輸變電基礎防凍脹的研究

1、<p>　　輸變電基礎防凍脹的研究</p><p>　　摘要：本文深入研究分析了低溫地區(qū)凍土層地質環(huán)境的變化規(guī)律，針對該類地區(qū)的輸電線線路的架設提出了有針對性的解決方案，以期待為電力工程建設提供有參考價值的建議。 </p><p>　　關鍵詞：輸變線線路；凍土；防凍；研究 </p><p>　　中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號： </p

2、><p>　　我國東北地區(qū)長年處于低寒氣溫環(huán)境，在持續(xù)低溫天氣的冷凍下，土層會嚴重凍結，形成較厚的凍土層；隨著夏季的到來，溫度上升，會導致凍土發(fā)生自然沉降。而在這樣的區(qū)域上方建設輸電線路電網，會導致線桿和塔發(fā)生傾斜倒塌，直接破壞輸電線路的正常工作。因此，如何更好的提高低寒地區(qū)的電網穩(wěn)定性，是電力企業(yè)必須認真面對的問題。 </p><p>　　1 產生上拔的機理 </p><

3、p>　　輸變電塔基發(fā)生的上拔現(xiàn)象，是附近的土層在凍結過程中發(fā)生的通脹到導致的。凍脹現(xiàn)象產生的原理是，土層在凍結時，土層深處的水分不斷向上運動，在凍結區(qū)不斷累積，形成新的冰層。 </p><p>　　土中包含的水量可以是自由水也可以是固態(tài)的冰，根據(jù)不同的土質對水的影響，可以將土層水分成強結合水和弱結臺水兩種；自由水分重力水和毛細水 重力水在0℃凍結成冰，毛細水受表面張力作用，冰點稍低于0c；結合水的凍結溫度的

4、冰點是隨所受引力變化而變化，弱結臺水最外層冰點為一O．5℃ ，內層冰點在溫度達到-20攝氏度～-30攝氏度時，才可被徹底凍結，即使在零下80攝氏度的溫度環(huán)境里，強結合水依然不會凍結。 </p><p>　　在自然凍結過程中，如果土質內部溫度達到零攝氏度時，土層中的液態(tài)水會率先凍結成固體狀態(tài)。如果土層溫度持續(xù)降低，弱結合水會開始出現(xiàn)凍結現(xiàn)象，隨著溫度的不斷降低，弱結合水周邊會開始出現(xiàn)結晶體，此時土層顆粒對水分子的吸

5、引力較大。除此之外，結合水層會不斷減少，水層中的水分子活躍程度逐漸加劇，會形成一種滲透吸附力，這就會在凍結與未凍結層之間形成壓力對比差。在不同外力的作用下，凍結水層附近的結合水，會被擠壓到水膜較淺的地方，并隨著溫度不斷降低而發(fā)生凍結，從而不斷擴大凍結冰層的體積，這種非均勻外力的作用會導致凍結冰層逐漸發(fā)生分解，在凍結土層上方形成一道上升的水汽流。如果是在地下水較為充沛的地方，地下的水分就會被外力擠壓抬升，通過上升趨勢不斷吸收土層中的水量，

6、從而是凍結區(qū)域的水晶體體積不斷擴大，形成比較厚實的冰層，從而導致明顯的凍脹情況發(fā)生。 </p><p>　　在自然凍結過程中，土層結凍運動是單向性的，因此，凍結晶體的體積會隨著低寒時間的變長而增大。對于深埋在凍土之中的電線塔基，會直接受到土層中凍脹力的作用發(fā)生位移，如果塔基深度超過凍層的深度，則塔基會受到兩種力的作用力，一個是橫截面方向的T力，另一個是從垂直下方的上升力N。如果塔基負荷小于這兩種合力，則整個電線塔

7、會受力朝上抬升，這就是上拔現(xiàn)象。 隨著環(huán)境溫度的不斷上升，凍土層開始逐漸消解，凍脹力不斷下降，此時塔基的負荷開始超過土層的上拔力，因此塔基由開始出現(xiàn)明顯的下沉現(xiàn)象。在低寒地區(qū)，隨著溫度的不斷變化，電線塔基就會不斷發(fā)生如此循環(huán)作用，逐漸影響到整個輸電線路的安全和穩(wěn)定。 </p><p>　　2 影響凍脹的因素 </p><p>　　科學家通過長期的研究發(fā)現(xiàn)：在土質比較細膩的區(qū)域凍脹現(xiàn)象比較明

