我国高纬度多年冻土区主要为岛状多年冻土,主要分布在我国东北的大小兴安岭地区,其中根河作为中国冷极,具有明显的代表特性。通过对根河区内几条主要电力线路的调研发现,电力杆塔基础存在冻拔、融沉、倾斜以及冻裂等严重的冻害问题。针对以上问题进行分析,结果表明,其冻害产生的关键是由高含水率、高有机质含量粉黏土、泥炭土和腐殖质土在较大变温模式和水分补给下的复杂冻融特性与杆塔发生相互作用所导致。并针对冻害问题提出合理的冻害防治措施,对解决以根河为代表的我国高纬度多年冻土区电力杆塔基础冻害问题具有重要的意义。
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.