冻土线路地基与基础处理方案.doc

呼伦贝尔－辽宁 500kV 直流线路工程设计投标文件 冻土地区铁塔基础与处理１内 容 提 要输电线路经过冻土地区，进行详细的地质调查和收资，掌握沿线冻土性质、融沉等级、地温分布、水文地质情况、季节冻结层的冻涨等级是关键季节性冻土地段,存在于本工程河谷、河漫滩、地下水埋藏较浅的地段,最大冻结深度范围内的粉土、粘性土及粉砂具有冻涨性，冻涨级别为冻涨-强冻涨本专题结合呼伦贝尔地区季节性冻土地段的特点和我院在同类地基上基础防冻设计的经验，对季节性冻土地区基础型式及地基处理方案进行了分析研究，在冻涨土地基选择了梯形斜面基础，在强冻涨且地下水位很浅的跨河及沼泽地段，浅基础无法施工的塔基，选择了钻孔灌注桩基础多年冻土地段，根据呼伦贝尔地区多年冻土的类型、埋藏深度、融沉等级，提出了地基与基础的处理方案，在弱融沉的多冰冻土地基，采用了施工运行期允许融化的设计原则，推荐采用了梯形斜面基础，地基基底进行了清除多冰冻土的措施，防止地下冰融化导致的基础下沉。

在属融沉等级的富冰冻土地基，采用保持地基冻结状态的设计原则，利用冻结状态的多年冻土作地基，选择了钻孔灌注桩基础呼伦贝尔－辽宁 500kV 直流线路工程设计投标文件 冻土地区铁塔基础与处理２目 录1 呼伦贝尔段冻土分布及特点…………………………………………………12 季节性冻土地区线路地基与基础设计…………………22.1 冻涨对送变电工程造成的危害…………………………………………… 22.2 季节性冻土地区线路地基与基础设计的主要原则…………………42.3 季节性冻土地区线路地基与基础通常采取的处理措施………………42.4 季节性冻土地段地基与基础处理方案………………………52.5 季节性冻土地段地基与基础处理方案的选择……………………83 多年冻土地区线路地基与基础设计 ………………… ………… 93.1 多年冻土融沉对送电线路造成的危害………………… …………103.2 多年冻土地区线路地基与基础设计的主要原则…………… …………113.3 多年冻土的融沉性分析 ……… ……… …… …… …… … ……113.4 多年冻土地区线路地基与基础设计方案 …… ………… … ……153.5 多年冻土地区线路地基与基础设计方案的选择 …………………… …154 结论性意见………………………………………………………………16呼伦贝尔－辽宁 500kV 直流线路工程设计投标文件 冻土地区铁塔基础与处理３1 呼伦贝尔段冻土分布及特点本工程线路穿行于呼伦贝尔市的鄂温克旗、新巴尔虎左旗，穿越大兴安岭，属严寒地区。

河谷、河漫滩及地下水埋藏较浅地段范围内的粉土、粘性土以及粉砂均具冻胀性，级别为冻胀～强冻胀,最大冻结深度 3.12m，属季节性冻土在上述区域的局部地段存在多年冻土，多年冻土主要分布于惠腾高勒河谷滩地及哈拉哈河谷滩地、阶地，长度约 5.6km其次零星分布于背阴山坡处属于高纬度多年冻土，呈岛状分布，整体及层状构造，类型主要为多冰和富冰冻土， 冻土一般厚度在 1～5m,上界为 3～6m，下界为4～10m根据我院调查资料，该冻土层融沉类别为弱融沉～融沉多年冻土是冻结状态持续多年而不融的冻土,多年冻土常存在于地面下的一定深度，其上部接近地表部分，往往亦受季节性影响，冬冻夏融，此冬冻夏融的部分常称为季节冻融层因此,多年冻土地区常伴有季节性冻结现象根据国家电网公司《±500kv 呼伦贝尔- 辽宁直流送电线路工程(呼伦贝尔段) 设计招标文件》的有关要求，针对线路所经地区冻土地段的地形、地质、水文、施工条件、塔位分散等特点，借鉴建筑部门在冻土地区进行工程建设的经验，充分认识沿线冻土的类型、危害程度，掌握其发生、发展的科学规律通过对沿线冻土工程地质条件及冻土地基的调查，采取合理的处理措施和方法本专题针对季节性冻土、多年冻土两类不同类型冻土的特点，进行地呼伦贝尔－辽宁 500kV 直流线路工程设计投标文件 冻土地区铁塔基础与处理４基与基础的设计分析研究，选择合理的基础方案及处理措施,确保线路的可靠运行。

2 季节性冻土地段地基与基础的设计2.1 冻涨对送变电工程造成的危害本工程地处高寒地区,送电线路冻土地区地基与基础的防冻涨处理是至关重要的,设计中务必给予足够重视在呼伦贝尔冻土地区输变电工程多次发生建、构筑物的冻涨破坏，均属基础设计及施工不当造成冻涨对送变电工程造成的危害主要案例如下所述：呼伦贝尔的根河市处于大兴安岭地区，110kv 变电站于 2003 年建成投产2005 年主建物及设备支架，因冻涨导致墙体开裂、设备支架倾斜，严重影响了变电站的正常运行经对本次冻害的调查分析表明，在基础设计中，虽然考虑了将基础埋置深度埋在了标准冻结深度之下，但是没有采取消除切向冻涨力的措施，是导致这次冻涨事故发生的主要原因 （见图一）图一呼伦贝尔－辽宁 500kV 直流线路工程设计投标文件 冻土地区铁塔基础与处理５海拉尔至牙克石 220kv 送电线路工程于 1997 年 12 月建成投产，2003年位于东大泡子附近的 N29 号塔灌注桩基础因冻涨导致桩顶倾斜、联梁与桩身连结处开裂、铁塔倾斜，线路不能正常运行，N29 号塔灌注桩基础不得不向大号侧移位后重新施工，给生产运行造成了损失。

