高寒地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

摘要：高寒地區(qū)的氣候特點(diǎn)致使輸電桿塔的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和施工狀況，高寒地區(qū)冰凍的氣候以及高寒地區(qū)的地質(zhì)類型對輸電現(xiàn)了桿塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)造成了影響，從而在相應(yīng)的輸電線路的桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)針對桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的具體狀況進(jìn)行分析，從而建立具體而有針對性的輸電線路的桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，建立優(yōu)化的輸電線路的桿塔體系。

關(guān)鍵詞：高寒地區(qū)；輸電線路；桿塔；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；分析

高寒地區(qū)位于嚴(yán)寒地帶，屬于高緯度，冬季寒冷而漫長，夏季涼爽而短暫。整個(gè)地區(qū)氣溫相差較大，由于高寒地區(qū)獨(dú)特的氣候特點(diǎn)與地形地勢特點(diǎn)，高寒地區(qū)的輸電線路的施工和設(shè)計(jì)還應(yīng)建立在對高寒地區(qū)氣候特點(diǎn)的了解以及相應(yīng)氣候變化規(guī)律的掌握基礎(chǔ)之上。相應(yīng)人員通過對高寒地區(qū)地形地勢特點(diǎn)的原因分析和規(guī)律的掌控實(shí)現(xiàn)了對相應(yīng)輸電線路的科學(xué)和具體考慮，并能在設(shè)計(jì)過程中充分結(jié)合工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)因素等多方面的要素，從而設(shè)計(jì)出最優(yōu)化的工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工管理。

一、高寒地區(qū)的氣候特點(diǎn)

高寒地區(qū)處于嚴(yán)寒地帶，冬短夏長，常年氣溫較低，受到低溫的影響，高寒地區(qū)凍土常年不化。高寒地區(qū)也因其地勢高而具有氣壓低、空氣稀薄以及氣候相對惡劣的氣候特點(diǎn)。并且由于高寒地區(qū)的地形地勢特點(diǎn)，高寒地區(qū)氣候復(fù)雜多變，冬季的氣候特點(diǎn)具有冬季持續(xù)時(shí)間長，春季寒潮大風(fēng)較多，夏季的氣候特點(diǎn)多雷雨天氣，秋季較短，冬季寒潮并有暴風(fēng)雪。

二、高寒地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)

由于高寒地區(qū)的地勢和氣候特點(diǎn)，高寒地區(qū)的凍土常年不化，從而在高寒地帶形成了相應(yīng)地區(qū)的獨(dú)特地質(zhì)特點(diǎn)。高寒地區(qū)的凍土實(shí)際上是一種特殊成分的土體結(jié)構(gòu)，凍土具體的成分、結(jié)構(gòu)以及其力學(xué)性質(zhì)與一般的土體不同，具有以下幾種類型：

1、凍土類型

經(jīng)研究表明，凍土是一種成分特殊的土體，凍土的結(jié)構(gòu)、成分、熱物理及力學(xué)性能與一般土體不同。高寒地區(qū)的凍土類型分為多年凍土以及季節(jié)性凍土兩種類型，高寒地區(qū)的輸電線路的設(shè)計(jì)分析應(yīng)通過對相應(yīng)凍土進(jìn)行有效分析，從而建立優(yōu)化的電線桿塔的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和分析

1）多年凍土。通常稱為永凍層，多年凍土層呈島狀，高寒地區(qū)的多年凍土處于高緯度，整體及層狀構(gòu)造為非銜接性的多年凍土。多年凍土的局部屬于銜接性多年凍土，并且是富冰以及多冰凍土。一般狀況下，多年凍土的厚度為在3-9米之間，其上限距地表為3.5-11米，而下限距地表深度為7-20米。同時(shí)，凍土融沉的類別為弱融沉、融沉。多年凍土主要存在于河漫灘、河谷沼澤地以及階地。

2）季節(jié)性凍土。主要分布在河漫灘、河谷、階地及沼澤地地下水埋藏淺的地段。最大凍結(jié)深度范圍內(nèi)的粘性土、粉土、粉細(xì)砂及中砂具有凍脹性，凍脹類別為強(qiáng)凍脹與特強(qiáng)凍脹，然而礫石、礫砂和碎石的凍脹一般為不凍脹或弱凍脹。由此，在高寒地區(qū)的砂地低凹地土層、丘陵的含水量較高，凍結(jié)深度范圍內(nèi)的土層凍脹為弱凍脹和凍脹。

2、對桿塔基礎(chǔ)的影響

1）高寒地區(qū)的輸電線路的桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)建立在高寒地區(qū)的凍土地區(qū)的分析基礎(chǔ)之上，形成有效的分析和管理模式，高寒地區(qū)的凍土區(qū)周圍容易形成高寒桿塔基地凍脹現(xiàn)象，高寒地區(qū)應(yīng)通過多難凍土以上季節(jié)融化層，以及深季節(jié)凍土層。然而，對于那些基本狀況穩(wěn)定以及低溫穩(wěn)定的多年凍土發(fā)展，深季節(jié)的凍土層融化層厚度相對較小，凍結(jié)速度較快，致使凍土地區(qū)的水分遷移較小，相對而言凍脹較輕。此外，對于那些高溫不穩(wěn)的多年凍土，由于其季節(jié)融化厚度比較大，同時(shí)凍結(jié)速度慢，因此如果有細(xì)顆粒土壤等補(bǔ)給水分時(shí)，就會出現(xiàn)較大的水分遷移現(xiàn)象，從而造成嚴(yán)重的凍脹現(xiàn)象不利于高寒地區(qū)輸電線路的使用。

