15. 15 敷设路线热特性调查
15. 15. 1 回顾和规划
查阅计划敷设路线上所有能够搜集到的土壤数据 ( 从政府、 公共事业局、 已有线路钻探日志等) 来选择测试地点 ( 间隔约 2km, 如果土壤有变化就增加测试频次)。
应选择熟悉热测量的岩土公司或者供职在当地土壤公司的一个土壤热学专家来开展调查工作。 一旦定位好要取孔的位置, 做好了标记, 就需要开展诸如地下定位、 清除以及获得一些需要的许可证。 ( 如果有其他的岩土公司已经完成了打孔钻探工作, 这样就可以确定土壤类型的界限。 这样就能既保持对电缆敷设线路充分了解, 而且还能减少进行热测试的土壤样品数量。)
15. 15. 2 现场测试
现场勘查时使用土壤钻机就能够继续进行标准岩土工程的工作, 包括连续的标准渗透率测试 ( SPT)、 土壤检查 ( USCS) 以及相对密度, 而且在合适深度进行热特性测试同时由土壤热力学专家取出谢尔比管样品。 保持现场日志更新, 同时关注地下水的深度表格。
在每一个测试位置得到现场土壤的详细情况, 在电缆埋深的不同高度 ( 如电缆埋深 1. 5m, 测试点可以选择 0. 5m、 1. 0m 和 1. 5m) 实地测量自然土壤的热阻系数和环境温度 ( 使用热特性分析仪)。
取回最小直径 75 mm 壁厚未受干扰的谢尔比管土壤样品。 没有谢尔比管土壤样品的话, 也可以使用标准渗透率测试 ( SPT) 的块状土壤样品, 样品要密封避免水分流失。
15. 15. 3 实验室测试
在实验室中, 测试样品下列性能: 土壤外观、 含水量、 干态密度、 有机质含量、 热失稳曲线 ( 可选的试验项目有: 筛选颗粒等级、 阿太堡 ( Atterberg) 界限
( 界限含水量)、 标准普氏压实密度曲线)。
把现场测试结果与实验室测试结果进行比较, 对其中的不同点进行分析评价。假设取样的土壤样品和现场测试的土壤是相同的, 问题主要就是密度的不同造成的, 密度不同是由于样品受到干扰。 将实验室测得的热失稳曲线校正到与现场测试结果一致。 如果差异不能解决, 就需要更多的取样和测试。
根据测试结果分析计算出土壤含水量的最低期望值, 在自然土壤的热失稳曲线上选择一个设计热阻系数。
15. 15. 5 回填土参数和热稳定性
获取和测试本地合适的颗粒状材料作为回填土 ( 粒度等级、 标准普氏压实密度、 最优含水量、 热失稳曲线和临界含水量) 或者使用合适的 FTB。
基于土壤含水量的最低期望值选择回填土的设计热阻系数, 为需要的电缆选择足够大的回填土密封块, 使流到自然土壤上的热负载变得无关紧要 ( 使用计算机载流量计算软件)。 此外, 利用电缆载流量计算程序, 能够优化电缆规格和回填土密封块大小, 最大限度节约成本。
检查推荐设计的热稳定性, 如果土壤含水量的最低期望值 ( 超过 25% ) 大于回填土的临界含水量, 那么在正常热负载和回填土处于设计热阻系数时, 系统就是稳定的。 自然土壤的热阻系数可能是与最低土壤含水量的期望值相关的热阻系数
( 再加上一个安全因数)。
如果土壤含水量的最低期望值小于回填土的临界含水量, 那么系统就是不稳定的。 回填土的热阻系数就要采用干态情况下的热阻系数数值。 如果回填土密封块足够大, 只有一小部分边缘热负载通过自然土壤, 那么自然土壤的设计热阻系数就是与最低土壤含水量的期望值相关的热阻系数 ( 再加上一个安全因数)。 对于大量的热负载, 需要考虑自然土壤的变干时间。
如果土壤含水量的最低期望值稍大于回填土的临界含水量, 作为偏安全的估计, 回填土应该认为是不稳定的, 除非变干时间的测试结果是另一种情况。
15. 15. 6 质量保证
由于只在几个点抽取了土壤样品进行电缆线路的热特性勘测, 因此当电缆沟挖掘时, 希望对自然土壤的热阻系数进行频繁的现场测试。 如果发现土壤的热性能参数极差 ( 潜在的 “ 热点”), 那么这里回填后的厚度就要增加, 来保证整条线路统一较低的复合热阻系数。
因为合适的回填土是把电缆热量散开的最重要构成, 所以必须在敷设施工时提供结构和施工的规范书, 确保执行严格的质量保证程序。
15. 15. 7 通 用
关于本主题, 大量文献能够提供有用的信息, 如参考文献 [8, 17- 29]。