多年冻土区构筑物桩基的热稳定性是影响构筑物安全运营的核心因素。针对电力塔基的施工过程水化热对冻土的扰动进而降低桩基承载力的问题，通过对钻孔灌注桩桩周地温进行监测，分析桩基运营过程中不同位置温度变化规律。研究结果表明，热棒对桩周冻土回冻时间影响明显，约为未设置热棒桩基的60%～70%；热棒可以增加地基冷储量，抬升冻土上限，有效保护冻土以增强地基承载力。
多年冻土区输电线路塔基基础附近活动层厚度和地下冰变化与基础稳定性密切相关，塔基施工的热扰动和混凝土基础的热效应使得基础周围冻土易发生退化，不利于基础的稳定。高密度电法是冻土工程环境研究中常用的地球物理方法，其探测结果的可靠性和分辨能力受数据采集方式、目标体地电结构影响。为减小对输电线路塔基附近冻土特征识别的不确定性，通过建立基础周围多年冻土地电模型的正反演模拟，发现活动层处于融化状态时各种装置方式数据采集均能较好地反映活动层厚度的起伏，但由于冻融锋面附近显著的电阻率差异，难以识别多年冻土层内的地下冰空间分布特征。而活动层处于冻结状态时进行探测能显著提高对多年冻土层内的地下冰空间分布特征识别精度，其中偶极-偶极装置可较好地识别高、低含冰量区域的发育位置和形态特征。在青藏直流输电线路塔基基础附近冻土探测中证实了方法的有效性，探测结果揭示了施工过程和基础热效应导致的塔基基础附近的地下冰退化。以上研究表明，通过正反演模拟，根据具体探测目标选择合适的探测时机和数据采集方式，能显著提高高密度电法探测结果的有效性和精度。
根据青海省冻土的特点,首次提出输电线路铁塔基础在冻土地区采用钢管混凝土基础的可行性。从理论上分析了其抗冻的受力机理,体现了其技术先进适用、经济合理、资源节约、环境友好的特点。
针对冻土环境、自然环境和区域环境的不确定性和复杂性,采用模糊数学方法从冻土环境、工程环境、自然环境及区域环境4个方面,建立多年冻土区输电线路塔基稳定性模糊综合评判模型。并确定各因素等级的标准和权重。以青藏直流输电线路的5种典型工况为例进行冻土塔基稳性综合评价。结果表明,工程环境对塔基稳定性贡献最大,基础类型及工程措施是塔基稳定性的主要控制因素,模糊数学综合评价法可以对青藏直流输电线路的塔基稳定性进行可靠评价。
随着我国经济的发展和国民生存范围的不断扩大,越来越多的多年冻土地区需要进行相关的工程建设,其中输电线路在多年冻土地区的建设中面临着冻土退化等诸多问题,这些问题导致输电线路塔基的基础沉降变形现象变得尤为突出,因此需要对建成后的塔基进行长时间连续的沉降变形观测,保证塔基的安全运营。
分析了输电线路塔基现浇基础水化热对塔基稳定性可能造成的不良影响,介绍了水化热消散相关理论以及对我国青藏高原多年冻土区最为适用的理论模型,并对水化热消散过程的主要影响因素进行了分析。
热棒失效会对塔基基础周围地温场产生不良影响,导致地基降温幅度下降,引起塔基地温场的不对称性。若该现象发生在地基土含水率较高的区域,则有可能引起塔腿之间差异变形增大,降低塔基稳定性。因此,为了确保工程的长期稳定,应每隔数年定期对输电线路塔基热棒进行检测,及时对存在失效热棒的塔基采取相应的补强措施。
为了弄清冻土季节性冻融循环过程对输电线路塔基极限承载力的影响,文章以黑龙江省典型季节性冻土为例,研究了土体含水量和冻融循环引起土壤的变化情况,采用极限平衡法计算分析了输电线路塔基的极限抗拔承载力。结果显示:(1)土壤黏聚力和内摩擦角整体随土壤含水量的呈线性下降趋势,但是内摩擦角下降率略低于黏聚力;(2)随着冻融循环次数的增加,土壤黏聚力和内摩擦角呈反饱和下降态势;(3)杆塔基础的极限承载力随着冻融循环次数、含水量的增加而直接下降。研究成果为冻土区域输电线路设计与运行提供技术支撑。
青藏铁路建设中输电塔穿越多年冻土地区,最大的难题是解决输电塔桩基的长期热稳定性问题。为研究热棒应用于输电塔桩基的长期降温效果,基于冻土传热学相关知识,考虑全球气候变暖、冻土相变、混凝土水化放热、热棒功率变化等因素,结合青藏铁路望昆—不冻泉段电力塔热棒桩基的现场试验,建立热棒桩基的三维有限元模型。计算分析50 a内热棒功率和桩土体系温度场。计算结果表明:最初2 a内的计算值与实测值吻合度较高,说明数值计算能较好的模拟此场地桩土体系温度的动态变化;在热棒的全寿命周期30 a内,热棒功率呈非连续波浪递减式变化;热棒桩基能有效增加冷储量,降低土体地温,第5年桩周土体地温降至最低,融化深度最小,第30年可提高冻土上限48cm;建议在热棒寿命结束后的第2年更换新的热棒或进行其他工程处理措施保持输电塔基础的热稳定。
我国高纬度多年冻土区主要为岛状多年冻土,主要分布在我国东北的大小兴安岭地区,其中根河作为中国冷极,具有明显的代表特性。通过对根河区内几条主要电力线路的调研发现,电力杆塔基础存在冻拔、融沉、倾斜以及冻裂等严重的冻害问题。针对以上问题进行分析,结果表明,其冻害产生的关键是由高含水率、高有机质含量粉黏土、泥炭土和腐殖质土在较大变温模式和水分补给下的复杂冻融特性与杆塔发生相互作用所导致。并针对冻害问题提出合理的冻害防治措施,对解决以根河为代表的我国高纬度多年冻土区电力杆塔基础冻害问题具有重要的意义。