闫 生 郑丽敏

(河北省电力勘测设计研究院，河北 石家庄 050031)

随着我国电力事业的迅猛发展，大量电厂送出线路须通过滨海滩涂，线路铁塔桩基础受海水或盐渍土腐蚀，产生不同于内陆地区塔基的腐蚀破坏。一旦发生事故，往往会造成较大损失，基础受损后也不易更换修复。近年来混凝土受硫酸盐侵蚀病害或钢筋氯盐锈蚀病害日益严重，而对输电线路灌注桩基础治理上述病害的理论认识和技术路线还不够完备，治理效果往往事倍功半，收效甚微。近年来，随着我国特高压输电线路工程建设的深入，铁塔基础防腐问题变得越来越突出，并且得到业内人士越来越多的关注。目前灌注桩基础防腐措施各有其侧重点，但均未具体对沿海腐蚀地区灌注桩的应用情况及其防腐措施给出明确的结论，建议的防腐措施和防腐工艺单一，防腐方案造价较高，推广应用性不佳。本文针对几种常用的灌注桩基础防腐措施进行了经济性分析，从而提出了一种经济合理的防腐措施。

1 腐蚀机理的研究

灌注桩基础主要的破坏形式有钢筋的锈蚀和桩基混凝土的劣化。根据不同的钢筋腐蚀形式，钢筋腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两种，对于钢混构件中的钢筋，其主要的腐蚀形式为电化学腐蚀。电化学腐蚀两个必备条件为:其一，钢筋阳极部位的表面处于活性状态，释放电子;其二，钢筋阴极部位的表面存在足够的水和氧气。当周边环境为潮湿状态时，钢筋表面一直存在水膜与溶于水膜中的氧气。Cl-所起的作用主要有以下三方面:1)破坏钝化膜;2)Cl-的阳极去极化作用;3)Cl-的导电作用。由此可知，钢筋锈蚀的前提是:1)必须有电解质(水+离子);2)必须有氧气。因此，相应的阻锈的方法就是:隔绝水和隔绝氧。硫酸盐侵蚀可使水泥水化物转变为无胶凝能力的碳硫硅钙石，当溶解时pH 值较低时，侵入到混凝土内的硫酸根离子与水化硅酸钙反应生成石膏与无定型硅酸，从而会使混凝土丧失粘结性，其强度降低。硫酸盐侵蚀会导致混凝土性能的劣化，其主要的表现形式为:膨胀开裂、强度损失、表面软化、表面剥落与质量损失。氯离子腐蚀主要分布在东部沿海;西北地区的盐渍土中硫酸盐腐蚀和氯离子腐蚀大都同时存在;中性作用、碳化作用、碱骨料反应则广泛存在于混凝土构件。

2 几种不同的灌注桩防腐措施

腐蚀介质对构件的腐蚀是由外向内进行的，混凝土抗渗性能对腐蚀的速度有重要影响;另外，混凝土抗渗性又取决于混凝土密实度，水灰比与水泥用量对混凝土的密实度起控制作用;其中，水灰比起主要作用，水灰比与炭化系数也近似成线性关系。

2.1 对材料方面的要求

1)水泥。与普通的硅酸盐水泥相比，抗硫酸盐硅酸盐水泥铝酸三钙(C3A)的含量受到限制，规范GB 748—2005 抗硫酸盐硅酸盐水泥有关条文规定:中抗硫酸盐水泥的C3A 含量不得超过5%，高抗硫酸盐水泥的C3A 含量不得超过3%。JTJ 275—2000 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范却未推荐抗硫酸盐类水泥。经过研究表明，由于过早的接触地下水灌注桩混凝土，抗硫酸盐水泥代替普通硅酸盐水泥没有明显提高抗硫酸盐侵蚀的能力，而且抗硫酸盐水泥的抵抗氯离子侵入的性能较差。而且，在干湿交替的恶劣环境中，抗硫酸盐水泥混凝土的抗侵蚀性能并不比普硅水泥混凝土效果好。此外，抗硫酸盐水泥混凝土较普硅水泥混凝土价格高出50%以上，经济性也较差。2)掺合料。磨细高炉矿渣细度对活性指数影响很大，按规范要求其细度必须不小于4 000 cm2/g。混凝土中磨细矿渣掺量大于胶凝材料总量的50%时，可明显提高混凝土抗氯离子的渗透性。普通硅酸盐水泥，由于其本身掺有不大于15%的掺合料，规范要求其不宜小于胶凝材料总量的40%。由此可知:矿粉、粉煤灰两者按大概1∶1 比例复掺，取长补短，强度发展适中，防腐效果显著。因此，建议采用粉煤灰+磨细高炉矿渣+硅灰掺入混凝土中，以改善混凝土的性能，特别可改善混凝土的抗氯离子渗透性，可显著提高混凝土的护筋性能。3)防腐外加剂。根据国标GB 8075—2005 混凝土外加剂定义、分类、命名与术语，定义外加剂为:混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中而掺放，可用于改善混凝土的性能的物质，掺量不大于水泥质量的5%。规范中列出了20 余种外加剂，但并没有防腐剂，更没有相关检测标准。4)环氧涂层钢筋。环氧涂层钢筋表面光滑，胶结—摩阻力较低，咬合作用容易滑脱，粘结性能较弱，粘结强度较低。试验研究表明:无粘结涂层钢筋相比，有涂层钢筋的粘结锚固强度可降低约10%。

