高寒地区电力设施的地基冻害防治措施

摘 要：文章根据地基土的冻胀性规律，从高寒地区电力设施设计、施工、使用阶段提出了对地基冻害有效的防治措施，为高寒地区电力设施地基冻害的防治提供了参考意见。

关键词：高寒地区；电力设施；冻害；防治措施

前言

青海省位于中国西北部，总面积72.23万平方公里，全省平均海拔3000多米，冬天平均最低温度达到-20℃，最高温度也只有-7℃，属于高寒地区，目前在青海电力设施建设中，经常遇到因地基处理不当而发生的冻胀事故。埋深太浅，地下水位上升，人为因素减少基础埋深等因素，造成设施基础不均匀沉降。为了预防此类事故的发生，保证电力设施的安全稳定运行，我们要认识和掌握土的冻胀规律，采取有效的防治措施和正常的维护措施，才能有效地解决电力设施的冻害问题。

1 地基土的冻胀性分析

影响地基土冻胀性的因素有土的颗粒粗细、温度的高低和土的含水量。

（1）地基土的颗粒越细，冻胀性就越大；地基土中粗颗粒含量越多，冻胀性就越小。

（2）温度越低，受冻时间越长，冻胀性就越大；温度越高，受冻时间越短，冻胀性就越小。

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

2 设计阶段的冻害防治措施

2.1 选择合适的基础形式

在冻胀性土上建设电力设施，为了防止冻害要选择适宜的基础形式，如砂垫层基础、墩式基础外、楔形基础、桩基等。地基土受冻后，对基础产生三个冻胀力，一个是地基土的冻胀力，还有两个是法向冻切力和切向冻切力。采用砂垫层可使冻胀力减小；采用上小下大的楔形基础可使冻切力减弱；在基础外侧面回填非冻胀性材料，可消除法向冻切力和切向冻切力。

2.2 悬挑构件的冻害防治措施

电力设施基础中的悬挑构件，为了防止地基冻害，下面要填上30cm以上厚度的沙砾、炉渣等非冻胀性材料，并留出10～15cm的空隙，悬挑构件端部要避免与室外地坪中的冻胀性土直接接触，填以足够深度和宽度的沙砾、炉渣等非冻胀性材料。

2.3 新旧基础联结的冻害防治措施

电力设施扩建、改造中，因土地限制或功能要求，需要新建建筑物紧靠原有建筑物建设，新旧基础联结处需要设置变形缝来防止地基冻害，如果新建基础需要搭在旧基础上时，新建基础要悬挑，不得直接搭接在旧基础上，新旧基础在垂直、水平方向都要留变形缝来防止冻胀。

2.4 采用强夯法改善地基土的冻胀性

采用强夯法处理冻胀性地基土。强夯有很大的击能，使土体产生很大的冲击波及冲击应力，使土的孔隙受到压缩，夯实周围土产生裂缝，土中孔隙水能顺利通过裂隙排出而固结，从而改变了地基土结构，不但能大大提高地基土的承载能力，还可改善地基土的冻胀性。

2.5 室内温度不均匀房屋的冻害防治措施

电力设施建设中，为了节约资金和满足功能要求，在建筑物内有人活动和有温度要求的房间设置暖气，在设备间、电缆层和没有温度要求的房间不设置暖气，这样冬季室内温度不均匀，在基础设计时埋深不能太浅，避免有暖气房间基础下无冻胀力作用，而无暖气房间基础下残留冻土层的冻胀力对建筑物产生作用，造成整栋建筑物出现不均匀冻胀力作用而破坏。这类建筑物基础埋深要在当地冻深线以下。

2.6 适当的结构措施改善地基冻害

电力设施建设中常用的砖石条形基础，如果设计有足够刚度的现浇钢筋混凝土基础圈梁，可以调节土冻胀引起的不均匀冻胀力，也是一项防止电力设施遭受地基冻害的措施。

3 施工阶段的冻害防治措施

3.1 基础施工中的冻害防治措施

为了避免冻切力对基础侧面的作用，在条形及独立毛石基础施工时，要求基础侧面平整，禁止采用满槽灌的施工方法，防止基础出现上宽下窄、上大下小；回填时在基础外侧建议回填20cm厚度的沙砾、炉渣等非冻胀性材料。

3.2 跨年施工工程中的冻害防治措施

跨年施工的工程，当基础梁下有冻胀性土时，防了防止因土体冻胀将基础梁破坏，要在梁下回填含水量较低的沙砾、炉渣等松散材料，并预留5～15cm的空隙。

3.3 冬期施工中的冻害防治措施

近几年国家电网公司在青海地区的电力设施投资较大，建设任务重，为了保证工期，无法避免在冬季进行基础施工，基槽开挖后，有时基础工程施工还需要等待一段时间，为了避免地基冻结，深度暂时不挖到设计标高，留一层土并覆盖保温材料，确保地基不遭受冻结。

冬季开挖至设计标高后，如仍有较厚冻结土层，禁止在冻土上进行基础施工，必须将冻土全部挖除，用非冻结的土回填至设计标高，才能进行基础施工。

3.4 回填土的冻害防治措施

电力设施设备基础、建筑物、电缆沟、暖气沟等施工完毕后，不得用冻土回填，避免冻土融化后回填土下沉，造成室内外地面塌陷。

4 使用阶段的冻害防治措施

4.1 电力设施周边禁止擅自挖土减少基础埋深

某110kV变电所主控楼位于城市道路旁边，当地最低气温达到零下38℃，地基系冻胀性土，室内电暖气供暖，采用水泥砂浆毛石基础，埋深1.5米；因当地市政道路改造，原道路标高降低，该主控楼东侧墙外地坪被挖除0.9米，造成东侧墙毛石基础裸露，冬季地基土受冻严重，经历3个冬季，东侧墙体出现裂缝，外墙抹灰层脱落。

鉴于上述受冻害建筑物实例，不应在电力设施基础外侧擅自挖土兴建使原基础埋深減少的建、构筑物。如果因电力设施扩建、增容等，需要从现有建筑物内增加电缆、管道等需要通过基础时，施工完毕要及时恢复开挖部分基础和地面，避免地基土受到不均匀冻胀，导致建筑物破坏。

4.2 使用阶段定期维护可有效防治冻害

通常电力设施竣工验收合格后，建设管理单位交付运行单位使用，因使用单位没有正常维护，发生雨水、管道漏水进入地基，改变地基土的冻胀性，发生冻害情况时有发生，为了确保电力设施的安全稳定运行，在使用过程中要安排专人定期进行检查维护。

5 结束语

在高寒地区冻胀性地基上的电力设施设计、施工、使用当中，上述各项措施的选用，只要从实际出发，做到目的明确，有所侧重，互相补充，设计阶段采取可靠措施，施工阶段加强管理，做好监督检查，使用阶段注意维护，防止人为及自然破坏，就能防止冻害事故的发生。

参考文献

[1]傅裕寿.土力学与地基基础[M].清华大学出版社，2009.

作者简介：蔡有鹏（1971，1-），男，青海人，工程师，长期从事电力工程建设工作。