淺談高海拔凍土地區(qū)輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

摘 要：隨著我國電力事業(yè)的快速發(fā)展，其所涉及的范圍也不斷擴(kuò)大，其中不乏一些地質(zhì)條件惡劣、環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)。以青藏高原為例，這個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的直流聯(lián)網(wǎng)工程是當(dāng)前我國高海拔、高寒地區(qū)最大的輸電工程，其具有沿線海拔高、凍土范圍大的特點(diǎn)。為了保證輸電線路的安全運(yùn)行，提高電力能源傳輸效率，在輸電線路選線定位的時(shí)候就需要深入了解與線路有關(guān)的凍土問題。下面文章就結(jié)合高海拔凍土地區(qū)輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)展開分析和探討。

關(guān)鍵詞：高海報(bào);凍土;輸電線路;基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.127

0 引言

輸電線路橫穿整個(gè)青藏高原，其自然環(huán)境下凍土與不良凍土問題的存在直接影響輸電線路的施工建設(shè)。這主要是由于高原地區(qū)凍土環(huán)境的穩(wěn)定性較差，由于地下含有豐富的冰物質(zhì)，對(duì)于氣候變暖有著極為強(qiáng)烈的敏感性，容易導(dǎo)致輸電線路桿塔基礎(chǔ)變形或受力不均等問題。設(shè)計(jì)人員不僅要考慮凍土特點(diǎn)的影響，還需要正確認(rèn)識(shí)施工活動(dòng)對(duì)凍土環(huán)境產(chǎn)生的影響，凍土性質(zhì)發(fā)生變化，地基基礎(chǔ)就會(huì)產(chǎn)生變形和破壞，直接給輸電線路基礎(chǔ)工程的正常工作和輸電運(yùn)維造成困擾。為了保證工程建設(shè)與使用安全，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)影響輸電線路基礎(chǔ)工程的原因進(jìn)行分析。

1 高海拔凍土地區(qū)影響輸電線路的影響因素

1.1 不良凍土現(xiàn)象的影響

不良凍土問題是輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)面臨的一大難題，不良凍土對(duì)輸電線路桿塔基礎(chǔ)產(chǎn)生的不利影響主要體現(xiàn)在凍脹與沉融兩個(gè)方面，凍脹是指地基基礎(chǔ)在受到冰凍影響下內(nèi)部土體發(fā)生脹裂，導(dǎo)致基礎(chǔ)抬起或拔出;沉融是指不良凍土受到氣候變暖的影響內(nèi)部土壤中冰融化成水，由于水的增漲速度大于水的排出，地基基礎(chǔ)發(fā)生軟化導(dǎo)致土體沉陷。不管是出現(xiàn)這兩方面哪種問題對(duì)桿塔基礎(chǔ)所造成的危害都是極大的。工作人員在面對(duì)不良凍土現(xiàn)象時(shí)，需要通過科學(xué)的地質(zhì)勘探對(duì)當(dāng)前地形地貌進(jìn)行深入了解，并圈定不良凍土范圍，為相關(guān)設(shè)計(jì)人員在線路選定是提供依據(jù)，盡量避開這些潛在的風(fēng)險(xiǎn)隱患。

1.2 次生不良凍土現(xiàn)象與輸電線路

次生不良凍土與不良凍土有一定的區(qū)別，前者是有自然環(huán)境因素所造成的，而后者主要是由于人工活動(dòng)作用下對(duì)局部地區(qū)地下水流經(jīng)條件產(chǎn)生影響，打破了原有的凍土熱平衡，從而引發(fā)不良凍土問題。以青藏高原地區(qū)為例，在本地區(qū)鐵路建設(shè)過程中，沿線土體條件發(fā)生變化產(chǎn)生很多次生不良凍土現(xiàn)象，其主要體現(xiàn)在冰錐、冰幔、凍脹丘、厚層地下冰、熱融滑坍及熱融湖塘等幾種形式。除此之外，相關(guān)方面的專家預(yù)測，在未來全球氣溫變暖是必然存在的，隨著氣溫的升高青藏高原地區(qū)凍土空間格局也將發(fā)生翻天覆地的變化，大量次生不良凍土現(xiàn)象的發(fā)生將會(huì)給本地區(qū)各方面建設(shè)工作造成很大威脅。在這種環(huán)境下設(shè)計(jì)人員進(jìn)行輸電線路路徑選擇時(shí)需要充分考慮次生不良凍土現(xiàn)象所帶來的影響。

