摘要：输电线路杆塔基础是电网的重要组成部分，是电网安全稳定运行的重要保障。输电线路地基基础具有行业的特殊性、复杂性和重要性。本文通过对架空输电线路工程中遇到的特殊地基土，主要为膨胀土、冻土与湿陷性黄土进行分析，合理选取基础型式以及地基处理措施。针对地形地质复杂地区基础进行优化设计，按照尺寸小、施工快、针对性强原则，深入研究特殊地基处理新方法。
关键词：输电线路；杆塔基础；地基处理；膨胀土；桩基础
１、膨胀土地基发生原因以及处理技术
膨胀土是由亲水性矿物组成，在雨季或者潮湿的环境中吸收水分而膨胀，在夏季或者干燥的环境中蒸发水分而收缩。在不同季节交替胀缩的性质易导致地基上部轻型建筑物产生较大裂缝，主要由于荷载较小的建筑物不能抵消膨胀土所产生的膨胀力。遭受膨胀土病害的构筑物有地基、挡土墙、道路、机场跑道、人行道、水渠衬砌等。每年修复被膨胀土破坏的建筑物费用，全世界总计约上百亿美元。膨胀土对输电线路的影响主要表现为：使塔基产生不均匀的竖向和水平胀缩变形，造成基础位移、开裂倾斜甚至破坏。经过多年对膨胀土研究成果，总结出了以下几种比较经济的膨胀土地基处理方法。
（１）增大基础埋深。在季节分明的湿润区和亚湿润区，地基胀缩属中等或中等偏弱的平坦地区，可用增大基础埋深作为主要的防治措施。这些地区的大气影响急剧层深度（有效埋深）一般均在１．４ｍ 左右，基础埋深在大于１．４ｍ的土层上时，因土层含水量变化不大或趋于稳定，所以地基胀缩变形通常在允许的范围内。因地形地貌条件的差异以及土层胀缩性能的差异等因素，其大气影响急剧层的深度也稍有不同，在确定具体埋深时应参考具体情况。
（２）桩基础。在大气影响深度较深、基础埋深较大、普通大开挖基础施工有困难或不经济时，可选用桩基础。但在膨胀土中的桩基础设计除了需要满足有关规范、规定外，还应符合有关膨胀土中的要求。
（３）换土。在较强或强膨胀土层出露较浅或对不均匀变形有严格要求时，可采用非膨胀性的粘性土、砂、碎石、灰土或砂渣石灰等置换膨胀土，以减少地基的胀缩变形量。垫层厚度宜采用基础宽度的１～１．２倍，一般不小于０．３ｍ，垫层宽度宜采用１．８～２．２倍基础宽度，一般两边宽出基础外缘０．２ｍ，并做好防水处理，使雨水不灌进砂石层内。
（４）宽散水。不仅其宽度比一般散水大，且有保温隔热层及不透水层的垫层。宽散水具有防水保湿及隔热的作用，适用于弱或中等胀缩性地基。同时可以与基础的有效埋深综合采用。
（５）预湿法。在施工前给土体浸水，使土体充分膨胀，并维持其高含量，使土体体积保持不变，但这种方法无法长期保证地基的稳定性。
（６）化学处理法。在膨胀土中掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化钙和磷酸等，通过土与掺入剂之间的化学反应，改变土体的膨胀性，提高其强度，达到稳定的目的。
２、冻土地基处理
凡是温度为负温或零温，并含有冰的各种土均称为冻土。冻结状态持续２年以上的土层称为多年冻土。我国多年冻土分布面积约２１．５×１０５ｋｍ２，仅次于俄罗斯和加拿大，占国土面积的２２．３％，主要位于大小兴安岭、青藏高原和西部高山等地。
温度周期性变化导致冻土在寒季冻胀，暖季融化沉陷。冻胀引起结构层不均匀升高、地基开裂、地面裂缝及基础破损。融沉使地基承载能力下降、工程结构物沉降变形、边坡塌陷、地基沉陷等。对于冻土地区架空输电线路而言，冻胀和融沉是塔基的两大主要病害，直接影响电网运行安全。
２.１ 多年冻土区地基基础设计原则
多年冻土区杆塔基础稳定性的核心是热稳定性，衡量热稳定状态最重要的能量指标是多年冻土的年平均地温Ｔｃｐ，量值和变化是区域气候变化在冻土层中最直接的反映。因此，在杆塔地基基础设计时遵循的原则应和该区多年冻土的地温带相对应。保护多年冻土的原则，在规定使用年限内，地基土始终保持冻结状态，保持热稳定性。此类适用于多年冻土地温的低温稳定区和低温基本稳定区。允许融化的原则，包括逐步融化状态设计原则和预先融化状态设计原则，以逐步融化状态和预先融化状态的多年冻土为地基。该设计原则适用于高温不稳定区，且在压缩层内（包括冻土最大融化深度）地基变形小于允许值，一般为粗粒土地基。
２.２多年冻土区杆塔基础形式研究
（１）采用独立大块基础。独立大块基础埋深一般在３．０～３．５ｍ 之间，采用大块基础时，应先挖除全部的多年冻土，清除基底下到基岩顶面之间的多年冻土，采用合理的回填材料（如素混凝土等）回填。以回填材料或强风化基岩做基础持力层，宜采用独立基础（大块基础或梯形斜面基础）。这样可使基础挖掘深度小，容易施工，造价低。
另外，将基础设计成梯形斜面基础的型式，是克服切向冻胀力作用于杆塔基础上的一个可靠、经济、方便的方法，其侧面坡度大于等于１∶７为宜。
