为了弄清冻土季节性冻融循环过程对输电线路塔基极限承载力的影响,文章以黑龙江省典型季节性冻土为例,研究了土体含水量和冻融循环引起土壤的变化情况,采用极限平衡法计算分析了输电线路塔基的极限抗拔承载力。结果显示:(1)土壤黏聚力和内摩擦角整体随土壤含水量的呈线性下降趋势,但是内摩擦角下降率略低于黏聚力;(2)随着冻融循环次数的增加,土壤黏聚力和内摩擦角呈反饱和下降态势;(3)杆塔基础的极限承载力随着冻融循环次数、含水量的增加而直接下降。研究成果为冻土区域输电线路设计与运行提供技术支撑。
青藏铁路建设中输电塔穿越多年冻土地区,最大的难题是解决输电塔桩基的长期热稳定性问题。为研究热棒应用于输电塔桩基的长期降温效果,基于冻土传热学相关知识,考虑全球气候变暖、冻土相变、混凝土水化放热、热棒功率变化等因素,结合青藏铁路望昆—不冻泉段电力塔热棒桩基的现场试验,建立热棒桩基的三维有限元模型。计算分析50 a内热棒功率和桩土体系温度场。计算结果表明:最初2 a内的计算值与实测值吻合度较高,说明数值计算能较好的模拟此场地桩土体系温度的动态变化;在热棒的全寿命周期30 a内,热棒功率呈非连续波浪递减式变化;热棒桩基能有效增加冷储量,降低土体地温,第5年桩周土体地温降至最低,融化深度最小,第30年可提高冻土上限48cm;建议在热棒寿命结束后的第2年更换新的热棒或进行其他工程处理措施保持输电塔基础的热稳定。
选取东北多年冻土区锥柱式电力杆塔基础为研究对象,基于含相变的热传导理论,采用有限元方法对-1.8℃、-3.5℃和-6.1℃三种年平均气温下不采取保护措施和采取PUR保温板措施的塔基温度场、基底温度变化以及基底的融化层厚度进行了数值分析.结果表明,东北多年冻土区电力杆塔基础修筑过程中,由于施工以及混凝土杆塔良好的导热作用,会对地基土体的温度场产生较大的扰动.施工完成后短时间内杆塔基础底部温度会快速升高,导致地基土体发生融化,严重威胁电力杆塔的热稳定性.在基础旁边设置PUR保温板能明显减弱塔基底部多年冻土温度的上升,有效控制塔基底部的融化范围,对塔基热稳定性具有明显的提升作用.
介绍了冻土地基低温混凝土冻融循环的机理,主要对改善混凝土抗冻性能的技术措施以及冻土地基挖孔类基础低温混凝土的施工技术进行了阐述,为今后我国冻土地区超(特)高压输电线路工程建设提供参考。
高海拔季节性冻土地区冻土具有冻胀和融沉等特性,铁塔基础若施工方法不当,将对基础造成变形和破坏。在新甘石联网工程中铁塔基础施工中采取了一系列措施,保证了基础施工质量,可为今后同类工程施工提供参考。
玉树与青海主网330kV联网工程是继±400kV青海—西藏直流联网工程之后我国在高原多年冻土区建立的又一条高压输电线路,不同于±400kV青海—西藏直流联网工程,该线路穿越了青藏高原东南边缘部,处于多年冻土与季节性冻土的过度地带,其冻土特征更为复杂。通过2013年近1年的观测结果表明:该联网工程大部分铁塔的基础底部已处于临界冻结状态,变形也基本在设计允许的可控范围内,说明塔基周围地温系统已经逐渐向冻土原始地温恢复中。
输电线路铁塔基础在季节性冻土地区往往受到冻胀力的影响,出现上拔和倾斜的情况,在标准冻结深度不大的情况下,若采用灌注桩基础,则会增加工程造价,经济性较差。因此针对适合冻土地区铁塔的台阶式坡形基础和台阶式直柱刚性基础上拔稳定性进行了分析比较,分析结果认为,将基础主柱做成有9°倾角的坡面型式,并将基础底板埋入标准冻结深度线以下,可抵消冻胀力对基础上拱的影响,坡形基础可直接应用于实际工程中,比普通台阶式直柱刚性基础节约混凝土用量,基础尺寸明显减小,给施工带来了便利,提高了工作效率。
青藏±500kV直流联网工程沿线多年冻土工程地质情况复杂,不良地质现象发育。在探明多年冻土地质情况的同时,选择合适的电力塔基类型,关系到整个工程的安全稳定,在充分了解冻土区地质条件的前提下,有针对性的提出防治对策,对同类工程有一定的参考意义。
根据季节性冻土地区地质情况,结合我国规范的要求,在季节性冻土地区需要根据冻土地区基础设计原则进行输电线路杆塔基础设计,验算输电杆塔基础极限抗冻拔稳定。另外某些输电杆塔基础需要采取技术措施,包括采用回填非冻胀性材料、坡形基础或桩基础等使冻土地区输电线路杆塔基础设计更符合地理、地质情况。
