摘要：变电站工程施工投资大，其对技术的要求较高，且土建工程基础施工是为输变电设备服务的，因此必须加强安全管理。变电站土建工程基础施工是整个变电站工程的基础，关系到整个工程的运行和使用，但变电站工程施工面临的条件十分复杂，在对其进行基础施工时应结合工程施工特点，根据当地水文地质调查资料采取合理的土建工程施工方案，同时做好安全管理。冻土地区的变电站的建设，需考虑冻胀的危害，本文从冻胀作用的形成机理方面，研究了冻胀作用的影响因素，并提出了防治冻土冻胀的措施。
关键词：变电站土建基础；冻胀作用；防治
引言
冻土与其他类型土的最大区别在于其中有冰的存在。冻土地区地基基础设计时应考虑冻土的冻胀性和融沉性。近年来我国在寒冷地区的工程建设活动越来越多，特别是公路、铁路及输电线路等逐渐涉足高寒冻土地区，在寒冷地区进行工程建设时就会面临冻胀问题的困扰。冻胀是造成工程建筑变形以致破坏的主要原因，变电站建设必须考虑冻土的冻胀危害，对冻胀作用及其与工程建筑物有一定的了解，并采取必要的防治措施，以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性、耐久性及经济合理性。
1变电站土建基础概述
变电站工程中对其地基的处理，主要是在工程中针对不同性质的原地基情况，如膨胀土、软土、湿陷性黄土及岩溶等特殊地质情况，采用不同的地质处理方法，最终保证地基的强度，提高土质的稳定性，进而减少不均匀沉降的发生，有效提高地基的承载力，可以更好地预防地基产生过大剪切变形，杜绝大面积土体滑动。另外，地基处理可以提高地基的抗剪强度，进而改善土的压缩性，减少地基出现变形的概率，最终还可以改善土的动力特性，减轻或降低地震效应，防止砂土液化，更好地解决岩溶地区的溶沟、溶洞等有害问题。
随着我国经济水平的快速发展，电力建设工程遍布全国各地，在冻土地区也不例外。在冻土地区开展变电站施工，需要考虑冻土的冻胀特性，当冻土区的温度低于土体的冻结温度时，湿土中的水分会向冻结区移动，并用冰填充土粒间隙，当土体中的水冻结成冰时，体积一般会增加9%，当土体中水的体积膨胀足以引起土粒间的相对位移时，土体的冻胀会诱发。粗粒土由于容易排水，不易产生冻胀，随着土粒尺寸的减小，冻胀逐渐增大。冻胀严重的原因是冻土中的未冻水不断迁移和积累，当负温度持续存在且有充足的水源和迁移通道时，冻胀更加严重。因此，本文中，主要针对冻土地区变电站基础冻胀病害展开概述，探讨其病害机理以及相应防治措施。
2冻胀原因
冻胀的最大原因高海拔、高纬度严寒地区的低气温，土体中的含水量以及矿物骨架的作用力及上覆荷载。土体中水分以固、液、气态形式不断向表面移动并最终聚集，是地基产生冻胀的主要原因。发生地基冻害需要同时满足三个条件：（1）气温降到负温，即低到足够产生冰晶体，土体中的水分因而结冰膨胀。（2）地基内含水量较高，且土体中有充足的水分补给，从而达到冻胀的条件。（3）土体为冻胀土，即土体中的水分要发生冻胀的承担体，随温度降低水分凝结土体冻胀，宏观意义上增加了承载体的体积。
3冻胀产生机理
季冻土地基土属于非饱和土，土中发生迁移并产生冻结的主要是液态水，液态水有毛细水、重力水、结合水等。当气温降低时，重力水和毛细水先冻结，结合水不冻结。在土水势梯度下，结合水从水膜厚处向薄处迁移，为了保持结合水迁移后土颗粒水膜吸压力的平衡，地基未冻土中的水分向结合水迁移后的位置运动，从而形成向冻结面运动的水分流。在水源补给充足时，水分不断迁移致使地基上部生成体积较大的冰土层，导致地基冻胀，基顶凹凸不平，从而诱发地面拱胀或开裂。
4影响冻胀量的因素
（1）土质：地基填料的分散性可用其粒径和级配综合表征。填料分散性是影响地基冻结时水分迁移量及冻胀程度的基本因素之一。填料的分散性越高，水分向冻结锋面迁移量越大、冻胀强度越大
（2）水分：地基是否产生冻胀，与其填料中的含水率大小密切相关。只有当填料的含水率大于或等于起始冻胀含水量W0后路基才会产生冻胀
（3）温度：负温是地基冻结的充分条件。此外，温度变化速率也影响地基填料的冻结时间和冻胀量。当温度下降速率快、大气温度低时，地基填料快速冻结，内部水分无明显迁移过程，地基冻胀量小;当温度下降速率慢、幅度小时，地基填料冻结较慢，内部水分不断地向冰土层迁移聚集，地基冻胀量较大
（4）密度：土体冻胀的最不利干密度是指在孔隙水未饱和的三相体系中，冻胀强度与土密度变化成正比，冻胀强度达到最大时候的土体密度。
