輸電線路鐵塔基礎開裂原因分析及處理措施

王昌幼，趙進軍，康宇斌，金保康，許建青

（國網江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 蘇州 215001)

輸電線路鐵塔基礎開裂原因分析及處理措施

王昌幼，趙進軍，康宇斌，金保康，許建青

（國網江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 蘇州 215001)

輸電線路鐵塔基礎經多年使用后，受材料、施工、荷載和環境等因素的影響，會產生大量開裂程度不同的裂縫。通過分析某500 kV輸電線路基礎開裂的原因，針對不同開裂程度制定了相應的處理方案，提出了相應的加固措施，具有實際的應用前景。

輸電線路；鐵塔基礎；開裂；加固

0 前言

由于輸電線路較長，沿線地質條件多變，鐵塔基礎易發生不均勻沉降；在基礎結構制作安裝誤差、材料變異、野外施工困難等因素影響下，鐵塔基礎特別容易產生初始裂縫。同時由于地處野外，風荷載作用較大且風向不定，輸電線路的拉、壓桿角色經常變換，致使鐵塔基礎受荷反復變化，裂縫不斷擴大；惡劣的自然環境還不斷腐蝕鐵塔基礎鋼筋。因此，當輸電鐵塔基礎使用一定年限后，經常會出現比較嚴重的裂縫，且因鋼筋腐蝕速率非常快，大大縮短了鐵塔基礎使用壽命。現對某地500 kV 5268斗熟線44號塔基礎開裂的原因進行分析，并介紹相應的修復加固措施。

1 鐵塔基礎開裂概況

500 kV斗黃Ⅱ回路為1998年設計施工，1999年投運，至今運行已有15年。該線路經過2次開斷，分為5268斗熟線、5655熟石線以及5913牌渡線3個運行段。巡視發現5268斗熟線44號塔基礎4個基礎腿均出現不同程度的開裂，其中1號基礎(壓腿)最嚴重(見圖1)，裂縫寬度達到4 cm，裂縫沿立柱方向呈豎向分布，外側主筋因混凝土開裂已經外露。開挖1號基礎立柱的4個面查看，發現縱向裂縫向下最長延伸至約110 cm，但未延伸至底板，底板未見裂縫。

圖1 1號基礎裂縫

2 基礎開裂原因分析

2.1 現場測量情況

現場測量鐵塔根開、鐵塔對角根開、基礎頂面高差以及鐵塔位移。

(1) 采用皮尺測量鐵塔根開，測量點為雙拼主材最下綴板上邊緣中心點，測量數據如表1所示。

表1 鐵塔根開的測量值

(2) 采用皮尺測量鐵塔對角根開，測量點為塔腿第2層水平輔助材上邊緣，測量數據如表2所示。

編號 1-3 2-4測量值，mm 16 930 16 920

(3) 采用塔尺、經緯儀測量基礎頂面高差，測量點為立柱頂面，測量數據如表3所示。

表3 基礎頂面高差的測量值

(4) 測量鐵塔頂部偏移。鐵塔塔頂中心向轉角內側偏移，測量值約30 mm。

(5) 施工記錄顯示，試塊平均抗壓強度為18.8 MPa。

2.2 開裂原因分析

(1) 根據測量結果看，鐵塔的根開差值為20 mm，約為根開的1.6 ‰；鐵塔對角根開差值為10 mm，約為根開的0.6 ‰；均滿足施工驗收規范的允許誤差范圍。鐵塔傾斜30 mm，小于耐張塔撓度限值7 h‰=115.5 mm。鐵塔整體變形值較小，運行情況良好，鐵塔無運行安全隱患。

(2) 44號塔為JT2轉角塔，1，2號基礎為轉角內側受壓基礎，3，4號基礎為轉角外側受拉基礎，基礎施工時做了預偏措施。根據施工驗收記錄，1，2號基礎頂面預高值分別為48 mm，49 mm。經過多年運行，基礎在荷載作用下可能發生沉降，高差變化的趨勢理論上是受壓基礎受到較大壓力的作用，沉降值大于受拉基礎，基礎彼此之間的高差會變小。但1號基礎的實測高差比原施工記錄還要大，說明原先1號基礎的立柱頂面高大于施工記錄值，這可能導致1號基礎承受的壓力實際上要大于2號基礎承受的壓力，從而導致1號基礎的開裂情況比較嚴重。

