伴隨產(chǎn)生凍脹力的作用。土的凍脹性越強(qiáng)，其凍脹量和凍脹力越大，當(dāng)凍脹力超過基礎(chǔ)能夠承受的極限時就出現(xiàn)基礎(chǔ)上拔破壞，導(dǎo)致輸電線路倒塔事故。

2凍土地基基礎(chǔ)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(chǔ)上拔，破壞原結(jié)構(gòu)。在我國建筑地基規(guī)范中還可以采用驗(yàn)算基礎(chǔ)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(chǔ)。由于輸電線路鐵塔基礎(chǔ)往往承受拉力或者拉、壓可變作用，因而這一規(guī)定已經(jīng)不再適用。對輸電線路的獨(dú)立基礎(chǔ)規(guī)定基礎(chǔ)埋深均要大于凍土標(biāo)準(zhǔn)凍深的辦法來消除法向凍脹力的影響；對于高承臺基礎(chǔ)和低承臺群樁基礎(chǔ)，分別采用在承臺底面與地面間預(yù)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)質(zhì)上是線路基礎(chǔ)對凍土體向上運(yùn)動的阻力，凍結(jié)強(qiáng)度承受并傳遞著切向凍脹力。切向凍脹力對結(jié)構(gòu)的危害是使基礎(chǔ)產(chǎn)生上拔作用，從而破壞原結(jié)構(gòu)。切向凍脹力的產(chǎn)生必須同時具備兩個條件：土體的凍脹性和凍結(jié)強(qiáng)度。兩個條件缺一不可。如果地基土不具備凍脹性，凍結(jié)強(qiáng)度再大也不會產(chǎn)生切向凍脹力。切向凍脹力靠凍結(jié)強(qiáng)度傳遞，如果沒有凍結(jié)強(qiáng)度，地基土凍脹再強(qiáng)烈，作用于基礎(chǔ)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(chǔ)表面的粗糙度有關(guān)。（3）水平法向凍脹力水平法向凍脹力是土體在凍結(jié)時，因體積膨脹受阻而產(chǎn)生的作用于基礎(chǔ)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(dāng)輸電線路基礎(chǔ)無特殊錨固要求，水平非對稱凍脹力一般只作用于支擋結(jié)構(gòu)物上（如擋上墻結(jié)構(gòu)等），而不出現(xiàn)在輸電線路基礎(chǔ)上。綜上所述，切向凍脹力是凍土地區(qū)線路基礎(chǔ)設(shè)計的一個重要內(nèi)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(chǔ)的穩(wěn)定性。

2.2影響土體凍脹因素

（1）土顆粒大小。凍結(jié)過程中的水分遷移特性決定了粗顆粒土和細(xì)顆粒土切向凍脹力的這種發(fā)展規(guī)律。一般而言細(xì)顆粒土的凍脹敏感性和單位凍結(jié)力均高于粗顆粒土，導(dǎo)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(qiáng)，在凍結(jié)時產(chǎn)生的凍脹量與凍脹力也就越大，凍結(jié)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(fù)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(nèi)，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(jìn)行凍脹性分類，根據(jù)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(qiáng)凍脹和特強(qiáng)凍脹五級。3凍土地區(qū)桿塔基礎(chǔ)設(shè)計原則設(shè)計原則：（1）對多年凍土區(qū)地基土，應(yīng)保持地基土凍結(jié)狀態(tài)。（2）設(shè)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(qiáng)度為控制標(biāo)準(zhǔn)，以沉降變形計算為校核標(biāo)準(zhǔn)，并同時滿足強(qiáng)度和變形的要求。（3）選擇合理的基礎(chǔ)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(zhì)的巨大且不可逆的變化，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。一旦這些凍土區(qū)植被被破壞后其恢復(fù)相當(dāng)緩慢。因此在工程建設(shè)中要特別注意保護(hù)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(hù)環(huán)境對保持凍上地基和桿塔基礎(chǔ)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(yùn)行期間雨水、地表水浸入地基，應(yīng)配置排水設(shè)施。在塔位上坡側(cè)應(yīng)設(shè)置截水溝，并將塔基平面設(shè)成一定的坡度以排走地表水，避免因基礎(chǔ)因排水不暢而造成凍害。（2）當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)凍深大于1.5m、基底以上為凍脹土和強(qiáng)凍脹土的基礎(chǔ)時，基礎(chǔ)回填土宜應(yīng)采用粗砂、中砂等非凍脹性散粒材料。與此同時基礎(chǔ)換填深度要突破當(dāng)?shù)氐谋鶅鼍€以下200mm，避免換填材料與最大凍深之間產(chǎn)生新的凍脹。換填材料基礎(chǔ)要密實(shí)均勻，防止基礎(chǔ)受壓后，產(chǎn)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(zhì)泡沫塑料等。

5結(jié)束語

凍土地區(qū)架空輸電線路在路徑和桿塔定位時，應(yīng)盡量避開凍土地基，如實(shí)在不能避開，應(yīng)先根據(jù)地質(zhì)鉆探資料判別凍土地質(zhì)凍脹的程度，取得準(zhǔn)確的凍結(jié)深度，并選擇合適的基礎(chǔ)型式和防治措施。在凍脹力不能完全消除的情況下，應(yīng)該對基礎(chǔ)抗凍拔穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算。對季節(jié)性凍土還必須進(jìn)行凍土融化條件下基礎(chǔ)穩(wěn)定性和承載力計算。

參考文獻(xiàn)

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作者:林新 單位:湖南送變電勘察設(shè)計咨詢有限公司