鋼筋混凝土電桿斷裂原因分析

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(1. 國網湖南省電力公司電力科學研究院, 長沙 410007; 2. 湖南省湘電鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司, 長沙 410004)

鋼筋混凝土電桿斷裂原因分析

熊亮1,2,萬克洋1,2,劉蛟蛟1,2,曹智2

(1. 國網湖南省電力公司電力科學研究院, 長沙 410007; 2. 湖南省湘電鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司, 長沙 410004)

某變電站兩根鋼筋混凝土電桿突然斷裂倒塌，造成變壓器及相關設備損壞。采用宏觀檢查、卵石粒徑和螺旋筋尺寸測量、預應力筋質量測量、力學性能測試、化學成分分析等方法，對鋼筋混凝土電桿的斷裂原因進行了分析。結果表明：預應力筋的抗拉強度、屈服強度、質量和化學成分不合格等嚴重的質量問題，以及電桿在施工安裝過程中埋深不足，是導致電桿斷裂失效的主要原因。

鋼筋混凝土；電桿；斷裂；質量問題；埋深

電力、通信的架空線路以及照明支柱需要數量眾多的電桿，早年較多使用木電桿，由于世界范圍內木材資源緊缺，木電桿已逐步被鋼筋混凝土電桿(俗稱水泥電桿)所取代[1]。近幾年來由于電力、通信的飛速發展和農村電網改造工程實施，鋼筋混凝土電桿的市場需求驟增，電桿生產廠家的數量也大量增加。市場需求的強勁再加上質量監管不夠，使得部分存在質量問題的產品進入市場，并出現質量糾紛事故。

某變電站兩根鋼筋混凝土電桿突然發生斷裂倒塌，造成變壓器及相關設備損壞。該電桿的直徑190 mm，長12 m，電桿內配18根直徑5 mm的預應力筋，水泥標號為525號，標準彎矩為E級，混凝土強度等級為C50，于2016年8月底安裝，使用時間不到4個月。筆者結合電桿斷裂的事故現場，從施工安裝和電桿質量方面分析電桿斷裂原因，為電桿的生產廠家和使用單位提供經驗和參考。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

宏觀觀察發現，兩根電桿均從根部折斷，見圖1，1號電桿根部到斷口距離為1.71 m，2號電桿根部到斷口距離為1.63 m。根據GB/T 4623-2014《環形混凝土電桿》[2]的要求，12 m長電桿支持點高度為2 m，而這兩根電桿的埋深均不足2 m。另外，2號電桿梢端混凝土與預應力筋全部剝離，兩者結合不良，見圖2。

圖1 鋼筋混凝土電桿倒塌現場Fig.1 Scene of collapsed reinforced concrete poles

圖2 2號電桿混凝土與預應力筋剝離形貌Fig.2 Stripping morphology of the concrete and prestressing tendons of No.2 pole

1.2 卵石粒徑和螺旋筋尺寸測量

測量兩根電桿的卵石粒徑和螺旋筋尺寸，結果見表1，GB/T 4623-2014的要求也同樣列于表1。1號電桿卵石的最大粒徑大于25 mm，且超過鋼筋凈距的3/4，不符合標準要求。2號電桿的螺旋筋外徑共測量5點，結果分別為2.7，2.8，2.9，2.7，3.0 mm，平均值為2.8 mm，也不符合標準要求。測量1號電桿的螺旋筋間距，有一處為340 mm，遠遠超過標準要求。

表1 卵石粒徑和螺旋筋尺寸測量結果Tab.1 Measurement results of grait diameter anddimension of spiral steel bars

1.3 預應力筋的質量測量

表2為兩根電桿預應力筋的質量測量值，1號電桿單根預應力筋的單位長度質量平均值為143.5 g·m-1，2號電桿單根預應力筋的單位長度質量平均值為142.4 g·m-1。依據廠家提供的電桿配筋選用表，每根電桿需要18根預應力筋，每根預應力筋長12 m，預應力筋的設計用量為33.081 kg。而依據表2所示的測量值對兩根電桿使用的預應力筋質量進行計算，結果如下：1號電桿實際使用的18根預應力筋質量為143.5 g·m-1×12 m×18根=30.996 kg，只有設計用量33.081 kg的93.7%，不合格；2號電桿實際使用的18根預應力筋質量為142.4 g·m-1×12 m×18根=30.758 4 kg，只有設計用量33.081 kg的93.0%，也不合格。

表2 預應力筋質量測量值Tab.2 Measurement results of weight for prestressing tendons

1.4 預應力筋力學性能測試

對兩根電桿預應力筋進行力學性能測試，結果見表3。預應力筋抗拉強度最大值為1 277 MPa，小于廠家提供的數據1 370 MPa；屈服強度最大值為555 MPa，未達到GB/T 5223-2002《預應力混凝土用鋼絲》[3]規定的最低等級屈服強度1 250 MPa。另外，依據GB/T 5223-2002，該型號鋼絲的抗拉強度分為5個等級，分別為1 470，1 570，1 670，1 770，1 860 MPa，而廠家選用的1 370 MPa等級鋼絲不在標準要求的范圍內，不合格。

