冻土区电力塔基地质调查及选型.pdf

罗霄 等： 冻土 区电力塔基地 质调查 及选型 9 1 冻土与地基基础 冻土 区电力塔 基地质调查及选型 罗霄 ， - ， 牛怀俊 ， 李勇 ， 杨晓明 ， 朱兆荣 ( 1 中国铁道 科学研 究院 北京1 0 0 0 8 1； 2 中铁西北 科学研 究院有 限公司 兰州7 3 0 o 0 0 【 摘要】 青藏 + 5 0 0 k V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。 【 关键词】 电力塔基； 多年冻土； 病害防治 【 中图分类号】 T U 4 7 5 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 9 1 - 0 3 青藏 4 - 5 0 0 k V直流联网工程穿越 5 5 0 k in多年冻土段 ， 伴随着线路的修建， 沿线冻土条件将不可避免地发生变化 ， 气温的变化也会影响冻土的生存条件， 而修建在变化的冻 土地基上的电力塔基的稳定性和耐久性又直接依赖于沿线 工程冻土条件的稳定性。所以， 探明沿线的冻土地质情况， 以及提出相应的防治对策， 对保证青藏 5 0 0 k V直流联网工 程建成后的安全运营， 以及建设世界一流 的冻土区输电线 路， 均有长远的意义 。 1 青藏 5 0 0 k V直流联网工程气温特征 气温是地表辐射 一热量平衡和大气环流的综合反映， 冻土层与大气环境之间的温度差异是影响两者之间热量交 换的主要环境条件。青藏高原的气温变化， 对多年冻土的 稳定性有极其重要的影响， 图 1 是依据五道梁、 风火山、 沱沱 河气象站的统计资料绘制， 可以看出近 3 O年气温总体上是 逐年升高的。图2是三个气象站最冷月份( 1月) 和最热月 份( 7月) 温度变化趋势图， 从图中可以明显的看出： 冬季最 冷月份( 1 月) 气温升高趋势比较明显 ， 而夏季气温升高的趋 势不太明显。典型气象站升温率统计如表 1 。 一 1 3 -2 1 1 9 75 1 9 8 0 1 9 8 5 1 9 9 0 1 9 9 5 2 0 0 0 年份 图1 典型气象站年平均气温变化图 风火山 婆 鎏 鎏 气温变化直接影响冻土工程的稳定 ， 寒季气温和暖季 气温的变化差异对冻土工程的能量基础有较大的影响， 气 温的变化一定程度上反映了地面热量的消长， 而地表温度 是地下冻土温度变化的能量标志。在气温逐年升高的气候 背景下， 对电力塔基的设计施工 ， 提出了更高的要求 。 1 97 6 1 9 8 0 1 9 8 6 1 9 9 0 1 9 9 6 20 0 0 年份 图2 典型气象站最冷月份 ( 1 月 )和 最热月份 ( 7 月 )温度变化趋势 图 表 1 典型气象站升温率统计 地区 升温率 ( 4 6年) 升温率 ( 3 6 年) 简略分析 2 工 程冻土特 征 青藏 5 0 0 k V直流联 网工程是首次在青藏高原海拔 4 0 0 0 5 0 0 0 m地区、 乃至世界多年冻土区建设高标准的高压 直流输电线路 ， 在多年冻土区， 由于多年冻土、 厚层地下冰 的存在 ， 使得输电线路电力塔基的稳定性具有极大的不确 定性 ， 沿线多年冻土分布情况归纳表 2 。 沿线多年冻土分布特点： 复杂性： 冻土的平面、 垂直 分布 ， 冻土类型变化、 年平均地温等变化异常复杂； 多变 性 ： 多年冻土的特性( 分布、 含冰程度、 地温等) 随时间、 空 间、 气候、 人类工程经济活动不断发生变化 。 3 工程冻土病害防治对策 根据各类建筑物的破坏情况的调查总结， 一方面 由于 冻胀作用将基础拔起 ， 可能使基础埋置深度逐年地减小 ， 或 者将基础拉断， 导致构筑物丧失稳定性； 另一方面， 多年冻 土地基土融化而使基础产生不均匀下沉。