（２）采用灌注桩基础。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于冻土层厚埋深大，采用挖除冻土开挖困难，费用较高，经综合比较可采用桩基（以冻土层之下的基岩为桩基持力层），一般桩长在１２～１５ｍ之间，以强风化或中等风化基岩作为桩端持力层。将桩贯穿冻土层，荷载作用在冻土下面基岩层。此时，地基的设计状态既不是保持冻结法，又非预先融化法，因为将持力层设在了冻土深度以下，不论地基是否融化，都不会对持力层土产生影响。
２.３冻土地基处理的方法
（１）换填法，即用粗砂、砾石等非（弱）冻胀性材料置换天然地基的冻胀性土。
（２）物理化学法，利用交换阳离子及盐分对冻胀影响的规律，采用人工材料处理地基土以改变土离子与水之间的相互作用，使土体中的水分迁移强度及其冰点发生变化，以达到削弱冻胀的目的。
（３）保温法，在建筑物底部或四周设置隔热层，增大热阻，以推迟地基土的冻结，提高土中温度，降低冻结深度，进而达到防止冻胀的目的。
（４）排水、隔水法，即降低地下水位季节冻土层范围内土体的含水量，隔断外水补给来源和排除地表水，防止地基土变形。
３、湿陷性黄土地基处理
黄土是一种第四纪沉积物，不同于同时期的其他沉积物。湿陷性黄土土质较均匀、结构松散、孔隙发育。我国湿陷性黄土的分布面积约占我国黄土分布总面积的６０％左右，大多分布在黄河中游地区。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低，严重影响输电线路安全运行。
在湿陷性黄土地区修建构筑物必须根据黄土的特点和工程要求，因地制宜，采用以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷，确保构筑物的安全和正常使用。地基处理的目的在于破坏湿陷性黄土的大孔结构，以便全部或部分消除地基湿陷性。
３.１一般建筑工程对湿陷性黄土场地的处理
黄土湿陷的诱发因素“先力后水”，处理湿陷性黄土的方法很多，大致可归纳为以下几个方面：
（１）常用的处理方法主要有以下几种：① 强夯法，利用起重设备将重锤吊到１０～４０ｍ高处，然后使重锤自由落下，对地基进行强力夯击，以消除其湿陷性，降低压缩变形，提高地基强度。② 垫层法，土（或灰土）垫层是一种浅层处理湿陷性黄土地基的传统方法，应用较为广泛，具有因地制宜、就地取材和施工简便等特点。③ 桩基础法，桩基础是一种基础型式也可看作是一种地基处理措施，在湿陷性黄土地基中有规则的布置灌注桩基础，以提高地基承载力。
（２）地基处理新技术主要包括孔内深层强夯挤密法、生石灰桩膨胀法、深层搅拌法和旋喷注浆法、压力注浆法、化学加固法与高分子材料固化黄土、夯击固化黄土等。
（３）采取防水措施，消除湿陷诱发因素。
（４）改善上部结构和基础型式，提高结构的抗湿陷能力。
３.２输电线路工程对湿陷性场地的处理
３.２.１大开挖基坑处理措施
对于架空输电线路工程而言，强夯法、挤密法、预浸水法、灌注桩等方法施工工艺复杂，质量不易控制，综合费用较大，运行经验较少，所以主要采用２∶８灰土垫层法，直线塔伸出长度取值１．０ｍ，深度１．５ｍ；耐张塔伸出长度取值１．５ｍ，深度２．０ｍ。
３.２.２基面防水措施
对处于湿陷性平地的塔位分三种情况分别处理：
（１）平地无渠道泄露、无人工漫灌、无大量汇水的塔位可采用适合湿陷性地区的基础型式，无需进行处理。
（２）有少量雨水汇集的塔位可在基坑顶部铺设防水层，（ａ）为示。所使用的材料一般为２∶８灰土。
（３）有较多汇水的塔位，要在塔位周围采取排水、散水措施。对于情况严重的塔位，可将各独立基础防水层连接成整体，增强其防水效果。
对位于台阶地的塔位，铁塔采取全方位长短腿配合高低基础，需要在塔基上方设置排水沟或在各台阶分别做防水层。
３.２.３土工布的应用
土工布与灰土结合处理湿陷性地基，其主要功能：加固、分离、过滤、排水及防渗等。
铁塔基础中土工布的主要作用：利用土工布的防渗特点，有效地阻止地表水向下渗透，避免地基的湿陷性黄土遇水而产生沉降。
结语
总之，就目前在输电线路工程中遇到的特殊地基进行综合分析，通过合理选取基础型式，运用多种地基处理措施，对于提高输电线路的建设和设计水平，具有重要应用和推广意义，能够为电网建设带来直接和间接的经济效益和社会效益。
论文作者:张勇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/18
标签：地基论文; 冻土论文; 基础论文; 黄土论文; 杆塔论文; 多年论文; 线路论文; 《电力设备》2019年第10期论文;