15. 12 合适的回填土
使用精心设计的合适回填土， 可以显著增强散热， 提高地下电力电缆的载流量， 同时缓和土壤热稳定。 合适回填土应该能够分散原来流到自然土壤上的热流，保持自然土壤不再变干。 优质的回填土不仅能够很好地阻止土壤整体变干， 而且在变干后土壤的热阻系数也很小。 电缆沟典型情况下填埋的回填土至少高于电缆
300mm。 如果电缆沿线的自然土壤的热特性很差， 回填土就要多填厚一些， 减低整体的热阻系数。
一般来说， 业主信赖回填土供应商的材料能够满足热和机械特性的要求。 也有极少数的业主规定了严格的技术规范或者对敷设的回填土要求履行质量保证程序，特别是对热特性参数。 采用精心设计和认真施工的回填的花费要稍微高于使用没有筛选过的材料 （ 如自然土壤、 回填沙等） 进行回填的花费。 但是， 电缆载流量的提高是很重要的， 在整个寿命周期能够为业主带来相当大的收益。 通常， 把自然土
在电缆沟内回填合适的回填土能够减少热阻系数偏高的自然土壤的影响。 通过调整整个电缆沿线流体回填土 （ FTB） 的厚度来平衡自然土壤热阻系数的变动， 可以在电缆周围保持一个恒定的复合热阻系数。 当然， 在最优化设计时， 还要考虑其他因素， 比如， 电缆沟尺寸、 电缆间距、 直埋深度以及环境温度等。 通过电缆载流量程序很容易设计。
很重要的一点是， 填埋不合适的回填土的负面效果在电缆系统运行初期并不会显现， 原因是初期的电缆负载较低。 可是， 随着负载的上升， 温度就会升高到不可接受的水平。 移除和更换电缆回填土等补救措施的花费是巨大的， 特别是电缆路径上面已经成为人行道的情况。 除此之外， 重新启动系统的费用损失甚至更高。
通常， 自然土壤不适合作为回填土， 因为它的热特性差， 而且一旦挖掘出来就难以在电缆沟内有效填实。 自然状态时， 自然土壤也可能处于热稳定曲线上的好土壤区段。 但是， 如果自然土壤的成分不佳， 或者含水量不合适， 一旦挖掘出来就难以处理和再有效填实 （ 尤其是黏性土壤）， 这样的话自然土壤就会变成热稳定曲线上的差土壤。 此外， 表层土壤以及其他有机质土壤的污染都是很难避免的。 购入热特性好的合适回填土的费用， 不一定比使用周围自然土壤的花费贵多少。 长期来看， 在电缆周围使用合适的回填土带来的运行稳定性的好处会超过使用重新填实的自然土壤的可能的变化以及不确定。
15. 12. 1 颗粒压实回填土
多年以来， 人们使用容易敷设的不稳定沙作为回填土 （ 叫做回填沙）。 几乎所有的沙， 在含有水分时， 热阻系数都相当小。 但是回填材料的关键性能是在电缆热负载下部分或者全部变干时的热特性。 均质的填埋沙很容易变干， 而且干态热阻系数能超过 250℃ cm / W。
既然大部分的热传导发生在土壤的矿物质颗粒和接触物之间， 就必须使土壤压实紧密， 确保接触， 这样的话， 土壤的密度就比较大。 小颗粒能够填充到大颗粒的空隙中， 因此高性能的土壤更密实。 高性能的土壤通过筛选分析， 集中在一个很小的等级范围， 湿态热阻系数数值为 35 ～ 50℃ cm / W， 干态热阻系数数值为 90 ～ 120℃ cm / W。
给定土壤的热阻系数主要的影响因素就是土壤的含水量。 蓄水能力优异的土壤， 变干后也能快速吸水， 也是热特性好的土壤。 添加少量精炼过的颗粒 （ 例如淤泥、 粘土） 或者水泥可以增强这种能力。
