送電線路桿塔凍土地基與桿塔基礎(chǔ)研究

莊標(biāo)

摘 要：在寒冷地區(qū)建設(shè)的送電線路設(shè)備常會(huì)由于氣溫過(guò)低而出現(xiàn)損壞情況，該文針對(duì)送電線路桿塔在寒冷地區(qū)由于寒冷條件下地基凍脹出現(xiàn)的桿塔倒地問題進(jìn)行了研究，針對(duì)建設(shè)之中存在的問題以及應(yīng)該采取的措施進(jìn)行了介紹，提供了防治桿塔凍脹倒地的防治方法。

關(guān)鍵詞：送電線路桿塔 地基凍脹 基礎(chǔ)施工

中圖分類號(hào)：TM753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（a）-0026-02

1 桿塔在寒冷地區(qū)倒地的原因

在氣候寒冷的地區(qū)，隨著氣溫在冬季的下降，土地之中所含的水分會(huì)在低溫下產(chǎn)生相變，形成冰，在水結(jié)冰的過(guò)程之中其自身體積會(huì)膨脹，產(chǎn)生擴(kuò)張脹力。脹力在受到地基等固定措施的約束是，產(chǎn)生脹力的土地基會(huì)對(duì)周圍的土地產(chǎn)生離得作用，這種力的作用被稱作土地的凍脹力。在實(shí)際的研究之中，凍脹力的大小與約束該塊土地?cái)U(kuò)張的基礎(chǔ)不同而變化。

在輸電線路的桿塔建設(shè)之中，為了保證桿塔的基礎(chǔ)穩(wěn)定性，會(huì)在桿塔樹立的過(guò)程之中進(jìn)行土地基的建設(shè)，在一般的情況下，土地基可以保證輸電桿塔在使用之中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。但是，在寒冷氣候下，桿塔修筑過(guò)程之中的地基會(huì)與土地的凍土層產(chǎn)生凍結(jié)，當(dāng)凍結(jié)鏈接達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)，土地凍結(jié)產(chǎn)生的凍脹力就會(huì)傳遞給桿塔的基礎(chǔ)地基，直接影響桿塔地基的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成桿塔的歪斜甚至倒地，影響輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

從力的傳遞上來(lái)分析，在這種情況之下作用于桿塔地基的力為凍脹力之中的切向凍脹力。產(chǎn)生這類凍脹力的主要條件是土基的凍脹性以及土基和桿塔基礎(chǔ)之間因凍結(jié)而產(chǎn)生鏈接。假如地基土不和土層發(fā)生凍結(jié)，那么土地的凍脹力就不會(huì)影響桿塔的穩(wěn)定性。因此，在實(shí)際的防治措施之中，施工人員可以從避免桿塔基礎(chǔ)與土地發(fā)生凍結(jié)來(lái)防治桿塔受切向凍脹力的影響。

2 產(chǎn)生塔基凍土故障的施工原因

由于當(dāng)前在我國(guó)的桿塔項(xiàng)目的施工之中，施工設(shè)計(jì)部門尚未注意凍土地基對(duì)于桿塔穩(wěn)定性的影響，因此，在施工之中，依然存在許多可能導(dǎo)致使用之中產(chǎn)生桿塔倒地的施工步驟，該文對(duì)于產(chǎn)生塔基事故的施工不足進(jìn)行了介紹。

2.1 桿塔的施工深度

在施工之中，為了保證桿塔的穩(wěn)定性，在施工時(shí)一般將桿塔埋入土壤之中。在沒有特別的施工要求時(shí)，一般的埋入深度為2.5 m左右。在寒冷地區(qū)，一般為了防止桿塔侵襲，會(huì)將埋土深度增加。但是，即便埋土深度超過(guò)凍土的分布厚度，依然無(wú)法避免在使用之中產(chǎn)生凍土故障。這是由于在凍土層的分布之中，已經(jīng)產(chǎn)生凍結(jié)和未凍結(jié)的土層的溫度一般不同，兩類土層之中的水分處于不同的溫度和壓力之下，在受力的驅(qū)使之下，溫度較高的未凍結(jié)土層之中的水分會(huì)向凍結(jié)土層之中產(chǎn)生移動(dòng)，這就導(dǎo)致在凍結(jié)的過(guò)程之中，由于下層水分不斷增加，凍結(jié)深度逐漸增大。隨著凍層厚度的逐漸增大，凍層所產(chǎn)生的凍脹力也逐漸增加。桿塔的埋土深度越深，所受到的凍脹力就越大，更容易產(chǎn)生桿塔的歪斜事故。

