送電線路桿塔凍土地基與桿塔基礎研究

莊標

摘 要：在寒冷地區建設的送電線路設備常會由于氣溫過低而出現損壞情況，該文針對送電線路桿塔在寒冷地區由于寒冷條件下地基凍脹出現的桿塔倒地問題進行了研究，針對建設之中存在的問題以及應該采取的措施進行了介紹，提供了防治桿塔凍脹倒地的防治方法。

關鍵詞：送電線路桿塔 地基凍脹 基礎施工

中圖分類號：TM753 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0026-02

1 桿塔在寒冷地區倒地的原因

在氣候寒冷的地區，隨著氣溫在冬季的下降，土地之中所含的水分會在低溫下產生相變，形成冰，在水結冰的過程之中其自身體積會膨脹，產生擴張脹力。脹力在受到地基等固定措施的約束是，產生脹力的土地基會對周圍的土地產生離得作用，這種力的作用被稱作土地的凍脹力。在實際的研究之中，凍脹力的大小與約束該塊土地擴張的基礎不同而變化。

在輸電線路的桿塔建設之中，為了保證桿塔的基礎穩定性，會在桿塔樹立的過程之中進行土地基的建設，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構穩定。但是，在寒冷氣候下，桿塔修筑過程之中的地基會與土地的凍土層產生凍結，當凍結鏈接達到一定的強度時，土地凍結產生的凍脹力就會傳遞給桿塔的基礎地基，直接影響桿塔地基的穩定性，嚴重時會造成桿塔的歪斜甚至倒地，影響輸電系統的正常運作。

從力的傳遞上來分析，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之間因凍結而產生鏈接。假如地基土不和土層發生凍結，那么土地的凍脹力就不會影響桿塔的穩定性。因此，在實際的防治措施之中，施工人員可以從避免桿塔基礎與土地發生凍結來防治桿塔受切向凍脹力的影響。

2 產生塔基凍土故障的施工原因

由于當前在我國的桿塔項目的施工之中，施工設計部門尚未注意凍土地基對于桿塔穩定性的影響，因此，在施工之中，依然存在許多可能導致使用之中產生桿塔倒地的施工步驟，該文對于產生塔基事故的施工不足進行了介紹。

2.1 桿塔的施工深度

在施工之中，為了保證桿塔的穩定性，在施工時一般將桿塔埋入土壤之中。在沒有特別的施工要求時，一般的埋入深度為2.5 m左右。在寒冷地區，一般為了防止桿塔侵襲，會將埋土深度增加。但是，即便埋土深度超過凍土的分布厚度，依然無法避免在使用之中產生凍土故障。這是由于在凍土層的分布之中，已經產生凍結和未凍結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，在受力的驅使之下，溫度較高的未凍結土層之中的水分會向凍結土層之中產生移動，這就導致在凍結的過程之中，由于下層水分不斷增加，凍結深度逐漸增大。隨著凍層厚度的逐漸增大，凍層所產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，更容易產生桿塔的歪斜事故。

2.2 施工材料問題

在輸電桿塔的建設之中，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單，可以提高工程的施工效率，除此之外，鋼筋混凝土結構的強度也較高，適合于對耐久性要求較高的輸電桿塔。但是，在寒冷地區施工時，由于鋼筋和混凝土材料的導熱系數大于土壤，當氣溫逐漸降低時，靠近桿塔的土壤逐漸結冰，結冰的土壤由于其中的冰晶顆粒，其膠結力會增加，將桿塔的主體和土壤緊密的連接在了一起。這種膠結力在實際的施工中被稱作凍結力，土壤的水分含量越大，其凍結力越大。由于鋼筋混凝土結構的導熱性較強，這就會導致在寒冷條件之下土壤的凍結速度加快，更容易產生土壤的結冰和凍脹力的產生，再加上膠結過程會產生切向的凍脹力，最終造成桿塔的結構損壞。

3 改善措施

3.1 選址優化

在我國北方以及西北部的許多城市之中，冬季的氣溫一般都會降到零度以下。在這種環境之中極易發生土壤的凍結。同時，在我國的桿塔施工之中，為了在建設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生，在修剪選址時一般會選擇經過人流量較少的低洼以及河谷地區，這些地區的桿塔地基一般位于粉質土壤以及淤泥之中，這些土質都屬易產生凍結的土壤，再加上周圍環境之中的水分含量豐富，在冬季極易產生凍脹事故，影響桿塔的穩定性，造成桿塔的歪斜事故。

因此，在送電線路建設的選址優化之中，設計修剪人員應該在滿足建設條件的情況之下盡量避免在含水量較大區域的建設。在修剪桿塔的過程之中，盡量少使用金屬化的裝配地基，防治使用中地基的凍結損壞。同時避免桿塔的鋼材埋入地面，防治凍脹傷害。除了建設之中的優化之外，在使用的過程之中工程維修人員也要定期對桿塔的結構穩定狀態以及運行效果進行檢查和維修，在發現出現凍脹事故的跡象時要及時處理，避免發生倒桿事故。

3.2 優化施工材料

由于各個地區在施工之中的設計以及地理條件的不同，優化方法也由于地區的不同無法通用，因此，在實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熱性好，導致其地基所在的土壤極易發生凍脹事故。針對這一原因，優化的主要措施可以為在施工時換用非凍脹性的材料來代替地基周邊的含水土壤，避免切向凍脹力對于桿塔地基的影響。在非凍脹性材料的選擇上，工程人員可以選擇導熱性較好的材料，實際的施工之中，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 優化地基的設計

為了減少切向凍脹力對于地基的影響，在國外的研究之中，實驗結果表明在設計上選用梯形鞋面設計可以有效地減小凍脹力對于桿塔地基的影響，這是在工程之中較為經濟的改善途徑。其主要的設計如圖1所示。

3.4 施工深基礎

在對于凍脹力原理的研究之中，施工人員發現在施工時使用深基礎在土壤的樁土之間摩擦可以平衡凍脹力的作用，深基礎施工一般適用于施工土地較為堅硬的環境，比如多年的凍土層上的施工。在施工深度的選擇上，工程人員要保證設計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抵消凍脹力的影響，是一種較為經濟的施工改善方案。

4 結語

為了防治寒冷環境之中桿塔由于土壤凍結產生的凍脹力的影響，工程人員可以在工程條件滿足的情況之下對于工程施工選址，工程材料選用、工程設計以及工程的施工手段進行改善，保證施工的質量，防止桿塔由于凍脹力出現使用事故。

參考文獻

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