季冻区路基冻胀影响因素分析及防治措施研究

第４０卷第ｌ４期　・１６０・　２　０　１　４年５月　山　西　建　筑　

ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣ　ＩｌＵＲＥ　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．１４　

Ｍａｖ．　２０１４　

・道路・铁路・　文章编号：１００９－６８２５　Ｉ　２０１４）１４—０１６０—０３　

季冻区路基冻胀影响因素分析及防治措施研究　

程培峰林宏　（东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨１５００４０）　摘要：对哈尔滨市路基病害类型进行了调查分析，在此基础上对路基粘土进行了不同条件下的闭式冻胀模拟试验，结果表明：在　闭式冻胀单因素条件下，高的含水率、压实度和低的冻结温度均有利于冻胀；排水系统设置、置换填土法和提高路面整体强度与刚　度的方法适合于季冻区路基冻胀病害防治。　关键词：季冻区，路基病害，冻胀，影响因素，防治措施　中图分类号：Ｕ４１６．１　文献标识码：Ａ　

０　引言　我国季节性冻土区占国土面积的５３．５％，主要分布在黑龙　江、吉林、辽宁、内蒙古、甘肃、宁夏、青海、新疆北部等地，覆盖范　围广，纬度越高地区的冻土层厚度越大…。一定深度内的路基土　在用户侧进行分组，将补偿设备分组装设于配电变压器３８０　Ｖ　侧、车间配电室等功率因数较低的地方，可提高用户功率因数，做　到无功就地平衡，减少配电变压器和配电网的损耗，稳定了用户　的电压，有效地保证了用户的电能质量。　４．３配电线路补偿方式　配电线路补偿是指将电容器等补偿设备装设在配电网的线　路杆塔上，配置容量一般不大。这种补偿方式需要详细地分析相　应的负荷情况以确定装设的电容器型号，存在不易配置保护、不　易控制、易受环境限制等缺点，具有成本低、回收快、方便管理的　优点，比较适合负荷重且功率因数低的线路。一般采用固定补偿　方式。　４．４随机补偿方式　在所有消耗无功功率的设备中，异步电动机是消耗最多的。　故在大容量电动机上进行无功补偿是十分必要的。随机补偿方　式就是把低压电容器与电动机直接连接，并通过控制装置与保护　控制使电容器与电机同步投切。可减少电压损失，改善设备启动　条件，提升电能质量。接线图如图１所示。　４．５随器补偿方式　变压器空载时的无功损耗是不可忽视的，随器补偿方式就是　把低压电容器接在变压器的二次侧来补偿无功。该补偿方式存　在成本高、装设地点分散的缺点，具有接线简单、方便维护、使空　载时无功就地平衡、提高变压器利用率的优点。容量在５０　ｋＶＡ　以下的变压器采用固定补偿方式。接线图如图２所示。　的温度随着冬季大气温度的降低而降低，当土层温度达到０℃以　下时，土体中水分会随之冻结从而形成冻土。目前，国内外对于多　年冻土研究较多，而对于季节性冻土研究相对较少。在季节性冻　土区，路基随着季节的变化反复出现冻胀融沉现象及引发各种道　

图１随机补偿接线图　５结语　

Ｔ　Ｔ　Ｔ　图２随器补偿接线图　

无功补偿技术在日常生活中的应用已经日益普及，已经得到　越来越多的重视。技术人员应加大研发力度，使无功补偿技术在　电网中的作用得到充分发挥。　参考文献：　［１］　李颖峰．低压配电网无功补偿方式及优化研究［Ｊ］．电气应　用，２００８，２７（１９）：５３－５５．　［２］柳宏伟．无功补偿技术在电气自动化中的应用［Ｊ］．黑龙江　科技信息，２０１０（２４）：２７．　［３］　薛世华．浅析电力系统低压电网无功补偿的问题［Ｊ］．机电　信息，２００９（３６）：１９９－２Ｏ０．　［４］夏祖华，沈　斐，胡爱军，等．动态无功补偿技术应用综述　［Ｊ］．电力设备，２００４，５（１０）：２７—３１．　［５］任丕德，刘发友，周胜军．动态无功补偿技术的应用现状　［Ｊ］．电网技术，２００５，２８（２３）：８ｌ－８３．　

Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ＦＡＮ　Ｇｕａｎ－ｒａｉｎ　（Ｙｕｎｃｈｅｎｇ０４４００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ａｃｔｕａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ　ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｓｈｏｕｌｄ　ｆｏｌｌｏｗ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ　ｓｈｏｕｌｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐ—　ｍｅｒｉｔ　ｅｆｆｏｒｔｓ，ｇａｖｅ　ｆｕｌｌ　ｐｌａｙ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｏｌｅ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　