一般说来， 高性能的沙及细砾， 去除有机质， 再加上少许精炼颗粒， 就能制造出理想热特性的回填土， 同时密度也比较大。 一些自然状态的沙混合后就是不错的选择， 但是成本不低。 还有大部分的碎石也满足需要， 但是碎石中的尖利碎片会在电缆敷设时损伤电缆。 关于回填土， 在实验室中对标准普氏压实试验、 含水量以及热失稳曲线的测试是确定样品热特性的关键参数。
添加粘合剂能够提高低等级土壤的热特性。 充分混合和紧密压实是提高热特性的关键。 添加少量的水泥 （ 约 2% ） 能提高颗粒状回填土的导热性能和稳定性。 此外， 还建议添加化学品、 石蜡以及乳液粘合剂。 加了上述添加剂， 尽管提高了热特性， 但是实际上是不实用的。 太昂贵、 难以运输以及对环境有害都是主要的缺点。实际上， 水泥是最具实际操作可能的添加剂。
有一个能够提高性能的因素经常被忽略， 那就是压实， 这需要在敷设现场进行。 如果出现了诸如回填的分级错误、 含水量不是最合适、 没有充分压实、 回填层太厚以及密度没有达到最大等状况， 那么回填土的热特性就要降级。 在电缆周围难以进行充分压实的区域， 这是很关键的。 因此， 恰恰在这些电缆的周围， 紧密压实是保证最大化地散热的最重要因素。
经过分级的颗粒状土壤比那些没有分级的即装即运的土壤要昂贵。 运输成本是发货成本的根本因素。 因此， 供货商应该尽可能靠近工程地点。 敷设费、 质量保证费用、 材料费和运输费就是最终成本。 与最终成本相比， 使用流体回填土 （ FTB）可能会便宜一些。
15. 12. 2 现场敷设
合适的回填土必须满足以下条件： 包括高效导热以及与路基材料相兼容 （ 机械支撑、 无沉降、 抗腐蚀、 抗冻胀）。 回填土的参数包括粒度分级以及干态密度。粒状回填土正确的敷设施工是确保满足上述条件的关键。
粒状回填土的密度在一个最优含水量是最大， 含水量增加或者减少， 密度都会减小。 实验室进行标准普氏压实试验 （ 见图 15- 10） 证实了这一点。 对特定材料，敷设施工的规范书要求施工后的密度通常达到普氏压实试验测试的最大干态密度的
95% 。 为了满足规范书要求的密度， 承包商必须采用合适的压实设备， 确保最优含水量、 薄层紧压以及在同一个区域设置多个通道。
如果采用厚层压实， 施工速度会提高， 但是在密实的表面下会留下低密度的填充层。 这也是为什么要在施工中严格检查的原因所在。 小型电缆沟用压路机， 土层不应超过 150 ～ 200mm。 靠近电缆处要特别小心， 确保回填土达到最大密度 （ 见图 15- 10）。 在施工到回填土的上层快到地面时， 可以厚层压实。
通常， 成堆存放的回填土含水量不是最优的。 一般说来， 回填土太干了， 在进行压实前， 应该在每层回填土混合或者喷洒水。 粒状非黏性土壤的最优含水量是 8% ～ 12% ， 这时候土壤看起来相当湿润。
一般采用的电缆沟压路机分为平板振动器、 振动棒和液压振动器。 振动型适合粒状土壤， 而压实型适合黏性土壤。 推荐采用小型的手持式振动器， 它可以方便地在狭窄的地方施工。 水力填充会产生隔离， 没有回填土的效果好。 打夯或者落锤施工不能采用， 它们很难控制， 可能会损伤电缆。
15. 12. 3 质量控制
一般有好几个合格回填土的供货商。 供货商选择材料主要依据以下指标： 基材
品级、 筛选分析、 标准普氏压实密度和热失稳曲线。 现场施工时， 要为每种回填土规定各自的最小密度 （ 或者最大热阻系数）。 现场必须要执行质量保证程序， 否则回填土就无法保证满足技术规范书的要求。
现场需要一位经验丰富的监察人员目视检查供应材料的一致性和品级。 偶尔还要用筛 （2 ～ 3 次） 确认等级。