2 高海拔凍土地區(qū)輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

凍土地區(qū)的地質(zhì)條件較為特殊，其內(nèi)部成分、物理力學(xué)性質(zhì)等方面都與非凍土有著很大的區(qū)別，這對(duì)輸電線路的建設(shè)運(yùn)行造成很大威脅，其主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，凍融問題，凍土土體內(nèi)部含有豐富的地下冰成分，在受到溫度影響下呈現(xiàn)流動(dòng)性特點(diǎn)，其所具有的長期強(qiáng)度在一瞬間瓦解，導(dǎo)致桿塔基礎(chǔ)穩(wěn)定性下降，鐵塔傾斜、倒塌等問題頻發(fā)，不利于輸電線路的正常運(yùn)行。第二，切向變形，切向變形主要是由于桿塔基礎(chǔ)位于斜坡、丘陵等地段，在受到凍融變化下發(fā)生剪切變形問題，其不僅具有各向異性的特點(diǎn)，還長期受到外荷載作用的影響，基礎(chǔ)土體結(jié)構(gòu)弱化發(fā)生切向變形。除此之外，人為的破壞和擾動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致切坡土體失衡，造成桿塔基礎(chǔ)發(fā)生位移或者傾斜問題。第三，不均勻變形，由于輸電線路工程量大、距離長，不同地區(qū)所處的凍土情況也不盡相同，受到不同程度的凍融一項(xiàng)，桿塔基礎(chǔ)存在一定的差異性，輸電線路運(yùn)行面臨極大的威脅。第四，檔距問題，其主要是指桿塔與桿塔之間的距離設(shè)定，為了避免相互之間縱向不平衡張力過大，對(duì)于檔距大小有一定的要求，但是不良凍土地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)因素較多，針對(duì)一些面積大、凍脹性強(qiáng)的地區(qū)，桿塔檔距的臨界值與有一定的區(qū)別，在這方面的設(shè)置具有很大難度。

3 高海拔凍土地區(qū)輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行凍土地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中需要秉持一定的原則：首先，對(duì)多年凍土區(qū)地基土需要進(jìn)行全面的勘探分析，確保地基土凍結(jié)狀態(tài)能夠滿足桿塔穩(wěn)定性要求。第二，在設(shè)計(jì)過程中加強(qiáng)凍脹融沉條件下地基基礎(chǔ)強(qiáng)度，嚴(yán)格控制地基豎向承載力與土體強(qiáng)度，做好沉降變形監(jiān)測，并進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算和校準(zhǔn)。第三，結(jié)合本地區(qū)的實(shí)際情況選擇合理的基礎(chǔ)類型，保證桿塔基礎(chǔ)埋深設(shè)計(jì)能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。第四，由于凍土地基具有很強(qiáng)的敏感性，即便地表周圍發(fā)生一些小的變化也可能引起強(qiáng)烈的反應(yīng)，而且這些地區(qū)植被破壞后很難進(jìn)行恢復(fù)，在工程建設(shè)過程中應(yīng)該做好保護(hù)措施，盡量減少對(duì)周圍土體的擾動(dòng)作業(yè)，為桿塔基礎(chǔ)建設(shè)創(chuàng)造良好的條件。

3.2 合理選擇桿塔基礎(chǔ)類型

對(duì)于輸電線路基礎(chǔ)工程其主要可以分為混凝土電桿基礎(chǔ)與鐵塔基礎(chǔ)兩種類型，凍土地區(qū)電力桿塔基礎(chǔ)受力作用主要呈現(xiàn)垂直荷載小、上拔荷載大的特點(diǎn)，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過程中需要充分考慮傾覆與上拔方面帶來的不利影響，由于桿塔基礎(chǔ)數(shù)量多、呈分散狀態(tài)，通常采取直埋式的基礎(chǔ)形式，只有保證基礎(chǔ)部分的穩(wěn)定性才能滿足最終的安全運(yùn)營要求。在這種情況下混凝土電桿基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、鐵塔基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，但需要注意的是混凝土現(xiàn)場攪拌難度大、運(yùn)輸距離大，相比之下鐵塔基礎(chǔ)更容易被控制。

4 結(jié)語

綜上所述，凍土地區(qū)桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要結(jié)合本地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，合理選擇桿塔類型，避免凍土凍脹融沉所帶來的不利影響，切實(shí)提高高原凍土地區(qū)桿塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性、安全性，實(shí)現(xiàn)電力線路長久運(yùn)營的目的。

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作者簡介：陳財(cái)文（1985-），男，甘肅武威人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)。