淺析榆林地區(qū)配電網(wǎng)線路桿塔裂紋處理辦法

國網(wǎng)陜西省榆林市榆陽區(qū)供電公司 萬 榮

榆林地區(qū)位于黃河中游、陜西省最北部，地處陜甘寧蒙晉五省區(qū)交界接壤地帶，位于東經(jīng)107°28′～111°15′、北緯36°57′～ 39°34′之間，東臨黃河與山西相望，西連寧夏、甘肅，北鄰內(nèi)蒙，南接本省延安市。榆林地貌大體以長城為界，北部為風(fēng)沙區(qū)，占榆林總面積的42%；南部為黃土區(qū)，占榆林總面積的58%。全區(qū)平均海拔高度一般在1000～1500米內(nèi)，地勢西高東低，基本上是由西北向東南傾斜。榆林地處毛烏素沙漠和黃土高原的過渡地帶，風(fēng)蝕沙化和水土流失嚴(yán)重，是黃河中上游水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一。風(fēng)沙侵蝕情況比較嚴(yán)重。

榆林地區(qū)地處干旱半干旱氣候區(qū)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)近60年的氣溫資料分析得出，榆林地區(qū)多年平均氣溫約8.4攝氏度，年內(nèi)月均溫度最大值與最小值的極差基本均為30攝氏度以上，極差最大時(shí)達(dá)到39攝氏度，極端最高氣溫39攝氏度，極端最低氣溫零下24攝氏度，表明年內(nèi)溫差較大，年均溫度變化及其五年滑動(dòng)平均變化可看出氣溫整體呈上升趨勢，溫差變化整體較大。

1 導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生缺陷/病害的原因

1.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)原因

預(yù)應(yīng)力電桿張拉控制應(yīng)力的取值偏大。為使預(yù)應(yīng)力混凝土電桿不產(chǎn)生微小裂紋和彎曲，應(yīng)控制主筋張拉應(yīng)力低于混凝土脫模強(qiáng)度的0.4倍，如果主筋張拉應(yīng)力值過大，則脫模放張后主筋施加在電桿稍部的預(yù)壓應(yīng)力過大，造成預(yù)應(yīng)力混凝土電桿產(chǎn)生微裂紋或彎曲[1]。

螺旋筋的選用和布置不當(dāng)。電桿在生產(chǎn)單位生產(chǎn)存儲(chǔ)過程中要進(jìn)行吊運(yùn)、組垛，運(yùn)輸、安裝過程中同樣要吊運(yùn)、堆放，且很難避免輕微碰撞的發(fā)生，因此在預(yù)應(yīng)力混凝土電桿鋼筋骨架外側(cè)合理布置螺旋筋就顯得尤為重要。根據(jù)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，使用直徑3.2mm以上的螺旋筋比使用直徑2.5mm及以下螺旋筋在相同間距下(除兩端1.5m內(nèi)密繞外，一般螺旋筋間距不大于100mm)電桿的抗縱裂能力提高20%。

1.2 產(chǎn)品生產(chǎn)過程原因

混凝土脫模強(qiáng)度偏低。混凝土電桿脫模時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)值的60%，預(yù)應(yīng)力混凝土電桿脫模時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)值的70%，如預(yù)應(yīng)力混凝土電桿設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，則混凝土脫?？箟簭?qiáng)度應(yīng)達(dá)到或超過35MPa。預(yù)應(yīng)力混凝土電桿脫模放張時(shí)，若混凝土脫?？箟簭?qiáng)度過低則電桿稍部容易壓彎，稍部混凝土則因壓應(yīng)力過大而產(chǎn)生微裂紋，這種彎曲和微裂紋較易觀察，一般可在廠內(nèi)檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)。但如混凝土脫?？箟簭?qiáng)度僅是稍低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，雖不會(huì)造成電桿彎曲，不過稍部混凝土仍會(huì)有輕微的微裂紋產(chǎn)生，一般肉眼難以觀測，在今后存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝過程中如操作不當(dāng)或發(fā)生碰撞就會(huì)造成微裂紋不斷擴(kuò)大，進(jìn)而影響電網(wǎng)運(yùn)行安全[3]。