因此， 多年冻土 区建筑物基础设计时， 既要防止冻胀作用 ， 又要防止不均匀 基金项目 科技部科研院所技术开发研究专项资金项目( 2 0 0 8 E G 1 2 3 2 0 6 、 N C S T E一 2 0 0 7 一 J K Z X一 2 0 9 ) 联合资助 匡 5 7 9 低温建筑技术 2 0 1 2 年第5 期( 总第 1 6 7期) 下沉， 设计原则主要为： 保持冻土地基冻结状态的设计原 则； 按地基土融化状态的设计原则。 表 1 输电线路工程多年冻土情况 由于多年冻土区与非多年冻土区存在几个重要的差 别， 杆塔的基础型式应有较为特殊的形式与要求。冻土与 非冻土区的重要差别和特殊性为： 地基土具有冻胀性与融 沉性、 冻结地基土具有高强度与流变性 、 冻土地基具有构造 变化的不均匀性、 冻土地基受热侵蚀作用的热不稳定性。 蛮 3 1 工程电力塔基础类型 线路基础类型的选择应考虑铁塔的安全等级、 类型、 冻 土地基的热稳定性等。在本工程中建议如图 3几种冻土区 铁塔的基础型式 ， 并辅以辅助工程措施， 确保塔基稳定。 类型 I 斜面柱剐性基础 类型 U 直面柱刚性基础 类型管柱装配基础 类型人工掏挖基础 类型 V灌注深桩基础 】 L 、一 、 、 一、 类型浅桩基础 类型小桩承台基础 类型夯扩基础 图3 电力塔基基础类型图 3 2 工程电力塔基础 辅助工程措施 ( 1 ) 热棒 ： 用于加快基础下多年冻土回冻及防止基底 法向冻胀力。 ( 2 ) 油砂混合物： 用于基侧防冻胀。 ( 3 ) 保温材料 ： 用于基础底板下， 防止外界热量传人 冻土地基 ， 也可减小填土厚度。 ( 4 ) 反滤层： 用于基侧防冻胀。 3 3 工程电力塔基础工程措施的使用 ( 1 ) 良好工程地质地段： 按非多年冻土地区的常规基 础类型设计 ， 可采用( I 、 I I 、 I I I ) 型基础， 基础埋深除满足锚 固 要求外 ， 在粉土地段 ， 地面以下2 3季节冻结深度范围内， 基 础侧表面涂抹渣油非亲水性涂料， 防止切向冻胀力的作用。 ( 2 ) 较好、 不 良工程地质地段： 基础类型可采用( I 、 I I 、 I I I 、 I V、 V、 V I ) 型基础 ， 多年冻土上限以上基础侧面涂渣油 ， 周围回填 1 01 5 c m的渣油与粗砂混合料。 张鹤年 ： P H C管桩挤土效应与时间效 应研究 P H C管桩挤土效应与时间效应研究 张鹤年 ( 东南大学建筑学院 南京2 1 0 0 0 0 ) 【 摘要】 通过理论分析和现场测试 ， 对 P H C管桩的挤土效应和时间效应进行了研究 ， 利用 J , L 扩张理论 对 P H C管桩挤土效应与其内外径比关系进行了分析， 并利用静载试验和最终压桩力的关系， 得到该试验场地 P H C 管桩桩基承载力的拟合曲线。 【 关键词】 P H C 管桩； 挤土效应 ； 时间效应 ； 压桩力； 桩基承载力 【 中图分类号】 T U 4 7 3 1 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 【 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 9 3 一 O 3 桥梁工程是高速公路建设 的重要组成部分， P H C管桩 能较好满足其桩基础的要求。施工会对桩周一定范围内的 土体产生扰动， 使桩周土体强度降低， 在土体中产生超静孔 隙水压力， 随龄期的增长， 超静孔 隙水压力消散， 桩周土体 产生固结 ， 桩周土体强度得到恢复 j 。 本文通过理论分析和现场实测 ， 对 P HC管桩的挤土效 应和时间效应进行了研究， 利用小孔扩张理论对 P H C管桩 挤土效应与其内外径 比关系进行了分析， 并利用静载试验 和最终压桩力的关系， 得到该试验场地 P HC管桩桩基承载 力的拟合曲线。 