8、顯，尤其是沙粒質、巖層和粉末土質的土壤區(qū)域更加突出。這類土壤具有很強的吸水能力，能夠儲存大量的自由水，加上毛細物理現(xiàn)象的存在，一旦溫度降低到結冰的范圍，就會在土層中形成十分明顯的水汽上升現(xiàn)象。若未凍結區(qū)內不存在水源，土層凍脹量不大；反之，水分就會不斷地進入凍結區(qū)內，被不斷凍結成冰，使土層產生強烈的凍脹現(xiàn)象。 </p><p>　　試驗還表明，具有凍脹性的土質，在慢速凍結時．才能在土中形成水分上升“通道”，而土質在

9、自然凍結中，土層溫度F降十分緩慢，與形成水分上升 通道”的條件剛好一致。當加快土層凍結溫度的速度，且維持足夠的強度，土層凍脹量將急劇下降，即使是未凍結區(qū)存在豐富的水源也是如此，這是水分來不及向凍結鋒面遷移而被原地凍結成冰，從而切斷水分上升 通道”的結果。 </p><p>　　3 解決凍脹的途徑 </p><p>　　在總結土層發(fā)生凍脹的基礎上，可以找到有效應對土層凍脹的措施和方法：可以人

10、為減少土層中的水分比重，雖然地下水位的含量難以通過人工來調節(jié)，但是可以從其他方面尋找辦法來克服。有人提出在輸電線塔基周圍對土壤進行土質改良，這種辦法雖然可以收到一定的效果，但是在長期內卻不是有效的方法。真正有效的方法是加快土層的凍結速度，并想法提高其凍結強度，就可切斷水分上升 通道 ，達到消除土層凍脹，保證基礎的穩(wěn)定。 </p><p>　　土層在自然凍結過程中，環(huán)境溫度與土層溫度總是存在一定的溫差，這個溫差又隨

11、著土 </p><p>　　層深度的增加而增大 現(xiàn)突破常規(guī)方法，以溫差作為傳熱動力，設計了一種傳熱元件，此元件可在不加任阿外脂量的情況下，把環(huán)境中的冷量源源不斷地傳入未凍結區(qū)，使之實現(xiàn)快速凍結，切斷水分上升“通道”，實現(xiàn)消除土層的凍脹。 </p><p>　　4 試驗地的凍脹性及結果分析 </p><p>　　實際觀察表明，兩處土中的輸變電基礎上撥十分顯著。通過3個

12、自然凍結期試驗，對所獲 </p><p>　　的試驗數(shù)據(jù)整理可得圖2～7。圖2示3種不同深度土層的溫度隨季節(jié)變化曲線 從中可看出，在自然凍結期內，凍結土層與環(huán)境總存在溫度差，而溫度差叉隨土層凍深增加而增大，這個溫度差就是設計傳熱元件的傳熱動力。 </p><p>　　傳熱元件埋深I，6m時，距傳熱元件中心0．4 m&#8943;1 25 irt處，地溫隨季節(jié)變化曲線。由圖2可看出土

13、層深度為1．6 m 時，從凍結期開始，需要到2月末3月初才能達到一0．5℃左右，而埋入傳熱元件后，在半徑為0．4、1．25 m的周邊上，分別在10月初和l1月初達到一5℃ ，從而實現(xiàn)快速凍結，并能不斷加強凍結強度，達到切斷水分上升“通道 的目的，消除凍脹。 </p><p>　　傳熱元件埋深2．5m 時，距傳熱元件中心1．25m 處，距地面0．4、0．8、1．6、2．5m </p><p>

14、;　　處的地溫隨季節(jié)的變化曲線。從圖中可看出傳熱元件凍結半徑可達1．25I'll以上。 </p><p>　　土層在自然凍結過程中，傳熱元件埋深2．5 m 時，與沒有埋入傳熱元件時，土層凍脹量隨季節(jié)變化曲線。從中可以看出埋人傳熱元件后，土層基本上消除了凍脹現(xiàn)象(見曲線2)，而沒埋入傳熱元件的土層產生很大的凍脹高度(見曲線1)。 </p><p><b>　　5 結束語 &

15、lt;/b></p><p>　　5．1 對季節(jié)性凍土產生的凍結現(xiàn)象及對其中所設置的輸變電基礎產生上拔、傾斜等機理分析是正確的，據(jù)此機理突破常規(guī)防凍脹的方法，提出的消除防凍脹措施是合理的，實掩后可充分保證季節(jié)性凍土中輸變電基礎的穩(wěn)定。 </p><p>　　5．2 所設計的傳熱元件，可在不需加任何外界能量下，只依凍土層與環(huán)境溫度差作傳熱動力，就能有效地把環(huán)境中的玲量及時傳人未凍結區(qū)，

16、使之實現(xiàn)快速凍結，并不斷加強凍結強度，切斷水分上升。通道 ，消除土層的凍脹。 </p><p>　　5．3 此技術可廣泛應用于季節(jié)性凍土中的各種不同形式基礎的防凍脹。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]汪文舉.季節(jié)性變化對凍土層的影響效應分析.地質科學.2009（3）； </p><