收稿日期：２０１４—０３—０１　作者简介：程培峰（１９６３一），男，博士，教授；林宏（１９９０一），女，在读硕士　爹　ｏ１　荤　膂　程培峰等：季冻区路基冻胀影响因素分析及防治措施研究　・１６１・　路病害，导致路基高低不平，严重影响行车安全　。　近年来，随着对冻胀机理的不断分析研究，发现路基土冻胀　是温度、水分、土质这三方面因素共同作用的结果，它们既是引起　冻胀的前提条件，又起到关键的影响…。本文首先对哈尔滨市区　道路冻害进行相关调查并对取自哈尔滨市的路基粘土进行闭式　冻胀试验，系统研究冻胀率的变化规律，并提出防治冻害的一系　列措施，希望对季冻区路基土体冻胀研究工作有所帮助，并为提　高我国季冻区道路工程建设质量和使用性能提供理论参考。　１　调查　哈尔滨市是典型的季节性冻土区，在冻害特征体现最显著的　３月末～４月初，对哈尔滨市区内的和兴路、学府路、尚志大街　３条主干路和新伟街等２条次干路进行了冻害调查，分析了季冻　区路基的主要冻害类型。　１）冻胀、翻浆。　冻胀是由于夏秋地面水下渗或下水位升高的基础上，在冬季　负气温的作用下，发生水分迁移，使路基上层水分增多，并冻结成　冰而形成，由于土中水的冻结和冰体（特别是凸镜状冰体）的增长　而引起土体膨胀，地表不均匀隆起的现象，使地面发生变形。到　了春季冻土表层首先融化，而下部没化通，融化的土壤水渗不下　去，上部土体饱水而呈稀释状态，在外力作用下（通车），造成道路　翻浆毁坏，而无法通车，甚至造成车毁人伤。　２）融沉。　融沉是冻土融化时发生的下沉现象。一种是与外荷载无关　的融化沉降，另一种是与外荷载直接有关的压密沉降　ｊ。冬季路　基土冻胀，夏季融化导致路基沉陷变形，每年周而复始地进行，对　路基的稳定性会产生不利的影响。　３）路基强度衰减。　．　路基土在反复冻融循环以后，承载力会有所降低，其强度主　要取决于气候条件、水文地质条件的差异和所采取的排水、抗冻　措施的不同。路基强度的下降，严重影响道路的使用寿命。　２冻胀试验概况　为了有效研究路基土体冻胀病害，需要进行相应的闭式单因　素冻胀试验，研究土体冻胀率随冻结温度、含水率、压实度三个因　素的变化规律。试验用土为哈尔滨市区的路基粘土，其物理力学　指标见表１。　表１　土料基本物理力学指标　最大干密度７　最佳含水率　塑限∞　液限ｔｏ　塑性指数　ｇ／ｃｍ　ｏ，％　％　％　ｌ　Ｐ　土料名称　

１．８７　１５．０　２０．８　３４．０　１３．２　粉质粘土　文献［４］认为土的起始冻胀含水率接近塑限，但不超过塑限，　考虑到当土中含水率超过塑限值越高时，即含水率过大不利于制　样，所以选取２０％，２１％，２３％这三个含水率水平；参照路基施工　技术规范，选定８８％，９０％和９５％三个压实度水平；路基土的起始　冻结温度在一１℃一０。ｃ之间　Ｊ，一般路基土冻结过程中的最低温　度为一１８．９　１４］，因此冻胀试验选取一６℃，一ｌＯ℃和一１９℃三　个温度水平。　将风干土过２　ｍｍ筛后，用静压法按预定的含水率和压实度　制备直径１００　ｍｍ、高１００　ｍｍ的标准体积圆柱形试件。制备前，　先测定其风干含水率，估算所需风干土料质量，通过所选含水率　计算用水量，将称量好的土与水搅拌均匀后装入塑料袋，密封闷　料一夜备用。按式（１）计算一个试件用土量：　ｍ０＝ｙｏ・Ｖ・Ａ・（１＋　）　（１）　其中，ｍ。为试件需土料质量，ｇ；Ｔ。为最大干密度，ｇ／ｏｍ　；Ｖ为　

标准试件体积，ｃｍ　；Ａ为压实度，％；　为含水率，％。　制备试件完成后密封６　ｈ，以保证含水率，并静置放置防止由　于试件变形影响试验结果。调节低温试验柜温度，将试件放入，　冻结１６　ｈ～２０　ｈ，量测并记录试件冻胀量，试验数据采用精度为　０．Ｏ１　ｍｍ的百分表进行量测。　表２为试验所测得的冻胀量换算为冻胀率的试验结果，从中　可以看出，当含水率较小，冻结温度较高、压实度较低时冻胀率会　出现负值，即发生冻缩现象。这种现象产生的原因在于当含水率　小、压实度较低时，土体颗粒排列较为疏松，而高的冻结温度使孔　隙水产生少量冰晶不足以填充土颗粒间较大的空隙，因此，当温　度刚降低时，路基土体表现为冻缩，冻胀率为负值。　表２不同冻结温度、含水率、压实度下冻胀率　％　含水ｉ噩／％　压实度／％　温度／℃　２０　２ｌ　２３　

—６　—０．１９　ｏ．０７　０．５５　８８　一Ｉ２　—０．０３　０．１３　０．８ｌ　

—ｌ９　ｏ．１４　０．３５　１．２８　—６　０．０２　０．６　１．５３　９０　一ｌ２　０．１８　Ｏ．８８　１．９６　

—１９　Ｏ．３５　１．２１　２．１２　—６　ｏ．２４　１．２９　２．４１　９５　—１２　Ｏ．７　１．４８　２．６３　

—１９　０．８５　１．５６　２．８５　

３试验结果与分析　整理后得出冻胀率随三种因素的变化曲线如图１一图３所　示，再结合表２中数据进行冻胀单因素分析。　

２．　———————　＊＾＝９Ａ－．８ｏ８％％，，￣∞ｏ＿２＝２０ｏ％％　＝＝＝　Ａ＝９５％　，ｔｏ＝２０萎　

０．　５　￣——　－－，Ｉ　Ａ＝９５％，ｏ蠹Ｊ＝２１　

－０．　——————＿　■—————　９　温度／Ｘ：　图１冻胀率与温度关系图　

萋囊　

蔷　含水率，％　图２冻胀率与含水率关系图