主筋下料長度相對(duì)誤差偏大。GB4623-2014《環(huán)形混凝土電桿》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定預(yù)應(yīng)力鋼筋調(diào)制下料后，其下料長度相對(duì)誤差應(yīng)不大于鋼筋長度的1.5/10000，否則將造成同一根電桿中間主筋放張后對(duì)混凝土產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力不均勻，最終導(dǎo)致電桿彎曲或產(chǎn)生輕微裂紋；主筋分部不均勻；鋼筋放張不均勻。

1.3 電桿存儲(chǔ)、施工安裝過程原因

電桿存儲(chǔ)過程中堆放過高或吊裝過程中發(fā)生碰撞，極易在桿身上產(chǎn)生縱向裂紋。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，預(yù)應(yīng)力混凝土電桿稍徑190mm、長度15m以下電桿如果組垛堆放層數(shù)達(dá)到6層，則底層電桿極易在存儲(chǔ)過程中產(chǎn)生縱裂；而操作人員為了較少吊裝作業(yè)一次吊裝多根電桿很容易在電桿起吊過程中發(fā)生碰撞，從而在桿身上產(chǎn)生縱向裂紋；電桿卸車時(shí)措施不當(dāng)，從車上自由滾下后與地面電桿發(fā)生碰撞，會(huì)立即產(chǎn)生寬度約為0.5～1mm的縱向裂紋，一般次日就會(huì)愈合，該類電桿在運(yùn)行過程中裂紋會(huì)逐步擴(kuò)大。

1.4 電桿運(yùn)行環(huán)境的影響

電桿運(yùn)行過程中混凝土性能惡化造成電桿產(chǎn)生裂紋。鹽堿化地區(qū)地下水與土壤中鹽類通過毛細(xì)作用侵入電桿混凝土中，當(dāng)上升至地面以上一定高度時(shí)，混凝土?xí)l(fā)化學(xué)侵蝕和物理破壞。混凝土電桿頂部應(yīng)用混凝土或砂漿封實(shí)，如電桿頂部沒有封實(shí)或封實(shí)不好，雨、雪水侵入使電桿空腔沖水或地下水侵入空腔、又無法及時(shí)排除的話，在寒冷的冬季經(jīng)過反復(fù)凍融循環(huán)，則會(huì)造成電桿底部出現(xiàn)裂紋[4]。

電桿鋼筋銹蝕引發(fā)電桿裂紋。榆林地區(qū)溫差大，風(fēng)沙侵蝕比較嚴(yán)重較易發(fā)生桿塔裂紋，加之地下水通過毛細(xì)作用侵入電桿根部混凝土中，氯離子濃度增大到極限濃度后主筋發(fā)生銹蝕，而銹蝕產(chǎn)生的膨脹作用使混凝土開裂；特殊原因的導(dǎo)致混凝土電桿損壞。如：2008年和2012年2次特大冰雪災(zāi)害襲擊我國部分地區(qū)，使得正在服役中的電桿受到不同程度的損壞，運(yùn)行至今的桿塔較易發(fā)生再生化龜裂，極大地威脅所在地區(qū)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)境的影響。

2 針對(duì)混凝土電桿裂紋的修補(bǔ)、加固及防腐設(shè)計(jì)

2.1 生產(chǎn)階段缺陷的修復(fù)

根據(jù)GB4623-2014《環(huán)形混凝土電桿》的要求，對(duì)產(chǎn)生缺陷的電桿采用下列方法修復(fù)。

表面裂縫的修復(fù)。寬度小于0.05mm的微細(xì)裂縫采用表面涂層封閉法：用油漆刷將聚合物水泥涂料（由水泥改性劑和水泥按體積比1∶1配制而成）或LD型線桿專用加固防護(hù)涂料涂敷于裂紋表面，防止水分與潮氣侵入，起密閉保護(hù)作用。寬度大于0.05mm的裂縫采用嵌入粘結(jié)性強(qiáng)、力學(xué)強(qiáng)度高并有較好韌性和耐老化性優(yōu)良的修補(bǔ)材料(如水泥制品修補(bǔ)膏或早強(qiáng)型聚合物水泥砂漿)，嵌實(shí)刮平，LD型線桿專用加固防護(hù)涂料涂敷于裂紋表面修補(bǔ)。

