高海拔冻土地区输电线路基础设计研究范文
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【摘要】在冻土地区进行输电线路设计时，杆塔基础的受力以及变形比一般地区要更加复杂。针对这种情况，本文分析了在冻胀融沉条件下基础的受力特点，对冻土地基基础型式进行了探讨，并提出了消减冻土地区杆塔基础冻胀和融沉危害的措施。
1前言
随着电力事业的不断发展，输电电网工程规模的日益壮大，电网建设也向原本经济不发达的青海、西藏等地延伸，导致越来越多的输电线路在冻土地区走线。冻胀性土在冬季负气温的影响下，会出现大幅度膨胀，冻胀变形量最大可超过40cm，并伴随产生冻胀力的作用。土的冻胀性越强，其冻胀量和冻胀力越大，当冻胀力超过基础能够承受的极限时就出现基础上拔破坏，导致输电线路倒塔事故。
2冻土地基基础受力分析
2.1冻胀力分类
（1）垂直法向冻胀力法向冻胀力的危害使基础上拔，破坏原结构。在我国建筑地基规范中还可以采用验算基础稳定的方法允许基底留有一定厚度的残余冻上层。但是这一规定仅适用于承受压力的永久受压基础。由于输电线路铁塔基础往往承受拉力或者拉、压可变作用，因而这一规定已经不再适用。对输电线路的独立基础规定基础埋深均要大于冻土标准冻深的办法来消除法向冻胀力的影响；对于高承台基础和低承台群桩基础，分别采用在承台底面与地面间预留一定地基土冻胀量（一般为300mm左右）以及将其承台底面包括垫层均置于标准冻深之下的办法来消除法向冻胀力的影响。（2）切向冻胀力切向冻胀力实质上是线路基础对冻土体向上运动的阻力，冻结强度承受并传递着切向冻胀力。切向冻胀力对结构的危害是使基础产生上拔作用，从而破坏原结构。切向冻胀力的产生必须同时具备两个条件：土体的冻胀性和冻结强度。两个条件缺一不可。如果地基土不具备冻胀性，冻结强度再大也不会产生切向冻胀力。切向冻胀力靠冻结强度传递，如果没有冻结强度，地基土冻胀再强烈，作用于基础上的切向冻胀力也可忽略不计。此外，切向冻胀力大小还与基础表面的粗糙度有关。（3）水平法向冻胀力水平法向冻胀力是土体在冻结时，因体积膨胀受阻而产生的作用于基础上的反作用力。水平冻胀力的危害分为两种情况：一种是水平对称冻胀力，即当输电线路基础无特殊锚固要求，水平非对称冻胀力一般只作用于支挡结构物上（如挡上墙结构等），而不出现在输电线路基础上。综上所述，切向冻胀力是冻土地区线路基础设计的一个重要内容，如果不能彻底消除和减小切向冻胀力的影响将会直接影响铁塔基础的稳定性。
2.2影响土体冻胀因素
（1）土颗粒大小。冻结过程中的水分迁移特性决定了粗颗粒土和细颗粒土切向冻胀力的这种发展规律。一般而言细颗粒土的冻胀敏感性和单位冻结力均高于粗颗粒土，导致其切向冻胀力明显高于粗颗粒土的切向冻胀力。（2）土的含水量与地下水位土中水分的多少是引起土体冻胀的主要因素之一。土中含水量越大，地下水位越高，土的冻胀性就越强，在冻结时产生的冻胀量与冻胀力也就越大，冻结后土壤体积膨胀越大，地表面隆起的高度就越高，反之则小。（3）土体温度土体的冻胀有一个适宜负温范围。一般在-3℃左右，土体冻胀量值约占最大冻胀量的70～80%，在-3～-7℃范围内，冻胀量增大值约占最人冻胀量值15～20%。在温度低于-7～-10℃以下，土体冻胀量值占最大值的5%以下，有些几乎不增加。
2.3土的冻胀性类型
对土进行冻胀性分类，根据土冻胀率的大小，对地基土的冻胀性可划分为：不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五级。3冻土地区杆塔基础设计原则设计原则：（1）对多年冻土区地基土，应保持地基土冻结状态。（2）设计过程中，原则上以冻胀融沉条件下的地基土竖向承载能力和土体的强度为控制标准，以沉降变形计算为校核标准，并同时满足强度和变形的要求。（3）选择合理的基础型式和埋深。（4）多年冻土和季节性冻上地基对地表扰动都是十分敏感的，地表周围自然环境一些不大的改变，如雪盖和植被的变化都会引起冻土性质的巨大且不可逆的变化，从而产生严重的后果。一旦这些冻土区植被被破坏后其恢复相当缓慢。因此在工程建设中要特别注意保护环境。同时冻土开挖过程中也要尽量减少对周围土体的扰动。这样保护环境对保持冻上地基和杆塔基础稳定都是十分必要的。
4其他有效措施
（1）位于丘陵、低山区域不考虑冻胀的塔位，为防止施工和运行期间雨水、地表水浸入地基，应配置排水设施。在塔位上坡侧应设置截水沟，并将塔基平面设成一定的坡度以排走地表水，避免因基础因排水不畅而造成冻害。（2）当标准冻深大于1.5m、基底以上为冻胀土和强冻胀土的基础时，基础回填土宜应采用粗砂、中砂等非冻胀性散粒材料。与此同时基础换填深度要突破当地的冰冻线以下200mm，避免换填材料与最大冻深之间产生新的冻胀。换填材料基础要密实均匀，防止基础受压后，产生新的不均匀沉降。（3）采用保温法。保温法中隔热的材料可选用炉碴、锯末、草皮、硬质泡沫塑料等。
5结束语
冻土地区架空输电线路在路径和杆塔定位时，应尽量避开冻土地基，如实在不能避开，应先根据地质钻探资料判别冻土地质冻胀的程度，取得准确的冻结深度，并选择合适的基础型式和防治措施。在冻胀力不能完全消除的情况下，应该对基础抗冻拔稳定进行验算。对季节性冻土还必须进行冻土融化条件下基础稳定性和承载力计算。
参考文献
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[2]王向东，郭青梅，吴晓峰.季节性冻土地区的输电杆塔基础设计[J].电力建设，2010（12）：48~49.
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[4]王丹.季节性冻土地区的输电杆塔基础设计研究[J].中国新技术新产品，2012（22）：89~90.
作者:林新 单位:湖南送变电勘察设计咨询有限公司