防止混凝土電桿因積水凍裂措施探討

張建廷

摘 要：文章通過對大慶地區輸電線路混凝土電桿桿內積水及凍裂原因的分析，提出了解決高寒地區輸電線路混凝土電桿凍裂的措施。希望能為今后此類工作提供一定的參考借鑒。

關鍵詞：混凝土電桿；積水；凍脹

中圖分類號：TM726 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0077-02

1 概述

在北方寒冷地區的冬季，特別是大慶地區地勢低洼、含水量較高，環形截面混凝土電桿地面以上1-2米部分往往因桿內積水結冰結霜而凍裂。每年都有一些電桿因裂紋酥松嚴重，需要修復或更換，這也給輸配電線路安全運行帶來了嚴重隱患，同時也造成了線路維護費用和運行成本的增加，也加大了維護工作的難度。

混凝土電桿凍裂初期，桿壁出現很多細的縱、橫向裂紋，并有滲水的痕跡，以后裂紋逐步擴大，裂縫處流出白色沉積物。再進一步，混凝土開始酥松裂碎，用錘子輕輕敲打，即可大塊大塊的脫落，鋼筋也明顯的出現腐蝕。如果發現電桿凍裂現象時，即在電桿地面部分鑿洞，有放水孔的可以疏通一下，即可發現有清水流出，并有一定的壓力。通過大量的實際調查發現，很多電桿打開放水孔后并沒有水流出，而且大部分凍裂是由電桿內積水的水蒸氣凝結而造成的，開孔可以放出一些水蒸氣，減少水蒸氣在桿內的停留量，以平衡桿內外的溫差從而減少水蒸氣的形成。

2 桿內積水的主要原因

桿內積水的主要原因有兩種：其一是電桿上部漏進的雨水，習慣性稱為“天上水”；其二是由于電桿底部滲進去的地下水。“天上水”是通過桿頂未封或者是由于封堵不嚴的縫隙進入的，也可能是由于鋼圈附近的混凝土因焊接、受熱不均勻而產生縫隙，雨水由電桿接頭處滲入。地下水是通過桿根滲入的。首先電桿桿根無論有無底盤，均達不到密封的程度，地下水可由根部直接滲入桿內；其次由于電桿在制作、運輸和施工過程中的不規范行為，造成的電桿原始裂紋，電桿一般埋深約2.2-3.0米，而大慶大部分地區在此深度已出現地下水，電桿與地下水位形成“聯通器”，對于粗顆粒的碎石及砂類土壤，電桿內水位與地下水位相當或略高于地下水位，在土壤滲透系數較小的粘土地帶，如果電桿埋入地下水承壓層，壓力水進入桿內就會形成高水柱。而且大慶地區的地下水含鹽堿成分很高，對混凝土電桿的侵蝕尤為嚴重。

由于北方地區的冬季溫差比較大的，晝夜溫差在二十多度，而地下2-3m處的溫度與地面溫度也相差在二十多度左右。地面2米以下的溫度在零上六七度左右，這時在混凝土電桿內部就形成很大的溫差，地下水就會產生水蒸氣，而水蒸氣會沿混凝土電桿的中空內部向上擴散，當到達距地面以上0.1-1.0m左右處，就開始結成冰霜。在中午氣溫較高的時候，朝向太陽側的電桿部分溫度開始上升，桿內的冰霜就開始融化侵蝕到電桿內壁內部，當氣溫下降時又開始結冰凍脹。如此反反復復，使電桿的裂紋一步步的加重，形成惡性循環。通過一些實際調查來看，朝向太陽側電桿裂紋要比背向太陽側的電桿裂紋嚴重。所以電桿凍脹裂紋，一般情況下不是由桿內積水超過地面造成的，而造成凍脹直接的原因是由于桿內水蒸氣凝結造成的。隨著氣溫的降低地下水位也隨之下降，通過開孔可使桿內溫度與桿外界溫度平衡，以減少產生水蒸氣的幾率，凍脹情況就會減少。普通硅酸鹽水泥的主要成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁四鈣，它們與水作用，在硬化過程中會析出氫氧化鈣、含水硅酸二鈣、含水鋁酸鈣等，其中氫氧化鈣在淡水中會緩慢溶解，每升淡水中可溶解1.7g。如果是長年累月的溶解，會逐漸形成微孔，若混凝土不夠密實，水份透進細孔或由裂紋進入內部，沖去大量的氫氧化鈣，造成孔隙逐漸增大，直至被完全破壞。

3 桿內積水產生的后果

桿內積水對混凝土電桿主要有兩方面的危害：一是造成地面以上部分桿體凍裂酥松；二是引起電桿鋼筋混凝土腐蝕。水在結冰時候，體積會增大8-10%，但在地面以下電桿一般不會凍裂。因為結冰時，電桿外面土壤首先凍實，使土壤體積增大，壓縮電桿。而且凍土強度較大，在桿內積水結冰時內外壓力基本抵消。但如果地表為砂土時，含水量少凍得不實，會因外部壓力小，不足以抵消電桿內部的膨脹壓力而導致電桿凍裂。當電桿內積水超過地面高度時，冰的膨脹力無外力抵消，而混凝土的受拉強度較差，所以很容易造成桿體被凍裂。