2.2 不同桩型的比较

1)布袋桩。布袋桩适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土等土层中，也可用于砂土层与全风化岩层中。布袋桩也能承受一定的垂直荷载与水平荷载，可用作新建工程的桩基础，还可应用于地基加固和基础补强工程。这种工艺相较于常规灌注桩，在施工方面增加了两个工序:下沉防腐袋与注排浆，施工工艺略复杂。由于长桩内袋注浆过程中的活塞效应影响，施工难度相对较大，增加了工料机的费用，因此，在经济效益方面布袋桩较普通混凝土桩无优势。2)预制方桩。预制方桩的防腐蚀措施大都在预制过程中就可以结束，方桩基础的配筋是正常配筋，具有一定的韧性，破坏为延性破坏。预制方桩为实心桩，只需考虑桩身外表面腐蚀情况，而这方面处理起来较为简单，增加保护层厚度、刷防腐涂料等都可以解决。预制方桩的施工较为简便，施工速率高，可以节约施工时间，降本增效。3)预应力管桩。预应力管桩基础本体造价较高，且由于管桩基础采用预应力筋，其破坏过程属于脆性破坏，危害较大。管桩基础在滨海强中腐蚀地区使用时的防护措施复杂，任何一环出现问题都会使管桩基础出现脆性破坏，危害输电铁塔安全，且防护措施的防护效果难以按要求实现、不易监测。

3 典型塔基础防腐方案经济性比较

通过对不同桩型及防腐措施的研究，本文对灌注桩、预制方桩、布袋桩进行经济性对比，针对典型的塔型(5E3-SZ2，5E3-SJ1)、地下水丰富、强中腐蚀等资料，设计计算了灌注桩基础、预制方桩基础、布袋桩基础，并进行了不同桩型防护方案比较。

3.1 选用5E3-SZ2 直线塔比较

1)设计尺寸及材料用量见表1。2)技术经济分析见表2，表3。

表1 5E3-SZ2 三种桩基础本体材料量/基

表2 5E3-SZ2 中腐蚀环境下三种桩型技术经济比较

表3 5E3-SZ2 强腐蚀环境下两种桩型技术经济比较

由表2 可以看出中等腐蚀地区，预制方桩造价为灌注桩基础造价的1.12 倍，布袋桩造价为灌注桩基础造价的1.26 倍，因此推荐中腐蚀地区首选掺加防腐剂的灌注桩基础。

由表3 可以看出强腐蚀地区，布袋桩造价为预制方桩基础造价的1.11 倍，因此推荐强腐蚀地区首选布袋桩基础。

3.2 选用5E3-SJ1 转角塔比较

1)设计尺寸及材料用量见表4。

表4 5E3-SJ1 三种桩基础本体材料量/基

2)技术经济分析见表5，表6。

表5 5E3-SJ1 中腐蚀环境下三种桩型技术经济比较

由表5 可以看出中等腐蚀地区，预制方桩造价为灌注桩基础造价的1.31 倍，布袋桩造价为灌注桩基础造价的1.15 倍，因此推荐中腐蚀地区首选掺加防腐剂的灌注桩基础。

由表6 可以看出强腐蚀地区，布袋桩造价为预制方桩基础造价的1.17 倍，因此推荐强腐蚀地区首选布袋桩基础。

4 结语

本文从腐蚀机理出发对输电线路灌注桩基础主要防腐措施进行了对比。对水泥、掺合料、防腐外加剂、环氧涂层钢筋等基本材料的防腐要求进行了详细介绍;对不同桩型的防腐性能及施工点进行了比较。对典型的直线塔及耐张塔进行了经济性比较，经比较在强、中腐蚀地区灌注桩基础的防腐方案，与常规方案相比，具有明显的经济优势。以典型500 kV 双回铁塔为例，中等腐蚀地区直线塔灌注桩基础推荐方案较常规方案最多可节省造价约12%，耐张塔桩基础推荐方案较常规方案最多可节省造价15%左右;强腐蚀地区直线塔灌注桩基础推荐方案较常规方案最多可节省造价约11%，耐张塔桩基础推荐方案较常规方案最多可节省造价17%左右。从全寿命周期管理角度讲，还节省了常规方案维护修补费用，经济效益非常可观。