淺析榆林地區配電網線路桿塔裂紋處理辦法

國網陜西省榆林市榆陽區供電公司 萬 榮

榆林地區位于黃河中游、陜西省最北部，地處陜甘寧蒙晉五省區交界接壤地帶，位于東經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，北鄰內蒙，南接本省延安市。榆林地貌大體以長城為界，北部為風沙區，占榆林總面積的42%；南部為黃土區，占榆林總面積的58%。全區平均海拔高度一般在1000～1500米內，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，風蝕沙化和水土流失嚴重，是黃河中上游水土流失最嚴重的地區之一。風沙侵蝕情況比較嚴重。

榆林地區地處干旱半干旱氣候區，經過統計近60年的氣溫資料分析得出，榆林地區多年平均氣溫約8.4攝氏度，年內月均溫度最大值與最小值的極差基本均為30攝氏度以上，極差最大時達到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，表明年內溫差較大，年均溫度變化及其五年滑動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 導致裂紋產生缺陷/病害的原因

1.1 產品設計原因

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

螺旋筋的選用和布置不當。電桿在生產單位生產存儲過程中要進行吊運、組垛，運輸、安裝過程中同樣要吊運、堆放，且很難避免輕微碰撞的發生，因此在預應力混凝土電桿鋼筋骨架外側合理布置螺旋筋就顯得尤為重要。根據相關生產企業的生產經驗，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 產品生產過程原因

混凝土脫模強度偏低。混凝土電桿脫模時混凝土抗壓強度應不低于設計混凝土強度等級值的60%，預應力混凝土電桿脫模時混凝土抗壓強度應不低于設計混凝土強度等級值的70%，如預應力混凝土電桿設計混凝土強度等級為C50，則混凝土脫模抗壓強度應達到或超過35MPa。預應力混凝土電桿脫模放張時，若混凝土脫模抗壓強度過低則電桿稍部容易壓彎，稍部混凝土則因壓應力過大而產生微裂紋，這種彎曲和微裂紋較易觀察，一般可在廠內檢驗時發現。但如混凝土脫模抗壓強度僅是稍低于設計強度的70%，雖不會造成電桿彎曲，不過稍部混凝土仍會有輕微的微裂紋產生，一般肉眼難以觀測，在今后存儲、運輸、安裝過程中如操作不當或發生碰撞就會造成微裂紋不斷擴大，進而影響電網運行安全[3]。

主筋下料長度相對誤差偏大。GB4623-2014《環形混凝土電桿》標準規定預應力鋼筋調制下料后，其下料長度相對誤差應不大于鋼筋長度的1.5/10000，否則將造成同一根電桿中間主筋放張后對混凝土產生的預壓應力不均勻，最終導致電桿彎曲或產生輕微裂紋；主筋分部不均勻；鋼筋放張不均勻。

1.3 電桿存儲、施工安裝過程原因

電桿存儲過程中堆放過高或吊裝過程中發生碰撞，極易在桿身上產生縱向裂紋。通過試驗驗證，預應力混凝土電桿稍徑190mm、長度15m以下電桿如果組垛堆放層數達到6層，則底層電桿極易在存儲過程中產生縱裂；而操作人員為了較少吊裝作業一次吊裝多根電桿很容易在電桿起吊過程中發生碰撞，從而在桿身上產生縱向裂紋；電桿卸車時措施不當，從車上自由滾下后與地面電桿發生碰撞，會立即產生寬度約為0.5～1mm的縱向裂紋，一般次日就會愈合，該類電桿在運行過程中裂紋會逐步擴大。

1.4 電桿運行環境的影響

電桿運行過程中混凝土性能惡化造成電桿產生裂紋。鹽堿化地區地下水與土壤中鹽類通過毛細作用侵入電桿混凝土中，當上升至地面以上一定高度時，混凝土會引發化學侵蝕和物理破壞。混凝土電桿頂部應用混凝土或砂漿封實，如電桿頂部沒有封實或封實不好，雨、雪水侵入使電桿空腔沖水或地下水侵入空腔、又無法及時排除的話，在寒冷的冬季經過反復凍融循環，則會造成電桿底部出現裂紋[4]。

電桿鋼筋銹蝕引發電桿裂紋。榆林地區溫差大，風沙侵蝕比較嚴重較易發生桿塔裂紋，加之地下水通過毛細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生銹蝕，而銹蝕產生的膨脹作用使混凝土開裂；特殊原因的導致混凝土電桿損壞。如：2008年和2012年2次特大冰雪災害襲擊我國部分地區，使得正在服役中的電桿受到不同程度的損壞，運行至今的桿塔較易發生再生化龜裂，極大地威脅所在地區電力系統的安全穩定運行環境的影響。

2 針對混凝土電桿裂紋的修補、加固及防腐設計

2.1 生產階段缺陷的修復

根據GB4623-2014《環形混凝土電桿》的要求，對產生缺陷的電桿采用下列方法修復。

表面裂縫的修復。寬度小于0.05mm的微細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涂料涂敷于裂紋表面，防止水分與潮氣侵入，起密閉保護作用。寬度大于0.05mm的裂縫采用嵌入粘結性強、力學強度高并有較好韌性和耐老化性優良的修補材料(如水泥制品修補膏或早強型聚合物水泥砂漿)，嵌實刮平，LD型線桿專用加固防護涂料涂敷于裂紋表面修補。

漏漿、局部損傷等缺陷的修復。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：將缺陷部位清理干凈后，用上述修補材料抹實找平；麻面、粘皮的修復。對缺陷深度大于1mm的部位，用聚合物水泥砂漿修補找平，再在表面涂刷1～2道LD高分子線路加固專用防護涂料。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涂料修復。