混凝土電桿出現裂紋后，水就會侵入，溶解電桿內壁內部的氫氧化鈣，混凝土即開始腐蝕膨脹，降低了混凝土的機械強度。同時鋼筋因此而生銹，體積增大，鋼筋本體截面積減少。由于鋼筋體積增大，又造成混凝土體積脹裂，形成惡性循環，如此反復作用會不斷降低電桿強度。混凝土電桿出現裂紋多數情況是在桿距離地面以上0.1-1.0m處，而此處恰恰是電桿承受抗彎力矩和不平衡張力的最重要部分，一旦遇到惡劣天氣就極容易造成倒桿事故，危及線路的安全運行。

4 混凝土電桿的防凍裂措施

（1）改進電桿的結構。在電桿預制過程中將電桿上端

100mm區段及桿根地下部分均預制成實心電桿，或者施工過程中用砂漿澆灌嚴實，將鋼圈部分防腐后用泥漿抹平將其封堵嚴實防止雨水滲入。在混凝土電桿制作過程中，適當增加電桿下段地面以下部分的橫向鋼筋的密度，通過增加強度來防止電桿縱向裂紋的產生，或增加電桿的壁厚，使電桿的機械強度進一步得到加強，以延長其使用年限。

（2）將電桿距地面以上0.1-0.2m處的積水孔打開放水，沒有孔的可打一個直徑在16-20mm的小孔，每年在封凍之前檢查桿內積水水位，將低洼地帶的電桿內積水抽出。

（3）在施工中嚴格控制起吊點的數量和位置，防止立桿過程中出現裂紋，同時要封堵好桿頭和桿根。桿壁如有破碎處要及時修補，同時將電桿地下部分涂刷瀝青。

（4）排除桿塔基礎周圍附近的地表水，風干土壤，使土壤含水量低于起始凍脹含水量。在施工開始即應注意防止地表水和雨水大量和長期的侵入地基，要在低洼地帶的桿塔基礎周圍加高加固基礎，或換防凍土等方法減少凍脹的產生。以凍結力小的粗砂、中砂等非凍脹性材料，替換凍脹性土壤，在電桿基礎側面回填非凍脹材料，個別地區含水較高的地方基礎底部也需要進行換土處理。

（5）保溫。用煤渣、石蠟渣、泥炭等材料做保溫層，以減少凍結深度和凍脹量，此法可做為防寒凍的輔助措施。

（6）預防混凝土電桿腐蝕的方法是在普通水泥中摻入活性氧化硅、活性氧化鋁等物質，這些物質與混凝土硬化過程中析出的氫氧化鈣反應，生成硅酸鈣，因硅酸鈣不溶解于水，可從本質上消除混凝土電桿的腐蝕。

5 混凝土電桿發生凍脹后的補救方法

對于已經發現有腐蝕裂紋現象的電桿或基礎，會造成鋼筋混凝土結構的整體性強度減弱。若鋼筋失去保護層，與空氣接觸發生氧化反應，加速腐蝕過程。因此混凝土電桿出現裂紋后應及時采取措施阻止或延緩其發展速度。補救措施可以采用瀝青油膏防腐處理。將冷底油、防水油膏加熱后分別涂刷在電桿裂紋處，應進行三層涂刷處理，即先涂冷底油后涂油膏，外面再涂一層冷底油，各層不宜過厚。裂縫在1mm以上的可采用膨脹水泥進行噴水泥漿法修補，其硬化后縫隙結合更緊密，修補后再涂一層瀝青油，使其與空氣隔絕。

對于電桿裂縫嚴重并已酥松，但距地面不高時，可采用混凝土套的措施補修。其方法是先將電桿的表面打麻、洗凈，然后裝好鋼圈制成的套筒，再在電桿與套筒之間澆注混凝土，經養護拆下鋼圈模，并繼續養護一段時間。混凝土套的深度一般應在凍土層以下，為防止土壤凍結時電桿上拔，還應留出放水孔，護套的厚度和高度應視電桿受力和裂縫情況而定，套筒距離地面較高時應考慮裝上腳釘，以便日后維護檢修上下電桿使用。在處理電桿裂紋前，首先要做好防止電桿傾倒的安全措施后，再進行電桿的桿根開挖和表面打麻點工作，當加固完全達到要求時強度、填埋完桿基土方并夯實后，再拆除臨時拉線等加固措施。對修復后的電桿，在日后運行中要多觀察電桿外表的變化情況，是否再有裂紋產生，對于那些裂紋疏松比較嚴重、修復后達不到要求的電桿，應更換新型防凍漲電桿。

6 結束語

由于混凝土電桿造價低和便于施工等因素，目前線路施工中使用混凝土電桿仍然占有最大的比例。保證混凝土電桿的本體安全關系線路的安全運行，我們應在設計過程中和后期維護工作中采取有效措施，防止混凝土電桿因出現凍脹而威脅線路安全運行。