高寒地區電力設施的地基凍害防治措施

摘 要：文章根據地基土的凍脹性規律，從高寒地區電力設施設計、施工、使用階段提出了對地基凍害有效的防治措施，為高寒地區電力設施地基凍害的防治提供了參考意見。

關鍵詞：高寒地區；電力設施；凍害；防治措施

前言

青海省位于中國西北部，總面積72.23萬平方公里，全省平均海拔3000多米，冬天平均最低溫度達到-20℃，最高溫度也只有-7℃，屬于高寒地區，目前在青海電力設施建設中，經常遇到因地基處理不當而發生的凍脹事故。埋深太淺，地下水位上升，人為因素減少基礎埋深等因素，造成設施基礎不均勻沉降。為了預防此類事故的發生，保證電力設施的安全穩定運行，我們要認識和掌握土的凍脹規律，采取有效的防治措施和正常的維護措施，才能有效地解決電力設施的凍害問題。

1 地基土的凍脹性分析

影響地基土凍脹性的因素有土的顆粒粗細、溫度的高低和土的含水量。

（1）地基土的顆粒越細，凍脹性就越大；地基土中粗顆粒含量越多，凍脹性就越小。

（2）溫度越低，受凍時間越長，凍脹性就越大；溫度越高，受凍時間越短，凍脹性就越小。

（3）地基土中的含水量越大，凍脹性就越大，土中含水量越小，凍脹性就越小；地下水位越高，凍脹性就越大，地下水位越低，凍脹性就越小。

2 設計階段的凍害防治措施

2.1 選擇合適的基礎形式

在凍脹性土上建設電力設施，為了防止凍害要選擇適宜的基礎形式，如砂墊層基礎、墩式基礎外、楔形基礎、樁基等。地基土受凍后，對基礎產生三個凍脹力，一個是地基土的凍脹力，還有兩個是法向凍切力和切向凍切力。采用砂墊層可使凍脹力減小；采用上小下大的楔形基礎可使凍切力減弱；在基礎外側面回填非凍脹性材料，可消除法向凍切力和切向凍切力。

2.2 懸挑構件的凍害防治措施

電力設施基礎中的懸挑構件，為了防止地基凍害，下面要填上30cm以上厚度的沙礫、爐渣等非凍脹性材料，并留出10～15cm的空隙，懸挑構件端部要避免與室外地坪中的凍脹性土直接接觸，填以足夠深度和寬度的沙礫、爐渣等非凍脹性材料。

2.3 新舊基礎聯結的凍害防治措施

電力設施擴建、改造中，因土地限制或功能要求，需要新建建筑物緊靠原有建筑物建設，新舊基礎聯結處需要設置變形縫來防止地基凍害，如果新建基礎需要搭在舊基礎上時，新建基礎要懸挑，不得直接搭接在舊基礎上，新舊基礎在垂直、水平方向都要留變形縫來防止凍脹。

2.4 采用強夯法改善地基土的凍脹性

采用強夯法處理凍脹性地基土。強夯有很大的擊能，使土體產生很大的沖擊波及沖擊應力，使土的孔隙受到壓縮，夯實周圍土產生裂縫，土中孔隙水能順利通過裂隙排出而固結，從而改變了地基土結構，不但能大大提高地基土的承載能力，還可改善地基土的凍脹性。

2.5 室內溫度不均勻房屋的凍害防治措施

電力設施建設中，為了節約資金和滿足功能要求，在建筑物內有人活動和有溫度要求的房間設置暖氣，在設備間、電纜層和沒有溫度要求的房間不設置暖氣，這樣冬季室內溫度不均勻，在基礎設計時埋深不能太淺，避免有暖氣房間基礎下無凍脹力作用，而無暖氣房間基礎下殘留凍土層的凍脹力對建筑物產生作用，造成整棟建筑物出現不均勻凍脹力作用而破壞。這類建筑物基礎埋深要在當地凍深線以下。

2.6 適當的結構措施改善地基凍害

電力設施建設中常用的磚石條形基礎，如果設計有足夠剛度的現澆鋼筋混凝土基礎圈梁，可以調節土凍脹引起的不均勻凍脹力，也是一項防止電力設施遭受地基凍害的措施。

3 施工階段的凍害防治措施

3.1 基礎施工中的凍害防治措施

為了避免凍切力對基礎側面的作用，在條形及獨立毛石基礎施工時，要求基礎側面平整，禁止采用滿槽灌的施工方法，防止基礎出現上寬下窄、上大下小；回填時在基礎外側建議回填20cm厚度的沙礫、爐渣等非凍脹性材料。

3.2 跨年施工工程中的凍害防治措施

跨年施工的工程，當基礎梁下有凍脹性土時，防了防止因土體凍脹將基礎梁破壞，要在梁下回填含水量較低的沙礫、爐渣等松散材料，并預留5～15cm的空隙。

3.3 冬期施工中的凍害防治措施

近幾年國家電網公司在青海地區的電力設施投資較大，建設任務重，為了保證工期，無法避免在冬季進行基礎施工，基槽開挖后，有時基礎工程施工還需要等待一段時間，為了避免地基凍結，深度暫時不挖到設計標高，留一層土并覆蓋保溫材料，確保地基不遭受凍結。

冬季開挖至設計標高后，如仍有較厚凍結土層，禁止在凍土上進行基礎施工，必須將凍土全部挖除，用非凍結的土回填至設計標高，才能進行基礎施工。

3.4 回填土的凍害防治措施

電力設施設備基礎、建筑物、電纜溝、暖氣溝等施工完畢后，不得用凍土回填，避免凍土融化后回填土下沉，造成室內外地面塌陷。

4 使用階段的凍害防治措施

4.1 電力設施周邊禁止擅自挖土減少基礎埋深

某110kV變電所主控樓位于城市道路旁邊，當地最低氣溫達到零下38℃，地基系凍脹性土，室內電暖氣供暖，采用水泥砂漿毛石基礎，埋深1.5米；因當地市政道路改造，原道路標高降低，該主控樓東側墻外地坪被挖除0.9米，造成東側墻毛石基礎裸露，冬季地基土受凍嚴重，經歷3個冬季，東側墻體出現裂縫，外墻抹灰層脫落。

鑒于上述受凍害建筑物實例，不應在電力設施基礎外側擅自挖土興建使原基礎埋深減少的建、構筑物。如果因電力設施擴建、增容等，需要從現有建筑物內增加電纜、管道等需要通過基礎時，施工完畢要及時恢復開挖部分基礎和地面，避免地基土受到不均勻凍脹，導致建筑物破壞。

4.2 使用階段定期維護可有效防治凍害

通常電力設施竣工驗收合格后，建設管理單位交付運行單位使用，因使用單位沒有正常維護，發生雨水、管道漏水進入地基，改變地基土的凍脹性，發生凍害情況時有發生，為了確保電力設施的安全穩定運行，在使用過程中要安排專人定期進行檢查維護。

5 結束語

在高寒地區凍脹性地基上的電力設施設計、施工、使用當中，上述各項措施的選用，只要從實際出發，做到目的明確，有所側重，互相補充，設計階段采取可靠措施，施工階段加強管理，做好監督檢查，使用階段注意維護，防止人為及自然破壞，就能防止凍害事故的發生。

參考文獻

[1]傅裕壽.土力學與地基基礎[M].清華大學出版社，2009.

作者簡介：蔡有鵬（1971，1-），男，青海人，工程師，長期從事電力工程建設工作。