表3 預應力筋的力學性能測試結果Tab.3 Testing results of mechanical properties forprestressing tendons

1.5 預應力筋化學成分分析

對兩根電桿預應力筋的化學成分進行分析，結果見表4。GB/T 5223-2002中7.1款要求“制造鋼絲用鋼的牌號和化學成分應符合YB/T 146的規定”，但1號電桿預應力筋的碳含量為0.87%(質量分數，下同)，超出YB/T 146-1998《預應力鋼絲及鋼絞線用熱軋盤條》[4]中碳含量要求的最高值0.85%。1號電桿預應力筋其余元素和2號電桿預應力筋的化學成分均符合YB/T 146-1998的要求。

表4 預應力筋化學成分分析結果(質量分數)Tab.4 Analysis results of chemical compositions ofprestressing tendons (mass fraction) %

1.6 混凝土抗壓強度檢測

采用超聲波回彈綜合法對兩根電桿的抗壓強度進行檢測，抗壓強度f依據CECS 02：2005《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程》[5]進行計算，公式如下

式中：v為聲速測量值；R為測區回彈值。

混凝土抗壓強度計算結果如表5所示，可見兩根電桿混凝土的抗壓強度符合標準要求。

表5 混凝土抗壓強度檢測結果Tab.5 Inspection results of compression strength of the concrete

2 分析與討論

環形混凝土電桿生產的原材料是水泥、鋼筋、卵石、河砂等。卵石粒徑過大，加之混凝土與鋼筋結合不良，會影響混凝土的強度及和易性，從而使電桿的力學性能達不到標準要求。

螺旋筋尺寸超過標準要求，會使螺旋筋內的抗拉力小于螺旋筋內所包裹的混凝土內應力，導致混凝土表面出現裂紋等缺陷。

預應力筋質量、力學性能和化學成分不合格，以及施工時電桿埋深不足，會影響混凝土內主筋的工作性能，也會影響環形混凝土電桿的力學性能，導致鋼筋的張力達不到使用標準要求，容易發生撓度超標和彎曲度超標的問題。

3 結論及建議

(1) 預應力筋抗拉強度、屈服強度、質量和成分不合格等嚴重的質量問題，以及電桿在施工安裝過程中埋深不足，是導致這兩根鋼筋混凝土電桿斷裂失效的主要原因。

(2) 在鋼筋混凝土電桿的生產過程中，必須根據國家標準確定認可的施工配合比嚴格進行配料，并定期對配合比的執行情況進行檢查和監督[6]；同時，在生產操作過程中嚴格按照生產工藝的規定來進行操作，確保混凝土攪拌時間，并保證鋼筋、混凝土等性能參數。

(3) 建議加強鋼筋混凝土電桿的質量檢測能力建設，從原材料進廠復檢到成品出廠檢測要全面檢測管控。應當配備砂石、水泥、混凝土試配、混凝土強度、標準養護室、鋼筋力學性能、電桿力學性能等檢測試驗設備，同時配備經培訓取證的檢測人員，保證用數據說話，而不是憑經驗判斷產品合格與否。

[1] 徐乃欣. 鋼筋混凝土電桿的腐蝕及防護[J].腐蝕與防護,2000,21(11):509-510.

[2] GB/T 4623-2014 環形混凝土電桿[S].

[3] GB/T 5223-2002 預應力混凝土用鋼絲[S].

[4] YB/T 146-1998 預應力鋼絲及鋼絞線用熱軋盤條[S].

[5] CECS 02：2005 超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程[S].

[6] 楊永超.環形預應力混凝土電桿的質量控制措施分析[J].企業技術開發,2011,30(12):147-148.

ReasonAnalysisonFractureofReinforcedConcretePoles

XIONGLiang1,2,WANKeyang1,2,LIUJiaojiao1,2,CAOZhi2

(1. State Grid Hunan Electric Power Company Research Institute, Changsha 410007, China; 2. Hunan Xiangdian Boiler Pressure Vessel Tests Center Co., Ltd., Changsha 410004, China)

Two reinforced concrete poles in one substation fractured and collapsed suddenly, causing damage to the transformer and related equipments. Fracture reasons of reinforced concrete poles were analyzed by macro observation, measurement of cobblestone diameter and dimension of spiral steel bars, weigh measurement, mechanical property testing, chemical composition analysis of prestressing tendons and so on. The results show that: the serious quality problems such as disqualification of tensile strength, yield strength, weight and chemical compositions of prestressing tendons, and insufficient installation depth of the poles in the construction process gave rise to the fracture failure of the poles.

reinforced concrete; pole; fracture; quality problem; installation depth

10.11973/lhjy-wl201711014

TU757

B

1001-4012(2017)11-0826-03

2017-02-25

熊 亮(1983-)，男，高級工程師，碩士，主要從事材料失效原因分析、壽命評價方面的研究，abcd4858@163.com