多年冻土对输电线路杆塔基础的影响及处理措施

多年冻土对输电线路杆塔基础的影响及处理措施 Treatment Method of the Prolonged Frozen Ground’s Influence on the Transmission Line’s Pole Tower Base 青海省电力设计院 　童 　武 (810008) 【摘 　要】　随着青藏铁路 (格拉段)工程的开工建设 ,工程的施工电源及未来铁路沿线的配套 供电系统急需解决 ,然而高压输电线路必须穿越青藏高原高海拔多年冻土地区。文章就冻土 对输电线路杆塔基础的影响进行了分析和研究 ,并提出了相应的处理措施。 【关键词】　青藏高原 　冻土 　输电线路 　杆塔基础 【Abstract】　Along with the construction of the Qinghai - Tibet railway project ,it should settle the construction power supply and the necessary power supply system of the railway ,but the high - voltage transmission line have to across the high elevation and prolonged frozen ground ,the paper analysis and studies the prolonged frozen ground’s influence on the transmission line’s pole tower base. 【Keywords】　Qinghai - Tibet plateau 　Frozen ground 　Transmission line 　Poletower base 1 　概述 青藏铁路供电系统中 ,无论是 110kV 主 网送电线路 ,还是 35kV 贯通送电线路 ,都必须穿 越青藏高原大面积的高海拔多年冻土地区 ,而现 行的《送电线路杆塔基础设计规定》中 ,还没有在 多年冻土地区杆塔基础设计的技术要求和 , 在这一地区也没有任何高压输电线路的设计经 验。这就使设计人员无章可循 ,无经验可取 ,给设 计工作带来很大的困难 ,给将来的工程质量带来 隐患。所以作为设计人员必须了解多年冻土的地 质特征 ,掌握最新的科学技术资料 ,设计出合理的 杆塔基础及处理措施 ,保证输电工程经济合理、安 全可靠。 2 　多年冻土的特征分析 冻土是一种特殊的土体 ,其成分、结构、热物 理及物理力学性质均有着不同于一般土体的许多 特点。冻土区的活动层中每年都发生着季节性融 化和冻结 ,并伴生有各种不良冻土地质现象。而 输电线路的杆塔基础 ,它的受力形式有别于一般 公路、铁路的路基。由此 ,就产生冻土区输电线路 杆塔基础的一系列特殊的工程地质问题 ,给输电 工程的设计、施工及运行维护带来一定的困难。 所以在工程中必须解决多年冻土的融沉、冻胀和 不良冻土现象对杆塔基础造成的影响。 在多年冻土上限附近往往存在厚层地下冰及 高含冻量冻土层 ,由于埋藏浅 ,很容易受天然因素 或人为活动的影响而融化产生下沉 ,这是多年冻 土区地基变形和被破坏的主要原因。冻胀问题也 是在冻土区应考虑的另外一个重要问题。它不仅 包括多年冻土以上的季节融化层 ,也包括季节冻 结深度 > 1. 5m 的深季节冻土区。对于低温稳定 和基本稳定的多年冻土区 ,一般来说 ,其季节融化 层厚度较小 ,且存在双向冻结 ,冻结速度较快 ,水 份迁移较小 ,冻胀相对较轻 ;对于高温不稳定多年 冻土区 ,季节融化层厚度较大 ,冻结速度也慢 ,如 存在细颗粒和有足够水份补给 ,则可能产生较大 83 《青 　海 　电 　力》2001 年 1 第 4 期 的水份迁移 ,从而产生严重的冻胀作用。