漏漿、局部損傷等缺陷的修復(fù)。采用聚合物水泥砂漿或水線路桿塔專用加固高分子材料修補(bǔ)：將缺陷部位清理干凈后，用上述修補(bǔ)材料抹實(shí)找平；麻面、粘皮的修復(fù)。對(duì)缺陷深度大于1mm的部位，用聚合物水泥砂漿修補(bǔ)找平，再在表面涂刷1～2道LD高分子線路加固專用防護(hù)涂料。深度小于1mm的缺陷，直接采用涂覆LD高分子線路加固專用防護(hù)涂料修復(fù)。

2.2 在役混凝土電桿（構(gòu)架）缺陷和病害的修補(bǔ)、補(bǔ)強(qiáng)加固

經(jīng)多年統(tǒng)計(jì)分析得出：運(yùn)行中線桿裂縫發(fā)生的部位一般在地面以上2m左右到橫擔(dān)以下距離以內(nèi)，橫擔(dān)以上因不受力故而很少發(fā)生裂縫，以縱裂為主、網(wǎng)裂與橫裂較少?；炷帘砻姘l(fā)白、起皮、析霜，裂縫中嵌有白色的鹽類與流漿。敲打時(shí)混凝土聲音發(fā)啞、有疏松感，并呈粉沫狀脫落?；炷了閴K中有時(shí)可見礫石的周圍被一層白色的鹽類包裹。

負(fù)壓常溫聚合物浸漬法：適用于寬度在0.2mm以下的細(xì)、淺而多的裂縫。在欲處理區(qū)清除浮灰后，用PE塑料薄膜密封，然后利用負(fù)壓苯乙烯-不飽和樹脂-甲基丙烯酸甲酯浸漬液，經(jīng)一段時(shí)間后單體全部充滿裂紋，并在常溫下凝膠硬化成聚合物固體，恢復(fù)了開裂電桿的整體性。該法適用于因現(xiàn)場堆放不當(dāng)產(chǎn)生的環(huán)向裂縫修補(bǔ)，效果較好。

寬度0.2～0.5mm的裂縫采用灌漿法：單體灌注法不需任何設(shè)備與動(dòng)力，只要選擇合適的塑料軟帶或薄膜與膠粘劑，將欲修補(bǔ)的裂縫封閉在內(nèi)、只留上開口，逐漸注入預(yù)先配好的單體即可。應(yīng)用LD-1線桿加固高分子材料在常溫下經(jīng)一定時(shí)間聚合成固態(tài)物，并與裂縫兩側(cè)緊緊粘結(jié)在一起，不僅對(duì)裂縫起了封閉作用，其裂縫兩側(cè)附近的混凝土或砂漿還由于單體的滲入而得到一定的增強(qiáng)。

寬度0.5mm以上的裂縫采用鑿槽修補(bǔ)法：剔除縫兩側(cè)疏松混凝土，清除干凈后，嵌入膏狀的建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑或早強(qiáng)型聚合物水泥砂漿材料，配合采用聚合物水泥砂漿和線路桿塔專用加固高分子材料修補(bǔ)；露石麻面的修復(fù)：電桿由于運(yùn)輸不當(dāng)或運(yùn)行電桿由于受大氣風(fēng)化和侵蝕造成的露石現(xiàn)象。輕度的可用聚合物水泥凈漿修復(fù)，嚴(yán)重的(如石子己凸出1mm左右)則用水泥砂漿配合LD型線路桿塔專用高分子防護(hù)涂料修復(fù)。

合縫口漏漿、開裂的修復(fù)：采用LD型線路桿塔專用高分子防護(hù)涂料修復(fù)配合水泥砂漿修補(bǔ)；保護(hù)層碳化、腐蝕，酥松、開裂、剝落，鋼筋銹蝕（環(huán)筋無銹斷，縱筋輕微銹蝕）：病害部位采用水泥砂漿修補(bǔ)恢復(fù)桿身外形后，再整桿全部涂刷2～3遍LD型線路桿塔專用高分子防護(hù)涂料防護(hù)修復(fù)。

