CN202519710U

CN202519710U - 增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构

Info

Publication number: CN202519710U
Application number: CN 201220054482
Authority: CN
Inventors: 俞祁浩; 游艳辉; 郭磊; 胡俊; 钱进
Original assignee: Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Current assignee: Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2022-02-20

Abstract

本实用新型涉及一种增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构，包括输电线路的塔基基础，其特征在于：所述塔基基础的周围埋设重力式热管，其顶部桩端及桩体周围水平层布设保温材料，其塔腿处铺设高出地表带坡降的土层；所述土层的内部铺设有带坡降的隔水膜。本实用新型将重力式热管和保温材料进行有效结合，不但可以大幅减少重力式热管的实际应用数量，在工程上可以大幅降低工程投资，减少施工难度、缩短工程措施的施工周期，而且本实用新型总体效能与采用热棒单一措施相比，其对输电线路冻土塔基的整体降温效能和维持塔基基础的长期稳定性均得到成倍提高和根本改变。

Description

增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构

技术领域

本实用新型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结构。

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

本实用新型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结构。

为解决上述问题，本实用新型所述的增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构，包括输电线路的塔基基础，其特征在于：所述塔基基础的周围埋设重力式热管，其顶部桩端及桩体周围水平层布设保温材料，其塔腿处铺设高出地表带坡降的土层；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。

所述保温材料厚度为2~20cm。

所述水平层保温材料的埋设深度为地表以下0.0m~2.0m，范围为3~5m×3~5m，且沿所述塔基基础的桩体水平向外延伸2~5m。

所述土层的厚度为0.5m~1.5m，范围为5m×5m，坡度为1:5~1:20，其密实度为0.5~1.0。

所述隔水膜距离所述土层表面以下0.10~50cm，其坡度为1:5~1:20。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型充分结合输电线路塔基塔基点式基础的特点，通过塔基的周边布设的重力式热管，有效发挥重力式热管点式降温的特长，通过两者的有效结合达到对塔基底部冻土基础关键部位降温的目的，通过有限热管的应用，达到最优工程效果的目的。

2、本实用新型通过在塔基的顶部桩端，桩体周围布设一定厚度的保温材料，有效阻止了暖季热扰动对冻土稳定性的不利影响，并使冬季热管蓄冷作用得到充分发挥。

3、本实用新型采用保温材料克服了由于冻结和融化过程会塔基稳定性造成极为不利的影响，其中包括融化深度加剧、回冻过程对桩基的冻拔作用、冻结和融化过程对塔基的冻融风化物理侵蚀作用等等，有效阻止了融化深度的增加，可以有效减少各种不利现象和作用的产生。

4、本实用新型将重力式热管和保温材料进行有效结合，不但可以大幅减少重力式热管的实际应用数量，在工程上可以大幅降低工程投资，减少施工难度、缩短工程措施的施工周期，而且本实用新型总体效能与采用热棒单一措施相比，其对输电线路冻土塔基的整体降温效能和维持塔基基础的长期稳定性均得到成倍提高和根本改变。

5、本实用新型采用以塔腿为中心具有一定坡降的高出地表的土层，在阻止塔基周边地表水分聚集的同时可作为回填土的沉降补充，以保证该土层始终高出地表，同时在其内部铺设隔水膜，进一步阻止通过回填土裂隙下渗的水分，因此，本实用新型通过这种二元阻水结构，可以从不同层次和不同数量上减少暖季降水对塔基稳定性的影响，并进一步有效阻止水分对塔基稳定性的热影响，以及可能产生的次生冻融灾害，从而达到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目的。

6、保护环境。采用本实用新型可以提高基础的稳定性，减少了工程维护和后期工程病害的施工，在青藏高原极为脆弱的自然环境条件下间接地起到了对环境的良好保护作用。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的剖面结构示意图。

图中： 1—塔基基础 2—重力式热管 3—保温材料 4—土层 5—隔水膜。

具体实施方式

如图1所示，增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构，包括输电线路的塔基基础1。塔基基础1的周围埋设重力式热管2，其顶部桩端及桩体周围水平层布设保温材料3，其塔腿处铺设高出地表带坡降的土层4；土层4的内部铺设有带坡降的隔水膜5。

其中：塔基基础1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。

塔基基础1的每个基坑边缘分别埋设1~4根重力式热管2。

保温材料3厚度为2~20cm。水平层保温材料3的埋设深度为地表以下0.0m~2.0m，范围为3~5m×3~5m，且沿塔基基础1的桩体水平向外延伸2~5m。

土层4的厚度为0.5m~1.5m，范围为5m×5m，坡度为1:5~1:20，其密实度为0.5~1.0。

隔水膜5距离土层4表面以下0.10~50cm，其坡度为1:5~1:20。

Claims

1.增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构，包括输电线路的塔基基础（1），其特征在于：所述塔基基础（1）的周围埋设重力式热管（2），其顶部桩端及桩体周围水平层布设保温材料（3），其塔腿处铺设高出地表带坡降的土层（4）；所述土层（4）的内部铺设有带坡降的隔水膜（5）。

2.如权利要求1所述的增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构，其特征在于：所述塔基基础（1）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。

3.如权利要求1所述的增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构，其特征在于：所述塔基基础（1）的每个基坑边缘分别埋设1~4根所述重力式热管（2）。

4.如权利要求1所述的增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构，其特征在于：所述保温材料（3）厚度为2~20cm。

5.如权利要求4所述的增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构，其特征在于：所述水平层保温材料（3）的埋设深度为地表以下0.0m~2.0m，范围为3~5m×3~5m，且沿所述塔基基础（1）的桩体水平向外延伸2~5m。

6.如权利要求1所述的增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构，其特征在于：所述土层（4）的厚度为0.5m~1.5m，范围为5m×5m，坡度为1:5~1:20，其密实度为0.5~1.0。

7.如权利要求1所述的增强输电线路塔基冻土基础稳定性的结构，其特征在于：所述隔水膜（5）距离所述土层（4）表面以下0.10~50cm，其坡度为1:5~1:20。