送电线路杆塔冻土地基与杆塔基础研究

庄标

摘 要：在寒冷地区建设的送电线路设备常会由于气温过低而出现损坏情况，该文针对送电线路杆塔在寒冷地区由于寒冷条件下地基冻胀出现的杆塔倒地问题进行了研究，针对建设之中存在的问题以及应该采取的措施进行了介绍，提供了防治杆塔冻胀倒地的防治方法。

关键词：送电线路杆塔 地基冻胀 基础施工

中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（a）-0026-02

1 杆塔在寒冷地区倒地的原因

在气候寒冷的地区，随着气温在冬季的下降，土地之中所含的水分会在低温下产生相变，形成冰，在水结冰的过程之中其自身体积会膨胀，产生扩张胀力。胀力在受到地基等固定措施的约束是，产生胀力的土地基会对周围的土地产生离得作用，这种力的作用被称作土地的冻胀力。在实际的研究之中，冻胀力的大小与约束该块土地扩张的基础不同而变化。

在输电线路的杆塔建设之中，为了保证杆塔的基础稳定性，会在杆塔树立的过程之中进行土地基的建设，在一般的情况下，土地基可以保证输电杆塔在使用之中的结构稳定。但是，在寒冷气候下，杆塔修筑过程之中的地基会与土地的冻土层产生冻结，当冻结链接达到一定的强度时，土地冻结产生的冻胀力就会传递给杆塔的基础地基，直接影响杆塔地基的稳定性，严重时会造成杆塔的歪斜甚至倒地，影响输电系统的正常运作。

从力的传递上来分析，在这种情况之下作用于杆塔地基的力为冻胀力之中的切向冻胀力。产生这类冻胀力的主要条件是土基的冻胀性以及土基和杆塔基础之间因冻结而产生链接。假如地基土不和土层发生冻结，那么土地的冻胀力就不会影响杆塔的稳定性。因此，在实际的防治措施之中，施工人员可以从避免杆塔基础与土地发生冻结来防治杆塔受切向冻胀力的影响。

2 产生塔基冻土故障的施工原因

由于当前在我国的杆塔项目的施工之中，施工设计部门尚未注意冻土地基对于杆塔稳定性的影响，因此，在施工之中，依然存在许多可能导致使用之中产生杆塔倒地的施工步骤，该文对于产生塔基事故的施工不足进行了介绍。

2.1 杆塔的施工深度

在施工之中，为了保证杆塔的稳定性，在施工时一般将杆塔埋入土壤之中。在没有特别的施工要求时，一般的埋入深度为2.5 m左右。在寒冷地区，一般为了防止杆塔侵袭，会将埋土深度增加。但是，即便埋土深度超过冻土的分布厚度，依然无法避免在使用之中产生冻土故障。这是由于在冻土层的分布之中，已经产生冻结和未冻结的土层的温度一般不同，两类土层之中的水分处于不同的温度和压力之下，在受力的驱使之下，温度较高的未冻结土层之中的水分会向冻结土层之中产生移动，这就导致在冻结的过程之中，由于下层水分不断增加，冻结深度逐渐增大。随着冻层厚度的逐渐增大，冻层所产生的冻胀力也逐渐增加。杆塔的埋土深度越深，所受到的冻胀力就越大，更容易产生杆塔的歪斜事故。

2.2 施工材料问题

在输电杆塔的建设之中，工程一般使用的材料是钢筋和混凝土，这类材料的施工和成型简单，可以提高工程的施工效率，除此之外，钢筋混凝土结构的强度也较高，适合于对耐久性要求较高的输电杆塔。但是，在寒冷地区施工时，由于钢筋和混凝土材料的导热系数大于土壤，当气温逐渐降低时，靠近杆塔的土壤逐渐结冰，结冰的土壤由于其中的冰晶颗粒，其胶结力会增加，将杆塔的主体和土壤紧密的连接在了一起。这种胶结力在实际的施工中被称作冻结力，土壤的水分含量越大，其冻结力越大。由于钢筋混凝土结构的导热性较强，这就会导致在寒冷条件之下土壤的冻结速度加快，更容易产生土壤的结冰和冻胀力的产生，再加上胶结过程会产生切向的冻胀力，最终造成杆塔的结构损坏。

3 改善措施

3.1 选址优化

在我国北方以及西北部的许多城市之中，冬季的气温一般都会降到零度以下。在这种环境之中极易发生土壤的冻结。同时，在我国的杆塔施工之中，为了在建设和使用之中不影响人民的正常生活以及防治触电事故的发生，在修剪选址时一般会选择经过人流量较少的低洼以及河谷地区，这些地区的杆塔地基一般位于粉质土壤以及淤泥之中，这些土质都属易产生冻结的土壤，再加上周围环境之中的水分含量丰富，在冬季极易产生冻胀事故，影响杆塔的稳定性，造成杆塔的歪斜事故。

因此，在送电线路建设的选址优化之中，设计修剪人员应该在满足建设条件的情况之下尽量避免在含水量较大区域的建设。在修剪杆塔的过程之中，尽量少使用金属化的装配地基，防治使用中地基的冻结损坏。同时避免杆塔的钢材埋入地面，防治冻胀伤害。除了建设之中的优化之外，在使用的过程之中工程维修人员也要定期对杆塔的结构稳定状态以及运行效果进行检查和维修，在发现出现冻胀事故的迹象时要及时处理，避免发生倒杆事故。

3.2 优化施工材料

由于各个地区在施工之中的设计以及地理条件的不同，优化方法也由于地区的不同无法通用，因此，在实际施工之中可以选用的方式并不多。杆塔使用故障的一大原因就在于杆塔材料的导热性好，导致其地基所在的土壤极易发生冻胀事故。针对这一原因，优化的主要措施可以为在施工时换用非冻胀性的材料来代替地基周边的含水土壤，避免切向冻胀力对于杆塔地基的影响。在非冻胀性材料的选择上，工程人员可以选择导热性较好的材料，实际的施工之中，施工人员可以选择粗砂、乱石等材料，在施工之中要选择含水量较小的材料，减少冻胀的概率。

3.3 优化地基的设计

为了减少切向冻胀力对于地基的影响，在国外的研究之中，实验结果表明在设计上选用梯形鞋面设计可以有效地减小冻胀力对于杆塔地基的影响，这是在工程之中较为经济的改善途径。其主要的设计如图1所示。

3.4 施工深基础

在对于冻胀力原理的研究之中，施工人員发现在施工时使用深基础在土壤的桩土之间摩擦可以平衡冻胀力的作用，深基础施工一般适用于施工土地较为坚硬的环境，比如多年的冻土层上的施工。在施工深度的选择上，工程人员要保证设计荷载和杆塔的受力要求，在施工之中使用钻孔灌注的方式来抵消冻胀力的影响，是一种较为经济的施工改善方案。

4 结语

为了防治寒冷环境之中杆塔由于土壤冻结产生的冻胀力的影响，工程人员可以在工程条件满足的情况之下对于工程施工选址，工程材料选用、工程设计以及工程的施工手段进行改善，保证施工的质量，防止杆塔由于冻胀力出现使用事故。

参考文献

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