電桿局部補(bǔ)強(qiáng)、加固：病害部位采用聚合物水泥砂漿修補(bǔ)恢復(fù)桿體外形后，用補(bǔ)強(qiáng)防腐涂料粘貼2～3層纖維網(wǎng)格布（環(huán)筋嚴(yán)重銹蝕或銹斷，主筋銹蝕較輕）或用建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑粘貼1層3～4mm薄鋼板（混凝土破損嚴(yán)重，主筋嚴(yán)重銹蝕）補(bǔ)強(qiáng)、加固，最后全部涂刷LD型線路桿塔專用高分子防護(hù)涂料修復(fù)，此法適用于換桿有困難過渡性方案；桿身整體補(bǔ)強(qiáng)、加固：采用涂刷2遍水泥砂漿增強(qiáng)材料使水泥桿身粘貼高強(qiáng)纖維補(bǔ)強(qiáng)、加固，表面全部LD-1型補(bǔ)強(qiáng)防腐涂料保護(hù)。

2.3 修補(bǔ)方法

對(duì)兩側(cè)混凝土仍堅(jiān)硬的裂縫可參照前述裂縫處理法進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)已起殼的疏松混凝土可用聚合物水泥砂漿加筋進(jìn)行修補(bǔ)、加固，即用LD-1型高分子線桿加固材料配合水泥改性劑拌制的水泥砂漿加入纖維進(jìn)行修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 包鋼板條加固

該方法施工快速，現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對(duì)生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響，適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固；黏鋼在建筑施工中已廣泛使用，對(duì)混凝土梁板柱加固達(dá)到較好的效果。鋼材是易導(dǎo)電體，桿塔普遍在鄉(xiāng)村地區(qū)，環(huán)境復(fù)雜，加之電力桿塔帶電環(huán)境下作業(yè)有不安全因素；造價(jià)高，普通黏接劑很難達(dá)到圓形水泥電線桿設(shè)計(jì)要求，環(huán)箍很難和圓形水泥桿結(jié)合。

鋼材易腐蝕影響受力，鋼板圈雖經(jīng)防腐處理，但在嚴(yán)酷的自然環(huán)境中防腐漆很快會(huì)老化脫落，使得鋼板圈外露而遭到腐蝕。即使防腐漆在完好的情況下，由于水泥具有滲水性，雨水會(huì)通過水泥滲透到鋼板圈，也會(huì)加速鋼板圈的腐蝕。鋼板圈的腐蝕降低了對(duì)接處的強(qiáng)度，對(duì)水泥電桿造成安全隱患。

3.2 碳纖維加固

碳纖維的抗拉強(qiáng)度極高，是普通鋼材的10～15倍；耐酸堿、抗腐蝕，適宜在惡劣環(huán)境中服役，與結(jié)構(gòu)膠配合使用能阻止有害介質(zhì)浸滲，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)起保護(hù)作用；比重輕，基本不增加構(gòu)件自重，不改變構(gòu)件截面尺寸；碳纖維是較好的導(dǎo)電體，在高電壓帶電區(qū)域內(nèi)使用易造成觸電、短路等安全事故，對(duì)以后使用過程中也會(huì)產(chǎn)生安全隱患。

最佳、最經(jīng)濟(jì)的首選方法就是在不停電情況下作業(yè)?；炷翖U塔加固中應(yīng)遵循的原則維護(hù)為：加固方案應(yīng)簡單易行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理加固施工應(yīng)盡量不影響生產(chǎn)、工作，不造成線路停電；充分利用和發(fā)揮原桿塔的有效部分和功能；恢復(fù)桿塔各構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度甚至提高其設(shè)計(jì)承載力，抗腐蝕性能，延長線路桿塔的使用壽命；妥善安排施工計(jì)劃工藝和施工方法，確保加固部分與本體結(jié)構(gòu)共同受力；不改變桿塔構(gòu)的尺寸、自重和形狀；盡量消除桿塔多種缺陷，使加固后的整條線路及桿塔使用壽命趨同。