经对本次冻害的调查分析表明，基础入土深度满足正常设计荷载和克服切向冻涨力验算所需的设计深度，该线路在东大泡子附近的其它 4 基相同塔型、相同地质条件、相同埋深的灌注桩基础运行正常，均未发生此类冻害事故的发生这次 N29 号塔灌注桩基础冻涨事故发生的主要原因，是该灌注桩基础施工时桩身在冻结深度范围内的部分出现约 2.0m 扩大头, 导致在法向冻涨力作用下，造成桩向上拱起(见图二)、倾斜开裂、不能使用2003 年，N29 号塔灌注桩基础在移位按原设计图纸重新施工后，运行至今状态良好，均未再次发生此类冻害事故的发生实践证明，在强冻涨地段灌注桩基础的施工，保证冻深范围内桩身光滑、不出现扩大头现象，是灌注桩基础稳定的首要条件之一，应引起施工单位的高度重视图二呼伦贝尔－辽宁 500kV 直流线路工程设计投标文件 冻土地区铁塔基础与处理６伊图里河至阿里河 66kV 线路穿行于呼伦贝尔市范围内的大兴安岭地区，该线路工程于 1976 年建成投产。

在强冻涨的沼泽地及山凹地下水位较高地区，在冻融循环的反复作用下，杆塔倾斜严重，基础向上拱起(见图三)， 铁塔主材弯曲 ，严重影响线路的正常运行（见图四） 图三图四导致这次冻涨事故发生的主要原因是按旧的《送电线路基础设计规程》呼伦贝尔－辽宁 500kV 直流线路工程设计投标文件 冻土地区铁塔基础与处理７中规定，对于碎石、卵石、中粗砂，不论天然含水量大小，均属不冻涨的因此，没有对该类地基土采取抗冻涨措施，造成此类冻害事故的发生经过对以往工程冻害的调查分析证明，今后的工程应严格按照现行的《架空送电线路基础设计技术规定》 （DL/T5219-2005）的规定，根据不同的工程地质条件及各类土的天然含水量，进行地基土冻涨类别划分，采取相应措施，消减冻涨力和进行基础极限抗冻拔稳定验算，确保不再发生此类冻害事故2.2 季节性冻土地区线路地基与基础设计的主要原则冻土地区线路基础设计的关键决定于冻土地基的特性，铁塔基础设计时，首先要判明冻土地基存在的可能，当存在冻土地基时，基础的埋置深度应大于地基土的标准冻结深度。

按《架空送电线路基础设计技术规定》 （DL/T5219-2005）附录 C3 的要求，划分地基土冻涨类别(见下表)，根据不同的工程地质条件，采取相应措施，消减冻涨力和进行基础极限抗冻拔稳定验算地基土的冻涨性分类土的名称 天然含水量 w%冻结期间地下水位低于冻结的最小距离m冻胀性类别＞1.0 不冻胀W≤12≤1.0＞1.0 弱冻胀12＜W≤ 18≤1.0＞0.5 冻胀碎（卵）石，砾，粗、中砂（粒经小于0.075mm 的颗粒含量大于 15%） ，细纱（粒经小于 0.075mm的颗粒含量大于 10%W＞18≤0.5 强冻胀＞1.0 不冻胀粉砂W≤14 ≤1.0 弱冻胀呼伦贝尔－辽宁 500kV 直流线路工程设计投标文件 冻土地区铁塔基础与处理８＞1.014＜W≤ 19≤1.0＞1.0 冻胀19＜W≤ 23≤1.0 强冻胀W≥23 不考虑 特强冻胀＞1.5 不冻胀W≤19 ≤1.5＞1.5 弱冻胀19＜W≤ 22≤1.5＞1.5 冻胀22＜W≤ 26≤1.5＞1.5 强冻胀26＜W≤ 30≤1.5粉土W＞30 不考虑 特强冻胀＞2.0 不冻胀W≤Wp+2 ≤2.0＞2.0 弱冻胀Wp+2＜W≤ Wp+5≤2.0＞2.0 冻胀Wp+5＜W≤ Wp+9≤2.0＞2.0 强冻胀Wp+9＜W≤ Wp+15≤2.0粘性土W＞Wp+15 不考虑 特强冻胀注 1: Wp—塑限含水量，%。

注 2: W—在冻土层内冻前天然含水量的平均值注 3:塑性指数大于 22 时，冻胀性降一级注 4:粒经小于 0.005mm 的颗粒含量大于 60%时为不冻胀土注 5:碎石类土当充填物大于全部质量的 40%时，其冻胀性按充填物土的类别判定注 6:碎石土、砾砂、粗砂（粒经小于 0.075mm 的颗粒含量不大于 15%） 、细砂（粒经小于 0.075mm 的颗粒含量不大于 10%均按不冻胀考虑基础极限抗冻拔稳定验算，冬季最大风速资料应在工程初步设计中确定，当无资料时可取正常最大设计风荷载的 60％，或根据工程设计经验确定季节性冻土地区基底持力层不允许残留冻土，如发现基底受冻应在基础浇制前予以清除，并铺设垫层，保证地基土稳定在季节性冻土地区除考虑常规设计内容外，尚应验算在切向冻涨力作呼伦贝尔－辽宁 500kV 直流线路工程设计投标文件 。