2）對于凍土區(qū)所埋藏的較淺的活動層，其一般每年都會發(fā)生季節(jié)性的融化或者凍結(jié)現(xiàn)象，尤其是在多年凍土上限附近存在厚層地下冰時(shí)，更加容易受到天然因素或人為活動的影響出現(xiàn)下沉。因此，這也是輸電工程中解決多年凍土融沉和不良凍土現(xiàn)象對桿塔基礎(chǔ)造成影響的重要依據(jù)。

三、高寒地區(qū)桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工措施

1、輸電線路桿基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及處理措施

輸電線路桿基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和建設(shè)具有施工周期短、造價(jià)低、加工方便以及占地少等特點(diǎn)，從而使得其廣泛應(yīng)用于110 kV及以下電壓等級中，尤其是在66 kV及以下的電壓等級輸電體系中運(yùn)用得更加普遍。電桿基礎(chǔ)在高寒地區(qū)主要存在兩個(gè)問題：首先高寒地區(qū)的天氣惡劣，凍脹、融沉使得電桿傾斜；其次是電桿基礎(chǔ)本身的凍脹問題，由于電桿一般呈現(xiàn)環(huán)形結(jié)構(gòu)，若直接將電桿埋入低溫敏感凍土區(qū)及富水區(qū)，電桿的基礎(chǔ)則可能產(chǎn)生脹裂而導(dǎo)致電桿失效。高寒地區(qū)的輸電線路的設(shè)計(jì)應(yīng)通過相應(yīng)施工建設(shè)確保電桿與土體的接觸面積小，致使高寒地區(qū)的凍脹效果不明顯。并為防止高寒地區(qū)的電桿脹裂，必須在下段特加工成實(shí)心段，防止受水分遷移及填充凍脹的影響。此外，對于基礎(chǔ)穩(wěn)定性較差的單桿，將電桿做四角拉線，最好桿體加裝叉梁并且采用雙向卡盤，保證電桿的四個(gè)方向受力均勻，同時(shí)還需在埋深范圍內(nèi)回填不敏感的砂卵石，從而有利于保持地基凍土狀態(tài)及電桿的基礎(chǔ)穩(wěn)定，還要確保電桿的基礎(chǔ)埋深要大于最大融化層。

2、高寒地區(qū)輸電線路的桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及處理措施

1）聯(lián)合沉井式基礎(chǔ)

聯(lián)合沉井式輸電線路桿塔的主要通過采用水泥預(yù)制井筒作為沉管，然后在直柱部分進(jìn)行配筋，最后灌注素混凝土而成。該設(shè)計(jì)形式適用于地質(zhì)為亞砂土、砂土，切向凍脹力為5~20 kN并且凍脹力較小的地段，最大優(yōu)點(diǎn)在于桿塔施工中的土方開挖量少，從而有效解決塌方問題。要根據(jù)配重較大配以連梁，從而實(shí)現(xiàn)了抗凍脹能力，但在井筒尺寸的選擇中，應(yīng)進(jìn)行抗拔、抗壓驗(yàn)算，以及對于計(jì)算上拔力驗(yàn)算時(shí)，直接將切向凍脹力加到上拔力中進(jìn)行基礎(chǔ)驗(yàn)算。

2）灌注樁式基礎(chǔ)

灌注樁式的輸電線路桿塔的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)通過深入季節(jié)凍土層之下的樁身與土壤的摩擦來抵消法向凍脹力和基礎(chǔ)上拔力。從而能輸電桿塔在多年凍土區(qū)可以保持原狀土態(tài)不融化，并且通過通過桿塔基礎(chǔ)防止地基下沉。如果僅是為了單純地克服凍脹力的作用，如果凍脹力為60~120 kN，則可以采用淺樁基礎(chǔ)，確保其樁深在10 米左右即可滿足。但是，如果還要考慮到河網(wǎng)沖刷及上拔力、下壓力的情況，則根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)參數(shù)和基礎(chǔ)作用力進(jìn)行計(jì)算來確定樁的深度。因此，對于進(jìn)行樁式基礎(chǔ)在上拔力和位移驗(yàn)算時(shí)，分別將凍脹力的切向分量及法向分量加到上拔力及水平力中進(jìn)行驗(yàn)算，經(jīng)驗(yàn)表明，樁式基礎(chǔ)是抵抗凍脹變形及基礎(chǔ)下沉最有效的方式。

3）梯形斜面基礎(chǔ)

梯形斜面基礎(chǔ)的主要特點(diǎn)是不需要配筋，同時(shí)基礎(chǔ)采用素混凝土澆筑成梯形。因?yàn)楦吆貐^(qū)凍結(jié)及融化地深度通常為3.0 米左右，從而采用這種上小下大的坡面可以有效地抵消切向凍脹力。同時(shí)，為了能夠更好地達(dá)到抗凍脹效果，施工時(shí)的工藝要求表面必須光滑。此外，該基礎(chǔ)適用于地下水位在1.0 米以下，凍脹力為20~40 kN，坡面的錐度一般為1/6，并且施工排水較為方便的情況。因此，在抗拔驗(yàn)算時(shí)，將凍脹力加到上拔力進(jìn)行驗(yàn)算，從而算出更合適的值。但是，對于地下水位較高的情況，必須采用浮容重進(jìn)行上拔力的驗(yàn)算，如果上拔力大于600 kN時(shí)，由于梯形基礎(chǔ)體積要求比較大，使得施工難度大增，這時(shí)可以考慮采用灌注樁基礎(chǔ)，從而確保輸電線路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過關(guān)。

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