3.3 經(jīng)過分析比較后提出最佳施工方案

用水泥砂漿、芳綸纖維、配合LD型線路桿塔專用高分子防護(hù)涂料修復(fù)方案。LD型線路桿塔專用高分子防護(hù)涂料具有特性：粘接力強(qiáng)、拉伸強(qiáng)度大、彈性大；超強(qiáng)的耐酸堿性、耐侯性和耐壓縮變形性，耐酸堿性可達(dá)35%；優(yōu)異的耐高低溫性能，耐低溫零下50度、高溫150度；涂料固含量大，一次性成膜厚度大，成膜固化后成為一種連續(xù)封閉橡膠彈性體；涂料可調(diào)各種顏色，色彩保持度持久性強(qiáng)，可填充粉料（如建筑水泥），無毒無污染；可噴涂、刷涂、滾涂，施工簡便。芳綸纖維是一種有機(jī)合成的纖維，具有強(qiáng)度高、彈性模量高、柔韌、重量輕、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性好和不導(dǎo)電（是電場、磁場的絕緣體，不會(huì)對(duì)電場、磁場產(chǎn)生干擾，適合有絕緣要求的場合）等特性。

3.4 水泥電桿具體加固方案

重度損壞水泥桿加固方案：運(yùn)行中水泥電線桿縱向裂紋超過0.5mm或裂縫處混凝土疏松明顯且肉眼可見縱向裂縫連續(xù)開裂超過2米的線桿，建議直接換桿。

中度損壞水泥桿加固方案：對(duì)中度受損的水泥桿先進(jìn)行鑿毛處理，用角磨機(jī)打磨去水泥桿碳化的表層直至露出新的水泥層，剔打水泥桿受損部位皸裂、脫落、龜裂的水泥層直至堅(jiān)實(shí)的部位；對(duì)暴露銹蝕的鋼筋、鐵箍進(jìn)行打磨除銹，除銹完畢后涂刷阻銹環(huán)氧樹脂，將水泥桿缺陷的部位用水泥砂漿填補(bǔ)找平，裂縫部位用裂縫修補(bǔ)專用膠屏蔽填實(shí)；涂刷LD型線路桿塔專用高分子防護(hù)涂料，沿水泥桿縱向粘貼芳綸纖維將裂紋水泥桿部位環(huán)包，縱向粘貼完畢后環(huán)形粘貼寬200mm芳綸纖維；待膠粘劑完全穩(wěn)定后在芳綸纖維表面涂刷一層LD型線路桿塔專用高分子防護(hù)涂料，待其干燥后在水泥桿外部再次涂抹LD型線路桿塔專用高分子防護(hù)涂料作為加強(qiáng)保護(hù)層。

桿箍加固防腐處理方案：將桿箍附近受損裂紋的水泥層剔出，露堅(jiān)實(shí)的水泥面，輕微的裂縫用裂縫修補(bǔ)專用膠屏蔽填實(shí)；用砂輪角磨機(jī)打磨去桿箍和兩端暴露鋼筋上的銹跡，完畢后換鋼絲輪打磨凹陷部位的鐵銹，直至打磨出金屬光澤，用高壓氣吹去表面的浮銹、浮灰之后用丙酮擦拭表面直到無雜物為止；涂刷阻銹專用環(huán)氧樹脂二層，完畢后在外部涂抹2～3mm厚抗裂砂漿作為保護(hù)層。修復(fù)后可有效阻止和延緩混凝土的碳化、老化，加固防腐后水泥桿使用年限得到有效保障，延長水泥桿使用壽命5～15年。

綜上，該工藝的效果在榆林市供電公司榆陽分公司進(jìn)行了電桿(15m長預(yù)應(yīng)力電桿)裂紋的修補(bǔ)加固。結(jié)果表明裂縫已被粘合而恢復(fù)了強(qiáng)度，修補(bǔ)是有效的。防腐措施是輸電線路管理中十分重要的部分，防腐措施的選擇需根據(jù)輸電線路不同位置的特征，采用有針對(duì)性地措施才能起到防腐蝕的作用，讓輸電線路可保持健康水平，保證輸電網(wǎng)更加安全的穩(wěn)定運(yùn)行。