浅谈高海拔冻土地区输电线路基础设计

摘 要：随着我国电力事业的快速发展，其所涉及的范围也不断扩大，其中不乏一些地质条件恶劣、环境复杂的地区。以青藏高原为例，这个区域范围内的直流联网工程是当前我国高海拔、高寒地区最大的输电工程，其具有沿线海拔高、冻土范围大的特点。为了保证输电线路的安全运行，提高电力能源传输效率，在输电线路选线定位的时候就需要深入了解与线路有关的冻土问题。下面文章就结合高海拔冻土地区输电线路基础设计展开分析和探讨。

关键词：高海报;冻土;输电线路;基础设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.127

0 引言

输电线路横穿整个青藏高原，其自然环境下冻土与不良冻土问题的存在直接影响输电线路的施工建设。这主要是由于高原地区冻土环境的稳定性较差，由于地下含有丰富的冰物质，对于气候变暖有着极为强烈的敏感性，容易导致输电线路杆塔基础变形或受力不均等问题。设计人员不仅要考虑冻土特点的影响，还需要正确认识施工活动对冻土环境产生的影响，冻土性质发生变化，地基基础就会产生变形和破坏，直接给输电线路基础工程的正常工作和输电运维造成困扰。为了保证工程建设与使用安全，设计人员应该对影响输电线路基础工程的原因进行分析。

1 高海拔冻土地区影响输电线路的影响因素

1.1 不良冻土现象的影响

不良冻土问题是输电线路基础设计面临的一大难题，不良冻土对输电线路杆塔基础产生的不利影响主要体现在冻胀与沉融两个方面，冻胀是指地基基础在受到冰冻影响下内部土体发生胀裂，导致基础抬起或拔出;沉融是指不良冻土受到气候变暖的影响内部土壤中冰融化成水，由于水的增涨速度大于水的排出，地基基础发生软化导致土体沉陷。不管是出现这两方面哪种问题对杆塔基础所造成的危害都是极大的。工作人员在面对不良冻土现象时，需要通过科学的地质勘探对当前地形地貌进行深入了解，并圈定不良冻土范围，为相关设计人员在线路选定是提供依据，尽量避开这些潜在的风险隐患。

1.2 次生不良冻土现象与输电线路

次生不良冻土与不良冻土有一定的区别，前者是有自然环境因素所造成的，而后者主要是由于人工活动作用下对局部地区地下水流经条件产生影响，打破了原有的冻土热平衡，从而引发不良冻土问题。以青藏高原地区为例，在本地区铁路建设过程中，沿线土体条件发生变化产生很多次生不良冻土现象，其主要体现在冰锥、冰幔、冻胀丘、厚层地下冰、热融滑坍及热融湖塘等几种形式。除此之外，相关方面的专家预测，在未来全球气温变暖是必然存在的，随着气温的升高青藏高原地区冻土空间格局也将发生翻天覆地的变化，大量次生不良冻土现象的发生将会给本地区各方面建设工作造成很大威胁。在这种环境下设计人员进行输电线路路径选择时需要充分考虑次生不良冻土现象所带来的影响。

2 高海拔冻土地区输电线路基础设计面临的挑战

冻土地区的地质条件较为特殊，其内部成分、物理力学性质等方面都与非冻土有着很大的区别，这对输电线路的建设运行造成很大威胁，其主要体现在以下几方面：第一，冻融问题，冻土土体内部含有丰富的地下冰成分，在受到温度影响下呈现流动性特点，其所具有的长期强度在一瞬间瓦解，导致杆塔基础稳定性下降，铁塔倾斜、倒塌等问题频发，不利于输电线路的正常运行。第二，切向变形，切向变形主要是由于杆塔基础位于斜坡、丘陵等地段，在受到冻融变化下发生剪切变形问题，其不仅具有各向异性的特点，还长期受到外荷载作用的影响，基础土体结构弱化发生切向变形。除此之外，人为的破坏和扰动也会导致切坡土体失衡，造成杆塔基础发生位移或者倾斜问题。第三，不均匀变形，由于输电线路工程量大、距离长，不同地区所处的冻土情况也不尽相同，受到不同程度的冻融一项，杆塔基础存在一定的差異性，输电线路运行面临极大的威胁。第四，档距问题，其主要是指杆塔与杆塔之间的距离设定，为了避免相互之间纵向不平衡张力过大，对于档距大小有一定的要求，但是不良冻土地区风险因素较多，针对一些面积大、冻胀性强的地区，杆塔档距的临界值与有一定的区别，在这方面的设置具有很大难度。

3 高海拔冻土地区输电线路基础设计分析

3.1 基础设计原则

在进行冻土地区输电线路杆塔基础设计过程中需要秉持一定的原则：首先，对多年冻土区地基土需要进行全面的勘探分析，确保地基土冻结状态能够满足杆塔稳定性要求。第二，在设计过程中加强冻胀融沉条件下地基基础强度，严格控制地基竖向承载力与土体强度，做好沉降变形监测，并进行科学的计算和校准。第三，结合本地区的实际情况选择合理的基础类型，保证杆塔基础埋深设计能够符合标准要求。第四，由于冻土地基具有很强的敏感性，即便地表周围发生一些小的变化也可能引起强烈的反应，而且这些地区植被破坏后很难进行恢复，在工程建设过程中应该做好保护措施，尽量减少对周围土体的扰动作业，为杆塔基础建设创造良好的条件。

3.2 合理选择杆塔基础类型

对于输电线路基础工程其主要可以分为混凝土电杆基础与铁塔基础两种类型，冻土地区电力杆塔基础受力作用主要呈现垂直荷载小、上拔荷载大的特点，在进行基础设计的过程中需要充分考虑倾覆与上拔方面带来的不利影响，由于杆塔基础数量多、呈分散状态，通常采取直埋式的基础形式，只有保证基础部分的稳定性才能满足最终的安全运营要求。在这种情况下混凝土电杆基础采用预应力混凝土管桩、铁塔基础采用钻孔灌注桩，但需要注意的是混凝土现场搅拌难度大、运输距离大，相比之下铁塔基础更容易被控制。

4 结语

综上所述，冻土地区杆塔基础设计需要结合本地区的地质特点，合理选择杆塔类型，避免冻土冻胀融沉所带来的不利影响，切实提高高原冻土地区杆塔基础的稳定性、安全性，实现电力线路长久运营的目的。

参考文献：

[1]王向东，郭青梅，吴晓峰.季节性冻土地区的输电杆塔基础设计[J].电力建设，2010（12）：48-49.

[2]孙洪波，王雪丽.高寒地区输电线路杆塔基础设计[J].内蒙古电力技术，2011（06）：32-34.

[3]王丹.季节性冻土地区的输电杆塔基础设计研究[J].中国新技术新产品，2012（22）：89-90.

作者简介：陈财文（1985-），男，甘肃武威人，本科，中级工程师，研究方向：电气工程及其自动化设计。