2.2 在役混凝土電桿（構架）缺陷和病害的修補、補強加固

經多年統計分析得出：運行中線桿裂縫發生的部位一般在地面以上2m左右到橫擔以下距離以內，橫擔以上因不受力故而很少發生裂縫，以縱裂為主、網裂與橫裂較少。混凝土表面發白、起皮、析霜，裂縫中嵌有白色的鹽類與流漿。敲打時混凝土聲音發啞、有疏松感，并呈粉沫狀脫落。混凝土碎塊中有時可見礫石的周圍被一層白色的鹽類包裹。

負壓常溫聚合物浸漬法：適用于寬度在0.2mm以下的細、淺而多的裂縫。在欲處理區清除浮灰后，用PE塑料薄膜密封，然后利用負壓苯乙烯-不飽和樹脂-甲基丙烯酸甲酯浸漬液，經一段時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，恢復了開裂電桿的整體性。該法適用于因現場堆放不當產生的環向裂縫修補，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備與動力，只要選擇合適的塑料軟帶或薄膜與膠粘劑，將欲修補的裂縫封閉在內、只留上開口，逐漸注入預先配好的單體即可。應用LD-1線桿加固高分子材料在常溫下經一定時間聚合成固態物，并與裂縫兩側緊緊粘結在一起，不僅對裂縫起了封閉作用，其裂縫兩側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。

寬度0.5mm以上的裂縫采用鑿槽修補法：剔除縫兩側疏松混凝土，清除干凈后，嵌入膏狀的建筑結構膠粘劑或早強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；露石麻面的修復：電桿由于運輸不當或運行電桿由于受大氣風化和侵蝕造成的露石現象。輕度的可用聚合物水泥凈漿修復，嚴重的(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涂料修復。

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

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

2.3 修補方法

對兩側混凝土仍堅硬的裂縫可參照前述裂縫處理法進行修補。對已起殼的疏松混凝土可用聚合物水泥砂漿加筋進行修補、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行修復、補強。

3 優化設計

3.1 包鋼板條加固

該方法施工快速，現場無濕作業或僅有抹灰等少量濕作業，對生產和生活影響小，且加固后對原結構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境中的受彎或受拉構件的加固；黏鋼在建筑施工中已廣泛使用，對混凝土梁板柱加固達到較好的效果。鋼材是易導電體，桿塔普遍在鄉村地區，環境復雜，加之電力桿塔帶電環境下作業有不安全因素；造價高，普通黏接劑很難達到圓形水泥電線桿設計要求，環箍很難和圓形水泥桿結合。

鋼材易腐蝕影響受力，鋼板圈雖經防腐處理，但在嚴酷的自然環境中防腐漆很快會老化脫落，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，雨水會通過水泥滲透到鋼板圈，也會加速鋼板圈的腐蝕。鋼板圈的腐蝕降低了對接處的強度，對水泥電桿造成安全隱患。

3.2 碳纖維加固

碳纖維的抗拉強度極高，是普通鋼材的10～15倍；耐酸堿、抗腐蝕，適宜在惡劣環境中服役，與結構膠配合使用能阻止有害介質浸滲，對內部結構起保護作用；比重輕，基本不增加構件自重，不改變構件截面尺寸；碳纖維是較好的導電體，在高電壓帶電區域內使用易造成觸電、短路等安全事故，對以后使用過程中也會產生安全隱患。

最佳、最經濟的首選方法就是在不停電情況下作業。混凝土桿塔加固中應遵循的原則維護為：加固方案應簡單易行、安全可靠、經濟合理加固施工應盡量不影響生產、工作，不造成線路停電；充分利用和發揮原桿塔的有效部分和功能；恢復桿塔各構件的強度、剛度甚至提高其設計承載力，抗腐蝕性能，延長線路桿塔的使用壽命；妥善安排施工計劃工藝和施工方法，確保加固部分與本體結構共同受力；不改變桿塔構的尺寸、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涂料修復方案。LD型線路桿塔專用高分子防護涂料具有特性：粘接力強、拉伸強度大、彈性大；超強的耐酸堿性、耐侯性和耐壓縮變形性，耐酸堿性可達35%；優異的耐高低溫性能，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封閉橡膠彈性體；涂料可調各種顏色，色彩保持度持久性強，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合成的纖維，具有強度高、彈性模量高、柔韌、重量輕、耐腐蝕、熱穩定性好和不導電（是電場、磁場的絕緣體，不會對電場、磁場產生干擾，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：對中度受損的水泥桿先進行鑿毛處理，用角磨機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實的部位；對暴露銹蝕的鋼筋、鐵箍進行打磨除銹，除銹完畢后涂刷阻銹環氧樹脂，將水泥桿缺陷的部位用水泥砂漿填補找平，裂縫部位用裂縫修補專用膠屏蔽填實；涂刷LD型線路桿塔專用高分子防護涂料，沿水泥桿縱向粘貼芳綸纖維將裂紋水泥桿部位環包，縱向粘貼完畢后環形粘貼寬200mm芳綸纖維；待膠粘劑完全穩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涂料作為加強保護層。

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，露堅實的水泥面，輕微的裂縫用裂縫修補專用膠屏蔽填實；用砂輪角磨機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；涂刷阻銹專用環氧樹脂二層，完畢后在外部涂抹2～3mm厚抗裂砂漿作為保護層。修復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行了電桿(15m長預應力電桿)裂紋的修補加固。結果表明裂縫已被粘合而恢復了強度，修補是有效的。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輸電線路不同位置的特征，采用有針對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，保證輸電網更加安全的穩定運行。