对于多 年冻土区的融区及深季节冻土区 ,如果地下水埋 藏较浅并且有冻结敏感性土 ,则可能产生冻胀。 另外 ,由于多年冻土的特征下产生的不良地质现 象如冻胀丘、冰椎、融冻泥流、热融滑塌和热融湖 塘、沼泽化湿地等 ,这些都会造成地基的变形和破 坏。 总之 ,以上各种地质现象都会对输电线路的 杆塔基础造成严重的破坏影响 ,如基础的强度、上 拔、下压、倾覆稳定等等。 3 　处理措施及意见 通过对输电线路的全线踏勘 ,对青藏公路及 对沿线的桥梁、建筑物的了解 ,经过多年高海拔地 区输电线路设计的经验总结 ,在参照《冻土区建筑 地基基础设计》及《青藏铁路多年冻土区工程 勘察暂行规定 (试行)》的基础上 ,对本工程多年冻 土地区杆塔基础的设计做了一定的探讨和研究。 利用多年冻土做地基时 ,由于土在融沉与冻 结两种不同状态下 ,其力学性质、强度指标、变形 特点与构造的热稳定性等相差悬殊 ,及从一种状 态过渡到另一种状态时 ,在一般情况下将发生强 度由大到小 ,变形由小到大的巨大突变。因此 ,根 据冻土的冻结与融化状态确定多年冻土地基的设 计状态是极为必要的。根据输电线路杆塔的结构 和技术特性 ,多年冻土地基应采用保持冻结状态 进行设计。而杆塔基础要保持这一状态最有效的 方法是加大基础埋深 ,既采用桩基础或将独立基 础底面延伸到融化层最大计算深度之下的冻土层 中。为防止偶遇温暖年份多年冻土的上限有可能 下移 ,对一般基础的底面卧入多年冻土层深度 ≮ 1m ,而对桩基础要求应高一些 ,应 ≮2m ,因为桩 的承载力主要在冻土层中 ,所以埋深一些 ,不但强 度提高 ,也比较稳定 ,有一定的安全性。 在多年冻土区杆塔基础设计时 ,首先 ,对地基 土的融化深度和冻结深度 ,如在没有实测资料时 , 应严格遵守规范按照适用于高海拔的青藏高原地 区的计算公式进行计算。其次 ,在进行地基承载 力、变形及稳定计算时 ,还应考虑冻土中冰含量的 大小。因为冻土中未冻水量的变化直接影响着冻 土中的含水量及冰土的胶结强度。另外 ,对基础 底面压力及对偏心荷载作用的基础底面压力的确 定 ,除了按非冻土式的计算方法外 ,还应考虑作用 于基础下裙边侧面与多年冻土冻结的切向力。 因为冻土与基础间的冻结强度是随着地基土温度 降低而增大的 ,它比未冻土与基础间的摩阻力要 大的多 ,其作用方向和偏心力矩的方向相反。 多年冻土区还可在杆塔基础下置一定厚度冻 结不敏感的砂卵石垫层 ,这样可调节地基因季节 影响引起的热状况波动 ,避免基础直接影响多年 冻土温度状况 ,对保持地基冻结状态设计有利。 多年冻土区的不良地质现象对输电线路的杆 塔基础也有极其严重的破坏作用 ,所以在路径和 杆塔位的选择时应尽量避开 ,如实在避不开的基 础 ,应采取相应的综合技术措施。 4 　其他 从环境的角度看 ,多年冻土特别是高含冰量 冻土对地表扰动十分敏感 ,地表一些不大的改变 , 如雪盖和植被的变化都会引起多年冻土巨大的不 可逆变化 ,从而产生严重的后果。青藏高原的特 殊自然条件造成冻土区植被具有一旦被破坏后恢 复相当缓慢的特点 ,因此要特别注意保护环境。 从工程的角度看 ,保护环境对保持冻土、保障杆塔 基础稳定也是十分必要的 ,如在基坑开挖时应保 持好地表的植被 ,待基础施工完毕后回复植被等 等。 青藏高原海拔高、空气稀薄 ,各种恶劣气象条 件反复无常 ,这将给将来的施工和运行维护造成 很大的困难 ,在这一地区输电线路的设计还应考 虑此方面的因素 ,在基础设计时应尽量采用预制 构件。 5 　结论 多年冻土地区输电线路的杆塔基础设计的原 则应针对多年冻土各种不同的地质特征 ,进行科 学的分析 ,做出具体的处理措施 ,保证青藏铁路供 电系统工程的经济合理性、安全性和可靠性。 收稿日期 :2001 - 07 - 16 93多年冻土对输电线路杆塔基础的影响及处理措施