[发明专利]增强输电线路塔基冻土基础稳定性的措施有效

专利信息
申请号: 201210038168.2 申请日: 2012-02-20
公开(公告)号: CN102817380A 公开(公告)日: 2012-12-12
发明(设计)人: 俞祁浩;李国玉;游艳辉;郭磊;钱进;胡俊 申请(专利权)人: 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
主分类号: E02D31/14 分类号: E02D31/14
代理公司: 兰州中科华西专利代理有限公司 62002 代理人: 李艳华
地址: 730000 甘肃*** 国省代码: 甘肃;62
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摘要:
搜索关键词: 增强 输电 线路 冻土 基础 稳定性 措施
【说明书】:

技术领域

发明涉及输电线路塔基冻土基础技术领域,尤其涉及增强输电线路塔基冻土基础稳定性的措施。

背景技术

冻土是一种温度低于0℃且含有冰的土岩,按冻土保持时间的长短主要分为季节冻土(半月至数月)、多年冻土(一年以上)。我国青藏高原是世界上高海拔低纬度多年冻土分布最为广阔的区域,冻土不仅由于冰的存在其性质会较融土发生复杂和根本性的改变,而且在多年冻土区,通过长期的演化、发展和变化,更会形成厚达几米、甚至十几米、各具形态的厚层地下冰。随着气候环境的变化、人类工程活动的影响,会导致冻土和地下冰退化和融化,会导致各种工程灾害的产生、对各种重大工程建筑稳定性产生重要影响。

青藏直流输电线路工程是我国西部大开发战略的重要组成,是改善西藏各族人民生产生活条件、推进西藏跨越式发展和长治久安的重大工程。青藏交直流联网工程格尔木-拉萨±400千伏直流输电工程穿越550 km 的多年冻土地段,线路修建后冻土条件不可避免要发生变化,而该种变化不可避免地对塔基稳定性产生重要影响。输电线路工程属于点线工程,每个点的安全、每个基塔的稳定都事关整条输电线路的安全和稳定。

在多年冻土区重大工程中,青藏公路、青藏铁路主要通过高路堤修筑,减缓工程对冻土的作用和影响,通过其它一些保护多年冻土工程措施的应用来降低冻土的温度、增强冻土基础的稳定。而输电线路的塔基均是深入地下、深入多年冻土的内部,直接与冻土发生相互作用,因此,对冻土的影响也最为直接、最为剧烈,而冻土温度的升高、融化对塔基稳定性的影响也最为迅速。

目前青藏直流输电线路工程在多年冻土区采用的塔基基础型式主要为锥柱基础、装配式基础以及掏挖桩、灌注桩等基础型式。这些基础型式的主要特点在于桩径大、桩基埋深相对较浅,由于混凝土和内部大量的钢筋都导致整体塔基导热性能很强,夏季桩基上端和周边地表热量都会通过塔基快速、大量地传递到下部的冻土体中,并对塔基的冻土基础稳定性造成重要影响。虽然,现有输电线路工程采用了热棒(即重力式热管)保护冻土的降温措施,但是,由于热棒只是在冬季工作有限的几个月,塔基夏天暖季对热量的导热作用,在很大程度上削弱了冬季的降温效能。模拟计算结果表明,正是由于塔基快速热传导作用,在青藏高原未来50年气候升高2.6℃情景模式下,在年平均地温为-1.0℃的多年冻土区,塔基下部的冻土在未来5年内就可以快速升高0.5℃,整体冻土退化速率将加快一倍左右,在这种情况下,通过热棒的使用也难以从根本上改变冻土升温的趋势,甚至在一些情况下,冻土也开始发生融化,塔基开始失稳。

与此同时,对于锥柱基础、装配式基础等型式是受工程结构的要求,在施工过程中,不可避免地进行基础的大开挖,即首先开挖基坑,然后在基坑内进行桩基的混凝土浇注和拼装,最后在进行土方的回填,一般开挖深度达到6m以上。由于,回填土在受到完全扰动后,难以完全密实和恢复到原有的土层结构。同时,青藏直流联网冻土工程受地下水的影响,塔基基础绝大部分完成于冬季,受冬季寒冷气温的影响,回填土更加难以密实。由此造成回填土在暖季的融沉过程导致基坑边缘和内部大量裂隙、裂缝的存在(如图1所示),据此导致的严重后果是,下部冻土直接暴露于外界,暖季降水直接侵入到冻土层内,对冻土的稳定性造成严重影响。另外,水分的大量侵入,在冻融循环过程中,由于水分在冻结和融化伴随体积的膨胀和缩小,从而导致冻胀、融沉等次生灾害的产生。这些都对塔基的长期稳定性造成重要威胁。

综上所述,面对多年冻土区输电线路重大工程建设的需要,面对塔基传热过程对塔基冻土基础稳定性造成的重要影响,以及回填土大量存在的裂隙、裂缝导致的水热侵入对冻土的影响,以及可能造成的次生冻融灾害等问题,都是现代气候影响下如何保证青藏直流输电线路工程长期稳定亟待解决的关键难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效冷却多年冻土区输电线路塔基基础、防止地表水分侵扰的增强输电线路塔基冻土基础稳定性的措施。

为解决上述问题,本发明所述的增强输电线路塔基冻土基础稳定性的措施,其特征在于:该措施是指首先在输电线路的塔基基础周围埋设重力式热管;然后在所述塔基基础的顶部桩端及桩体周围水平层布设保温材料;最后在地表以上围绕所述塔基基础的塔腿修筑并密实高出地表带坡降的土层即可;所述土层的内部铺设有带坡降的隔水膜。

所述塔基基础为锥柱基础、装配式基础、掏挖式桩基础、灌注桩基础中的任意一种。

所述塔基基础的每个基坑边缘分别埋设1~4根所述重力式热管。

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