1 用圆孔扩张法简化分析挤土性状 基本方程： 等 + - 0 等 确= ( 1 ) 弹性广义胡克定律 ： 113 2， 1 、 r 丁 O r 。 11 2 ， 1 、 0 丁 r 一 r 屈服条件 ： 一 。 =( + e ) s i n q + 2 C c o s o 经推导可得到沉桩后的解为： 弹性区应力： 2 c c o s 妒 戚G ( 1 + 一 ) 一 一 弹性区位移： 咖 塑性区应力 ： 基金项目 江苏省交通科学研究计划项 目( 0 5 Y 4 4 ) ； 江苏省博士后基金( 1 1 0 1 0 0 0 1 1 5 ) 资助 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) o 0o 00 oO 0 0 口o oo o O O0 oO 00 0o o 0 o0 oO 00 0 0 oo 0 o 0o 00 o0 0O 0 0 0O o0 0 o 0o 0 o 0o 0 0 o0 0o 00 0o o o O0 0O o 0 0O oo 0 o 00 oo oo 0o 0 ( 3 ) 不 良、 极差工程地质地段 ： 基础类型可采用 ( V、 V I 、 V I I 、 V I I I ) 型基础 ， 应将热棒浇注在基础中。基础侧表面 应涂油且做 1 0 1 5 c m的油砂混合料 回填 ， 以消除切向冻胀 力， 如遇有地下冰层 ， 应挖除， 换填砂砾石。多年冻土区开挖 基坑， 需保证做好 ： 预先做好遮阳设施 ， 避免阳光照射， 使 冻土融化； 做好排水设施， 及时排出基坑积水。 4 结 语 青藏 5 0 0 k V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， 是整个工程重要一的环， 为保 证输电线路安全运行， 在充分了解冻土区地质条件的同时， 有针对性的提出防治对策。对同类工程有参考作用。 参考文献 1 格尔木 一 拉萨 5 0 0 k V直流输电线路工程( 不冻泉 一 风火山 段) 岩土部分岩土工程勘察报告 R 陕西电力设计院， 中铁 西北科学研究院有限公司， 2 0 0 9 2 张鲁新， 熊志文 ， 韩龙武 青藏铁路冻 土环境与冻土工程 M 北京 ： 人民交通出版社， 2 0 1 1 3 牛富俊， 张建明， 张钊 青藏铁路北麓河试验段冻土工程地质 特征及评价 J 冰川冻土， 2 0 0 2 ， ( 7 ) ： 7 3 8 1 4 吴紫汪冻土工程分类 J 冰川冻土， 1 9 8 2 ， 4 ( 4 ) ： 4 3- 4 8 5 窦明健 胡长顺 多年冻土路基设计原则及应用 J 冰川冻 土 ， 2 0 0 1 ， 2 3 ( 4 )： 4 0 1 4 o 6 6 吴青柏， 朱元林 ， 施斌 工程活动下的冻土环境研究 J 冰川 冻土 ， 2 0 0 1 ， 2 3 ( 2 ) ： 2 0 02 0 7 7 童伯 良， 李树德青藏高原多年冻土的某些特征及其影响因 素 c 青藏冻土研究论文集 北京： 科学出版社， 1 9 8 3 ： 1 8 程国栋， 何平 多年冻土地区线性工程建设 J 冰川冻土， 2 0 0 1 。 2 3 ( 3 )： 2 1 32 1 7 9 金会军， 等多年冻土区输油管道工程中的( 差异性) 融沉和 冻胀问题 J 冰川冻土， 2 0 0 5 ， ( 3 ) ： 4 5 4 4 6 5 1 0 陈肖柏， 等 土的冻结作用与地基 M 北京： 科学出版 社 。 2 0 0 6 【 收稿 日 期 2 0 1 2 0 2 2 0 作者简介】 罗霄( 1 9 8 5一) ， 男， 内蒙古察右后旗人 ， 硕士， 从事路基工程的设计、 勘察工作。