现场监察人员要检查回填土含水量、 土层厚度以及压实过程。 间隔一段 （ 如
20m） 由独立第三方测试机构要按照 ASTM 标准在现场进行回填土的含水量和密度的测试。 常用仪器为 Troxler 密度测试仪。 材料的核辐照下的背向散射与密度相关。这种设备只能由有资质的人员来操作。 还可以用沙锥法测试。 从一个校准过的锥形中把标准沙子倒入回填土挖好的孔中， 沙子重量与体积相关。 挖出的回填土的重量除以体积就得到密度。 如果密度测试结果显示太小， 就必须把回填土移除重新压实。
。
回填好的土壤要定期测试热阻系数 （ 例如， 每隔 100m）。 如果紧密压实好回填土， 那么土壤的热特性参数就不会有问题。 最好还要使用谢尔比 （ Shelby） 管取回样本到实验室测试干态的热阻系数
15. 12. 4 流体回填土
流体回填土 （ FTB） 是一个材料工程， 它能够满足热阻系数、 热特性、 强度、流动性的要求以及提供空间优势。 这种可流动的密度可控的回填材料极适合于难以操作的地方， 如狭窄的电缆沟、 小直径隧道或者拥挤的地下电缆， 这些地方机械压
常见的密度可控填料、 流动回填土、 泥浆回填， 这些都使用大量的粉煤灰或者沙， 可能满足电缆沟回填要求的机械性能和流动性能。 但是它们的热特性根本就不合适。 FTB 专门设计用于满足土壤的热特性。
FTB 是一种泥浆回填， 包括中等分量的石粉、 少量补强的粘结小颗粒的水泥、水以及流态的添加剂 （ 如粉煤灰）， 构成了均匀一致的流体。 通过实验室的混合试验来精选材料， 保证组分兼容， 最小化热阻系数同时最大化流动性。
FTB 能够流到任何空洞。 不需振动就能很快硬化成均一密度的物体。 更不需要进一步的处理。 它还省略了对电缆的额外保护， 为地面和设施提供机械支撑。 即使完全变干， FTB 还有优异的散热性能。 混合设计使得 FTB 的湿态热阻系数数值是 35 ～ 45℃ cm / W， 干态热阻系数数值为 65 ～ 100℃ cm / W。 同时， 在低含水量时
（ < 3% ）， FTB 还有优异的热稳定性。
FTB 供货是混合好的， 用混凝土卡车送货， 可以采用灌注和泵灌方式施工。 通常也不需要特殊的支撑。 它固化成整体， 水从顶部渗出。 由于泥浆的浮力效应， 必须固定或者加重物在注入管上。 FTB 可以灌注 100m 远。 更长距离的话需要特殊的措施调整， 如使用一般的混凝土灌注泵。 直埋电缆在灌注时不要保护， 但是在用机械压实机器施工时就需要考虑电缆保护的问题。 FTB 的固化很快， 因此地面在第二天就可以恢复。 在将来需要打开找电缆时， FTB 的低强度 （1MPa） 也具有易开挖的特质。 如果需要强度更高， 可以在不影响热特性的基础上通过增加水泥含量和调节含水量来提高强度。
在施工期间的质量控制， 主要是一些抽样试验， 如对工厂批量生产的混合料进
行随机的粒径分析、 现场灌注前 FTB 的空气含量 （ < 2% ） 以及快速跌落 （200 ～
250mm） 测试。 如果混入水分过多， 需要停工。 因此， 订货时一般要求含水量少一些， 然后在施工现场加水。 FTB 固化后， 需要取几个圆柱形的样品到实验室测试浇铸强度、 密度和热阻系数。 对于低强度的 FTB， 每隔 50m 电缆沟， 取两个样品测试强度， 另取两个样品测试热阻系数。 （ 高强度 FTB 的强度应按照 ASTM 对一般混凝土的测试规程进行。）