(3) 經過現場查看，1號基礎裂縫通貫立柱，上部呈破碎狀，裂縫寬度約4 cm，有多條豎向裂縫向下延伸1 m以上；2號基礎有1條45°斜向主裂縫，寬度約1 cm；3，4號基礎開裂情況稍輕，裂縫寬約3 mm。1號基礎露出的主筋有輕微銹蝕，箍筋銹蝕較嚴重。脫落的混凝土塊色白，手感較輕，較松散，用小錘可以輕輕敲碎，可以看出其沙含量較高，水泥用量偏少，部分石子為白色的石灰石。這可能導致混凝土強度較低，在荷載作用下導致基礎發生開裂。

(4) 從裂縫開裂方向來看，裂縫基本在保護帽上，從主材外側加筋板向橫向縱向延伸，至立柱頂面向外側45°方向延伸。1號立柱外側露出主筋距頂面有10 cm，與混凝土之間發生滑移。根據其破壞形態，基礎破壞可初步判斷為大偏心受壓破壞。

因此，造成鐵塔基礎破壞的可能原因主要有以下幾個。

(1) 1，2號基礎頂面有高差，導致1號基礎分配到的壓力大于設計值。

(2) 基礎混凝土水泥用量偏少和骨料強度較低，導致混凝土強度不足。

(3) 骨料中含有白色的石灰石(也可能是泥質細粒白云質灰巖和泥質細粒灰質白云巖)，發生堿化反應膨脹，導致混凝土開裂。基礎帶著裂縫工作，在荷載作用下，隨著時間增加，裂縫進一步發展，最終因混凝土與鋼筋的粘結強度不夠，導致縱向鋼筋滑移，基礎受拉區破壞。

3 基礎開裂處理方案

根據調研結果，提出以下處理方案。

(1) 3，4號基礎裂縫較小，可繼續使用，但須采取措施阻止裂縫的繼續發展。

(2) 2號基礎有1條主裂縫貫穿立柱且裂縫寬度較大，應修復裂縫，阻止裂縫繼續擴大，使其能繼續安全運行。

(3) 1號基礎多條裂縫貫穿立柱，立柱受大偏壓作用，上部呈破碎狀；根據開挖情況，立柱下部至底板情況較好，未見裂縫，可對基礎裂縫進行修復或重新澆制，以阻止裂縫繼續擴大，滿足以后的運行安全要求。受壓基礎受壓區未破壞，說明混凝土強度可以滿足局部承壓；只要對立柱裂縫進行修復，且側向能提供足夠的壓應力，以阻止裂縫繼續擴大，基礎可滿足運行安全要求。

裂縫修補的依據由裂縫調查、原因分析及危害性評定，其修補范圍、方法及材料的選擇，主要由功能要求、開裂原因、裂縫形狀、結構類型及環境條件等因素確定。本次加固目的是恢復和增強原柱結構的承載力和耐久性，使新加部分與原柱形成一個整體，可靠連接，達到聯合工作要求。本著安全、經濟、高效、便利的方針，可采用以下加固方法：

(1) 外貼鋼板加固；

(2) 外包鋼與植筋法結合加固。

4 基礎開裂處理方法的實施

4.1 1號基礎外貼鋼板加固

4.1.1 外貼鋼板

基礎立柱外貼鋼板構件采用螺栓連接整體固定，對裂縫進行灌漿，將螺栓擰緊對立柱施加壓力，可有效阻止裂縫擴大。

外貼鋼板以實際測量尺寸進行設計、加工。外貼鋼板與混凝土之間涂刷專門配制的結構膠粘劑，確保立柱的整體性能。結構膠粘劑的配制和使用應按產品使用說明書進行，在規定時間內使用完畢；拌好的結構膠粘劑應同時涂刷在鋼板和混凝土粘合面上，確認無漏刷后即可將鋼板與混凝土構件粘貼；粘貼后的膠層平均厚度控制在2-3 mm，膠層宜上厚下薄。加壓完畢后，相臨鋼板間用螺栓固定。混凝土與鋼板粘結的養護溫度不低于15 ℃，經24 h固化后進行下道工序——壓力注漿。

