输变电基础防冻胀的研究.docVIP

输变电基础防冻胀的研究 　　摘要：本文深入研究分析了低温地区冻土层地质环境的变化规律，针对该类地区的输电线线路的架设提出了有针对性的解决方案，以期待为电力工程建设提供有参考价值的建议。 　　关键词：输变线线路；冻土；防冻；研究 　　中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号： 　　我国东北地区长年处于低寒气温环境，在持续低温天气的冷冻下，土层会严重冻结，形成较厚的冻土层；随着夏季的到来，温度上升，会导致冻土发生自然沉降。而在这样的区域上方建设输电线路电网，会导致线杆和塔发生倾斜倒塌，直接破坏输电线路的正常工作。因此，如何更好的提高低寒地区的电网稳定性，是电力企业必须认真面对的问题。 　　1 产生上拔的机理 　　输变电塔基发生的上拔现象，是附近的土层在冻结过程中发生的通胀到导致的。冻胀现象产生的原理是，土层在冻结时，土层深处的水分不断向上运动，在冻结区不断累积，形成新的冰层。 　　土中包含的水量可以是自由水也可以是固态的冰，根据不同的土质对水的影响，可以将土层水分成强结合水和弱结台水两种；自由水分重力水和毛细水 重力水在0℃冻结成冰，毛细水受表面张力作用，冰点稍低于0c；结合水的冻结温度的冰点是随所受引力变化而变化，弱结台水最外层冰点为一O．5℃ ，内层冰点在温度达到-20摄氏度～-30摄氏度时，才可被彻底冻结，即使在零下80摄氏度的温度环境里，强结合水依然不会冻结。 　　在自然冻结过程中，如果土质内部温度达到零摄氏度时，土层中的液态水会率先冻结成固体状态。如果土层温度持续降低，弱结合水会开始出现冻结现象，随着温度的不断降低，弱结合水周边会开始出现结晶体，此时土层颗粒对水分子的吸引力较大。除此之外，结合水层会不断减少，水层中的水分子活跃程度逐渐加剧，会形成一种渗透吸附力，这就会在冻结与未冻结层之间形成压力对比差。在不同外力的作用下，冻结水层附近的结合水，会被挤压到水膜较浅的地方，并随着温度不断降低而发生冻结，从而不断扩大冻结冰层的体积，这种非均匀外力的作用会导致冻结冰层逐渐发生分解，在冻结土层上方形成一道上升的水汽流。如果是在地下水较为充沛的地方，地下的水分就会被外力挤压抬升，通过上升趋势不断吸收土层中的水量，从而是冻结区域的水晶体体积不断扩大，形成比较厚实的冰层，从而导致明显的冻胀情况发生。 　　在自然冻结过程中，土层结冻运动是单向性的，因此，冻结晶体的体积会随着低寒时间的变长而增大。对于深埋在冻土之中的电线塔基，会直接受到土层中冻胀力的作用发生位移，如果塔基深度超过冻层的深度，则塔基会受到两种力的作用力，一个是横截面方向的T力，另一个是从垂直下方的上升力N。如果塔基负荷小于这两种合力，则整个电线塔会受力朝上抬升，这就是上拔现象。 随着环境温度的不断上升，冻土层开始逐渐消解，冻胀力不断下降，此时塔基的负荷开始超过土层的上拔力，因此塔基由开始出现明显的下沉现象。在低寒地区，随着温度的不断变化，电线塔基就会不断发生如此循环作用，逐渐影响到整个输电线路的安全和稳定。 　　2 影响冻胀的因素 　　科学家通过长期的研究发现：在土质比较细腻的区域冻胀现象比较明显，尤其是沙粒质、岩层和粉末土质的土壤区域更加突出。这类土壤具有很强的吸水能力，能够储存大量的自由水，加上毛细物理现象的存在，一旦温度降低到结冰的范围，就会在土层中形成十分明显的水汽上升现象。若未冻结区内不存在水源，土层冻胀量不大；反之，水分就会不断地进入冻结区内，被不断冻结成冰，使土层产生强烈的冻胀现象。 　　试验还表明，具有冻胀性的土质，在慢速冻结时．才能在土中形成水分上升“通道”，而土质在自然冻结中，土层温度F降十分缓慢，与形成水分上升 通道”的条件刚好一致。当加快土层冻结温度的速度，且维持足够的强度，土层冻胀量将急剧下降，即使是未冻结区存在丰富的水源也是如此，这是水分来不及向冻结锋面迁移而被原地冻结成冰，从而切断水分上升 通道”的结果。 　　3 解决冻胀的途径 　　在总结土层发生冻胀的基础上，可以找到有效应对土层冻胀的措施和方法：可以人为减少土层中的水分比重，虽然地下水位的含量难以通过人工来调节，但是可以从其他方面寻找办法来克服。有人提出在输电线塔基周围对土壤进行土质改良，这种办法虽然可以收到一定的效果，但是在长期内却不是有效的方法。真正有效的方法是加快土层的冻结速度，并想法提高其冻结强度，就可切断水分上升 通道 ，达到消除土层冻胀，保证基础的稳定。 　　土层在自然冻结过程中，环境温度与土层温度总是存在一定的温差，这个温差又随着土 　　层深度的增加而增大 现突破常规方法，以温差作为传热动力，设计了一种传热元件，此元件可在不加任阿外脂量的情况下，把环境中的冷量源源不断地传入未冻结区，使之实现快速冻结，切断水分上升“通道”，实现消除土层的冻胀。