2.2 施工材料問題

在輸電桿塔的建設(shè)之中，工程一般使用的材料是鋼筋和混凝土，這類材料的施工和成型簡(jiǎn)單，可以提高工程的施工效率，除此之外，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也較高，適合于對(duì)耐久性要求較高的輸電桿塔。但是，在寒冷地區(qū)施工時(shí)，由于鋼筋和混凝土材料的導(dǎo)熱系數(shù)大于土壤，當(dāng)氣溫逐漸降低時(shí)，靠近桿塔的土壤逐漸結(jié)冰，結(jié)冰的土壤由于其中的冰晶顆粒，其膠結(jié)力會(huì)增加，將桿塔的主體和土壤緊密的連接在了一起。這種膠結(jié)力在實(shí)際的施工中被稱作凍結(jié)力，土壤的水分含量越大，其凍結(jié)力越大。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性較強(qiáng)，這就會(huì)導(dǎo)致在寒冷條件之下土壤的凍結(jié)速度加快，更容易產(chǎn)生土壤的結(jié)冰和凍脹力的產(chǎn)生，再加上膠結(jié)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生切向的凍脹力，最終造成桿塔的結(jié)構(gòu)損壞。

3 改善措施

3.1 選址優(yōu)化

在我國(guó)北方以及西北部的許多城市之中，冬季的氣溫一般都會(huì)降到零度以下。在這種環(huán)境之中極易發(fā)生土壤的凍結(jié)。同時(shí)，在我國(guó)的桿塔施工之中，為了在建設(shè)和使用之中不影響人民的正常生活以及防治觸電事故的發(fā)生，在修剪選址時(shí)一般會(huì)選擇經(jīng)過(guò)人流量較少的低洼以及河谷地區(qū)，這些地區(qū)的桿塔地基一般位于粉質(zhì)土壤以及淤泥之中，這些土質(zhì)都屬易產(chǎn)生凍結(jié)的土壤，再加上周圍環(huán)境之中的水分含量豐富，在冬季極易產(chǎn)生凍脹事故，影響桿塔的穩(wěn)定性，造成桿塔的歪斜事故。

因此，在送電線路建設(shè)的選址優(yōu)化之中，設(shè)計(jì)修剪人員應(yīng)該在滿足建設(shè)條件的情況之下盡量避免在含水量較大區(qū)域的建設(shè)。在修剪桿塔的過(guò)程之中，盡量少使用金屬化的裝配地基，防治使用中地基的凍結(jié)損壞。同時(shí)避免桿塔的鋼材埋入地面，防治凍脹傷害。除了建設(shè)之中的優(yōu)化之外，在使用的過(guò)程之中工程維修人員也要定期對(duì)桿塔的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)以及運(yùn)行效果進(jìn)行檢查和維修，在發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)凍脹事故的跡象時(shí)要及時(shí)處理，避免發(fā)生倒桿事故。

3.2 優(yōu)化施工材料

由于各個(gè)地區(qū)在施工之中的設(shè)計(jì)以及地理?xiàng)l件的不同，優(yōu)化方法也由于地區(qū)的不同無(wú)法通用，因此，在實(shí)際施工之中可以選用的方式并不多。桿塔使用故障的一大原因就在于桿塔材料的導(dǎo)熱性好，導(dǎo)致其地基所在的土壤極易發(fā)生凍脹事故。針對(duì)這一原因，優(yōu)化的主要措施可以為在施工時(shí)換用非凍脹性的材料來(lái)代替地基周邊的含水土壤，避免切向凍脹力對(duì)于桿塔地基的影響。在非凍脹性材料的選擇上，工程人員可以選擇導(dǎo)熱性較好的材料，實(shí)際的施工之中，施工人員可以選擇粗砂、亂石等材料，在施工之中要選擇含水量較小的材料，減少凍脹的概率。

3.3 優(yōu)化地基的設(shè)計(jì)

為了減少切向凍脹力對(duì)于地基的影響，在國(guó)外的研究之中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在設(shè)計(jì)上選用梯形鞋面設(shè)計(jì)可以有效地減小凍脹力對(duì)于桿塔地基的影響，這是在工程之中較為經(jīng)濟(jì)的改善途徑。其主要的設(shè)計(jì)如圖1所示。

3.4 施工深基礎(chǔ)

在對(duì)于凍脹力原理的研究之中，施工人員發(fā)現(xiàn)在施工時(shí)使用深基礎(chǔ)在土壤的樁土之間摩擦可以平衡凍脹力的作用，深基礎(chǔ)施工一般適用于施工土地較為堅(jiān)硬的環(huán)境，比如多年的凍土層上的施工。在施工深度的選擇上，工程人員要保證設(shè)計(jì)荷載和桿塔的受力要求，在施工之中使用鉆孔灌注的方式來(lái)抵消凍脹力的影響，是一種較為經(jīng)濟(jì)的施工改善方案。

4 結(jié)語(yǔ)

為了防治寒冷環(huán)境之中桿塔由于土壤凍結(jié)產(chǎn)生的凍脹力的影響，工程人員可以在工程條件滿足的情況之下對(duì)于工程施工選址，工程材料選用、工程設(shè)計(jì)以及工程的施工手段進(jìn)行改善，保證施工的質(zhì)量，防止桿塔由于凍脹力出現(xiàn)使用事故。

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