（5）附加荷载：基顶附加荷载在路基冻胀过程中有显著的抑制作用。地基填料在附加荷载的作用下压缩固结、密实度增大、孔隙率减小，从而影响水分迁移速率，限制了未冻水向冰土层的运动积聚，减小地基冻胀强度。
（6）覆盖：白色的雪盖增加了地表的反射率，而雪本身的导热系数较低，起到隔热层的作用阻止了冬季土热量的散发，起到了保温的作用。
5加强变电站土建基础冻胀病害防治措施
以西藏某35kV变电站工程为例，地下水位仅为1.5m，变化幅度较大，容易造成严重冻胀。冻土的融沉，即无外荷载作用的冻土沉降，称为融沉，外荷载作用下的压缩变形称为融压。作为建、构筑物地基的冻土，根据持续时间可分为多年冻土与季节冻土。
冻土地区建、构筑物的地基基础设计应保证建、构筑物基础施工和使用过程中满足强度和稳定性要求，即不发生地基冻胀或融沉对基础产生破坏。
（1）改良土质法。主要包括换填法与强夯法两种。换填法是指挖除粉粒含量高的土并用较纯净的砂砾换填，以减小冻胀破坏的方法;强夯法主要是通过改变土颗粒间的接触条件，从而切断土中毛细管之间的联系或减薄土颗粒外围未冻水膜的厚度。有学者于1979年提出了采用砂砾石来对粘性土进行换填的指导原则，为之后研究及工程施工指明了方向;后有学者经研究提出在冻土地区的高级和次高级路面，针对可能发生冻胀的地段应该确保其路面总厚度大于或等于防冻最小总厚度，对于不满足这一要求的部分应利用防冻性能较好的土质进行置换;在实施土质换填施工时，对于换填材料必须谨慎选择，在季节冻土区换填材料不仅要达到相应的压实要求及承载能力要求，更要达到抗冻的指标。
（2）保温法。此法是预防和处理冻胀问题的有效方法之一，综合考虑防冻胀效果及经济成本，该法是较为可行的一种冻胀控制措施，因此已经被广泛应用于冻土地区公路、铁路、建筑工程等人类工程建设施工之中。从地基保温、设置防冻层等几个方面考虑，得到了季节冻土地区修筑地基的一般设计原则和方法;通过对地基表面的冻融变形进行监测，对EPS保温板的抗冻害特征进行了定性分析。
（3）控制水分法。是指通过防堵截排等方式减弱或阻断土体内水分的迁移流动。有学者在酒泉地区有可能发生冻胀的地段对路基采取了土工膜隔离的处理措施，实践结果证明该法能够有效防止路基冻胀现象的发生。土工膜的性质对隔离水分的效果起到至关重要的作用，当温度降低时其各项理化指标都会有所降低。相关学者针对这一问题提出添加增塑剂来有效改善土工膜，并将土工织物与土工膜结合形成复合土工膜。
（4）做好基础选型。
季节冻土地区的基础选型应根据建筑物类型、上部结构特点、冻土地基条件综合确定，主要有以下类型：
第一，浅基础。冻土地区浅基础的设计应按《冻土地区建筑地基基础设计规范》附录C的规定进行冻胀力作用下基础的稳定性验算。
第二，桩基。季节冻土的桩基应进行桩基冻胀稳定性与桩身抗拔承载力验算。桩基可隔离上层建筑与冻土的直接接触,且能够穿过地表冻土深入设计冻深以下的土层中，是冻土区建筑较为广泛采用的基础选型。
第三，架空通风基础。该基础是将建筑物通过桩、柱抬升隔离地表，埋置通风管道或预设隔热垫层,使建筑物不能和地表直接接触，达到冻土地基不升高原始温度而得以维持其冻结状态。
（5）降低基底深度法。《冻土地区建筑地基基础设计规范》（JGJ118-2011）规定，对强冻胀性土、特强冻胀性土，基础的埋置深度宜大于设计冻深0.25m。
6结束语
综上所述，变电站对于整个电网系统的安全运行至关重要，因此在变电站土建工程施工中应做好详细的施工计划，采用合理的施工工艺和施工方法。本文主要针对冻土地区变电站基础建设中，地基冻胀机理、影响因素及防治措施展开概述，以供借鉴。
参考文献
[1] 阴琪翔 刘建秋 商文念.季节冻土区变电站结构在地基土中的冻胀分析[J].山 东工业技术，2016(12)
[2] 扈长龙 马玉龙.浅谈季冻区冻胀成因及防治[J].黑龙江科技信息，2010(18)
[3] 薛小刚 岑国平 王新忠等.粗粒土地基道面冻胀原因及防治措施[J].公路工程， 2017(08)
[4] 李丽娜 王小龙 曾立新.地基土的冻胀性分类方法探讨[J].内蒙古水利， 2016(07)
[5] 王锐.高纬度多年冻土区地基土冻胀特性研究[J].低温建筑技术，2015(10)
[6] 刘铁银.冻土工程特性及其冻土地基施工方法[J].黑龙江水利科技，2010(38)
作者简介：
王昆（1983-）男，汉族，中共党员，土木工程，工程师，主要从事高压输电线路结构专业工作。