【摘要】：在多年凍土地基上建造電力輸電桿塔,最大的難題就是如何解決電力桿塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性問題。在全球氣候變暖的大背景下,多年凍土融化層逐年加厚,凍土上限下移。由于電力桿塔基礎(chǔ)一般埋深較淺,活動(dòng)層在寒季凍結(jié)時(shí)對桿塔基礎(chǔ)產(chǎn)生的凍拔力,經(jīng)過幾個(gè)或長期凍融循環(huán)后,地基土與桿塔基礎(chǔ)相互作用,產(chǎn)生凍拔現(xiàn)象,造成輸電桿(塔)變形或傾覆,甚至?xí)够A(chǔ)被拔出而破壞。為準(zhǔn)確的計(jì)算熱棒應(yīng)用于輸電塔樁基礎(chǔ)的長期降溫效果、樁頂凍拔位移及樁身切向凍脹力(凍結(jié)力)的分布規(guī)律,本文以青藏高原望昆~不凍泉段電力桿塔熱棒樁基礎(chǔ)、普通樁基礎(chǔ)(無熱棒樁基礎(chǔ))的現(xiàn)場試驗(yàn)為背景,主要進(jìn)行以下研究:(1)現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,得到電力桿塔熱棒樁基礎(chǔ)、普通樁基礎(chǔ)在2004年及2005年的實(shí)測溫度場和樁基凍拔量。實(shí)測數(shù)據(jù)表明:2005年熱棒樁基地溫低于2004年的基礎(chǔ)地溫,不同深度處的平均地溫最大降幅為0.77℃;普通樁基礎(chǔ)不同深度處的平均地溫兩年大致相同或略有升高;與普通樁基相比熱棒樁基對地溫的降低和冷儲(chǔ)量的增加效果是明顯的,而且這種效果隨著時(shí)間的推移會(huì)越來越明顯。從樁頂位移可以看出,無論熱棒樁基礎(chǔ)還是普通樁基礎(chǔ),均有凍拔現(xiàn)象,但普通樁基的凍拔現(xiàn)象嚴(yán)重。(2)溫度場數(shù)值計(jì)算,基于凍土傳熱學(xué)相關(guān)知識,考慮全球氣候變暖、凍土相變、混凝土水化放熱、熱棒功率變化等因素,結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn),建立熱棒樁基的三維有限元模型,采用迭代的計(jì)算方法計(jì)算分析50 a內(nèi)熱棒功率和樁土體系溫度場。最初兩年內(nèi)的計(jì)算值與實(shí)測值吻合度較高,說明數(shù)值計(jì)算能較好的模擬此場地樁土體系溫度的動(dòng)態(tài)變化;在熱棒的全壽命周期30 a內(nèi),熱棒功率呈非連續(xù)波浪遞減式變化;熱棒樁基能有效增加冷儲(chǔ)量,降低土體地溫,縮短樁周土體回凍時(shí)間約34%,第5年樁周土體地溫降至最低,融化深度最小,第30年可提高凍土上限48 cm;建議在熱棒壽命結(jié)束后的第2年更換新的熱棒或進(jìn)行其他工程處理措施保持輸電塔基礎(chǔ)的熱穩(wěn)定。(3)熱力耦合數(shù)值計(jì)算,考慮凍土的相變、相對含冰率、凍脹率、泊松比等影響因素,建立樁土接觸單元,以溫度場計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ),計(jì)算了多年凍土地基電力桿塔熱棒樁基和普通樁基的樁頂凍拔位移、樁身切向凍脹力(凍結(jié)力)大小及分布規(guī)律。
【圖文】：

(e) (f)圖 1.1 凍土區(qū)工程建筑物的一些常見破壞形式在寒區(qū)工程建設(shè)中主要有兩大凍土災(zāi)害凍脹和融沉，圖 1.1 為凍土區(qū)工程建筑常見破壞形式[5-6]，其中圖(a)為某汽車站由于不均勻凍脹、融沉引起的裂縫，圖基的凍拔，圖(c)為涵洞的凍脹破壞，圖(d)為公路路面的凍脹隆起現(xiàn)象，圖(e)塘，，圖(f)為鐵路路基的不均勻沉降。目前在我國青藏高原凍土區(qū)，電力輸電線路桿塔基礎(chǔ)常采用直埋式基礎(chǔ)和鉆孔礎(chǔ)。由于太陽輻射的作用，多年凍土的上表層在暖季形成一定深度的融化層，寒季凍結(jié)時(shí)將會(huì)對桿塔基礎(chǔ)產(chǎn)生凍拔力。經(jīng)過幾個(gè)或長期凍融循環(huán)后，地基土礎(chǔ)的相互作用，產(chǎn)生凍拔現(xiàn)象，造成輸電桿(塔)變形甚至傾覆，作用在基礎(chǔ)側(cè)凍脹力甚至?xí)够A(chǔ)被拔出而破壞[12-14]，圖 1.2 為直埋式桿塔傾斜及拔出狀況換填直埋式基礎(chǔ)和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)經(jīng)過開挖后，破壞原有凍土環(huán)境和周圍植被有地表的熱收支平衡�；A(chǔ)回填后不能迅速回凍，地表水和凍土中的未凍水向遷徙，導(dǎo)致多年凍土的活動(dòng)層加厚，凍土上限下降，進(jìn)一步加快了凍土退化[15-藏高原多年凍土區(qū)，凍融交替影響下輸電線路桿塔基礎(chǔ)的凍拔病害越來越嚴(yán)重

形式[5-6]，其中圖(a)為某汽車站由于不均勻凍脹、融沉引起，圖(c)為涵洞的凍脹破壞，圖(d)為公路路面的凍脹隆起現(xiàn))為鐵路路基的不均勻沉降。國青藏高原凍土區(qū)，電力輸電線路桿塔基礎(chǔ)常采用直埋式基太陽輻射的作用，多年凍土的上表層在暖季形成一定深度的時(shí)將會(huì)對桿塔基礎(chǔ)產(chǎn)生凍拔力。經(jīng)過幾個(gè)或長期凍融循環(huán)后作用，產(chǎn)生凍拔現(xiàn)象，造成輸電桿(塔)變形甚至傾覆，作用至?xí)够A(chǔ)被拔出而破壞[12-14]，圖 1.2 為直埋式桿塔傾斜及式基礎(chǔ)和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)經(jīng)過開挖后，破壞原有凍土環(huán)境和熱收支平衡�；A(chǔ)回填后不能迅速回凍，地表水和凍土中的致多年凍土的活動(dòng)層加厚，凍土上限下降，進(jìn)一步加快了凍年凍土區(qū)，凍融交替影響下輸電線路桿塔基礎(chǔ)的凍拔病害越經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重威脅凍土區(qū)輸電網(wǎng)線的安全運(yùn)營。從以上我電線路桿塔基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)施工和運(yùn)營維修技術(shù)還需進(jìn)一步
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM75;TU473.1

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7 胡南;紫緣橋要建設(shè)成為優(yōu)質(zhì)和廉潔工程[N];常德日報(bào);2007年

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