4.1.2 裂縫灌漿修補

當裂縫寬度大于3 mm時需進行灌漿修補，采用灌漿(亦稱注漿)法加固基礎，漿液可由聚合物水泥注漿料或環氧樹脂等制成。較小的裂縫采用環氧樹脂，用定壓注射器自動注膠；較大的裂縫采用聚合物水泥注漿料，用機控壓力注漿。灌漿前24 h，應充分濕潤基礎表面；灌漿前1 h，應吸干基礎表面積水；灌漿時，日平均溫度不應低于5 ℃。灌漿完成的部分應及時噴灑養護劑或覆蓋塑料薄膜，或加蓋濕草袋保持濕潤。當灌漿料表面不便澆水時，可噴灑養護劑，灌漿料應保持在濕潤狀態，養護時間不得少于7天。

外貼鋼板加固基礎如圖2-4所示。

4.2 2號基礎外包鋼與植筋法結合加固

4.2.1 開挖及清洗基礎

將基礎立柱四周開挖至基礎大板頂面，根據基礎裂縫情況采取挖機和人工挖掘配合方式，現場要密切觀察裂縫發展情況，防止塌方。開挖后及時清理干凈立柱面和頂面，水泥基灌漿材料接觸的混凝土表面應充分鑿毛，剔除酥松的混凝土，清除所有碎石、粉塵及其他雜物。

圖2 外貼鋼板加固(立面)

圖3 外貼鋼板加固(頂面)

圖4 外貼鋼板加固后的基礎

4.2.2 制作扁鋼抱箍、鋼筋網及澆筑混凝土

立柱外用10 mm×100 mm扁鋼制作3道抱箍進行加固，間距按立柱長度平均分布，扁鋼采用現場搭接焊，搭接長度200 mm、焊縫高度10 mm。豎向采用Φ16鋼筋網與抱箍焊接，并植入底板長度不少于580 mm。基礎頂面橫向采用Φ8圓鋼制作間距為150 mm的鋼筋網，鋼筋縱橫之間應綁扎牢靠。裂縫灌漿修補后，在立柱四周及頂面澆筑C20混凝土，立柱側面厚120 mm，立柱頂面厚100 mm。

基礎加固如圖5所示。

4.3 3，4號基礎的加固

由于3，4號基礎裂縫較小，在允許范圍可繼續使用，但在實際中應參照2號基礎進行加固。

圖5 外包鋼與植筋法結合加固基礎

5 結束語

通過對基礎開裂的處理，可有以下結論：

(1) 對基礎進行加固前，必須根據混凝土結構的損傷范圍、深度、走向和位置等特征，對結構進行檢測和鑒定，對損傷產生的原因作出推斷；

(2) 加固時應根據損傷的具體原因，有針對性地采取不同的方法，做到既有效又經濟；

(3) 采用外貼鋼板加固能加強新增鋼板和受損基礎的有效連接，從而滿足使用功能和安全要求；

(4) 采用外包鋼與植筋法結合加固方法處理嚴重裂縫，能提高不同受損程度基礎的承載力和整體剛度。

1 石志龍，盧亦焱，高作平.輸電鐵塔基礎混凝土裂縫檢測與加固[J].特種結構.2003，20(4)：61-63.

2 王小平，彭步民，蔣滄如.高壓輸電線鐵塔基礎混凝土開裂檢測及分析[J].混凝土.2001，18(7)：41-44.

3 唐業清，萬墨林.建筑物改造與病害處理[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2000.

2015-07-27。

王昌幼(1980-)，男，工程師，主要從事輸電線路運行和檢修專業技術管理工作，email：wang-changyou@163.com。

趙進軍(1969-)，男，高級工程師，主要從事輸電線路運行和檢修專業技術管理工作。

康宇斌(1978-)，男，高級工程師，主要從事輸電線路運行和檢修專業技術管理工作。

金保康(1977-)，男，工程師，主要從事輸電線路運行和檢修專業技術管理工作。

許建青(1977-)，男，工程師，主要從事輸電線路運行和檢修專業技術管理工作。