输电线路铁塔基础开裂原因分析及处理措施

2015-12-22王昌幼赵进军康宇斌金保康许建青

电力安全技术 2015年12期

关键词：铁塔立柱灌浆

王昌幼，赵进军，康宇斌，金保康，许建青

（国网江苏省电力公司检修分公司，江苏苏州 215001)

输电线路铁塔基础开裂原因分析及处理措施

王昌幼，赵进军，康宇斌，金保康，许建青

（国网江苏省电力公司检修分公司，江苏苏州 215001)

输电线路铁塔基础经多年使用后，受材料、施工、荷载和环境等因素的影响，会产生大量开裂程度不同的裂缝。通过分析某500 kV输电线路基础开裂的原因，针对不同开裂程度制定了相应的处理方案，提出了相应的加固措施，具有实际的应用前景。

输电线路；铁塔基础；开裂；加固

0 前言

由于输电线路较长，沿线地质条件多变，铁塔基础易发生不均匀沉降；在基础结构制作安装误差、材料变异、野外施工困难等因素影响下，铁塔基础特别容易产生初始裂缝。同时由于地处野外，风荷载作用较大且风向不定，输电线路的拉、压杆角色经常变换，致使铁塔基础受荷反复变化，裂缝不断扩大；恶劣的自然环境还不断腐蚀铁塔基础钢筋。因此，当输电铁塔基础使用一定年限后，经常会出现比较严重的裂缝，且因钢筋腐蚀速率非常快，大大缩短了铁塔基础使用寿命。现对某地500 kV 5268斗熟线44号塔基础开裂的原因进行分析，并介绍相应的修复加固措施。

1 铁塔基础开裂概况

500 kV斗黄Ⅱ回路为1998年设计施工，1999年投运，至今运行已有15年。该线路经过2次开断，分为5268斗熟线、5655熟石线以及5913牌渡线3个运行段。巡视发现5268斗熟线44号塔基础4个基础腿均出现不同程度的开裂，其中1号基础(压腿)最严重(见图1)，裂缝宽度达到4 cm，裂缝沿立柱方向呈竖向分布，外侧主筋因混凝土开裂已经外露。开挖1号基础立柱的4个面查看，发现纵向裂缝向下最长延伸至约110 cm，但未延伸至底板，底板未见裂缝。

图1 1号基础裂缝

2 基础开裂原因分析

2.1 现场测量情况

现场测量铁塔根开、铁塔对角根开、基础顶面高差以及铁塔位移。

(1) 采用皮尺测量铁塔根开，测量点为双拼主材最下缀板上边缘中心点，测量数据如表1所示。

表1 铁塔根开的测量值

(2) 采用皮尺测量铁塔对角根开，测量点为塔腿第2层水平辅助材上边缘，测量数据如表2所示。

编号 1-3 2-4测量值，mm 16 930 16 920

(3) 采用塔尺、经纬仪测量基础顶面高差，测量点为立柱顶面，测量数据如表3所示。

表3 基础顶面高差的测量值

(4) 测量铁塔顶部偏移。铁塔塔顶中心向转角内侧偏移，测量值约30 mm。

(5) 施工记录显示，试块平均抗压强度为18.8 MPa。

2.2 开裂原因分析

(1) 根据测量结果看，铁塔的根开差值为20 mm，约为根开的1.6 ‰；铁塔对角根开差值为10 mm，约为根开的0.6 ‰；均满足施工验收规范的允许误差范围。铁塔倾斜30 mm，小于耐张塔挠度限值7 h‰=115.5 mm。铁塔整体变形值较小，运行情况良好，铁塔无运行安全隐患。

(2) 44号塔为JT2转角塔，1，2号基础为转角内侧受压基础，3，4号基础为转角外侧受拉基础，基础施工时做了预偏措施。根据施工验收记录，1，2号基础顶面预高值分别为48 mm，49 mm。经过多年运行，基础在荷载作用下可能发生沉降，高差变化的趋势理论上是受压基础受到较大压力的作用，沉降值大于受拉基础，基础彼此之间的高差会变小。但1号基础的实测高差比原施工记录还要大，说明原先1号基础的立柱顶面高大于施工记录值，这可能导致1号基础承受的压力实际上要大于2号基础承受的压力，从而导致1号基础的开裂情况比较严重。

(3) 经过现场查看，1号基础裂缝通贯立柱，上部呈破碎状，裂缝宽度约4 cm，有多条竖向裂缝向下延伸1 m以上；2号基础有1条45°斜向主裂缝，宽度约1 cm；3，4号基础开裂情况稍轻，裂缝宽约3 mm。1号基础露出的主筋有轻微锈蚀，箍筋锈蚀较严重。脱落的混凝土块色白，手感较轻，较松散，用小锤可以轻轻敲碎，可以看出其沙含量较高，水泥用量偏少，部分石子为白色的石灰石。这可能导致混凝土强度较低，在荷载作用下导致基础发生开裂。

(4) 从裂缝开裂方向来看，裂缝基本在保护帽上，从主材外侧加筋板向横向纵向延伸，至立柱顶面向外侧45°方向延伸。1号立柱外侧露出主筋距顶面有10 cm，与混凝土之间发生滑移。根据其破坏形态，基础破坏可初步判断为大偏心受压破坏。

因此，造成铁塔基础破坏的可能原因主要有以下几个。

(1) 1，2号基础顶面有高差，导致1号基础分配到的压力大于设计值。

(2) 基础混凝土水泥用量偏少和骨料强度较低，导致混凝土强度不足。

(3) 骨料中含有白色的石灰石(也可能是泥质细粒白云质灰岩和泥质细粒灰质白云岩)，发生碱化反应膨胀，导致混凝土开裂。基础带着裂缝工作，在荷载作用下，随着时间增加，裂缝进一步发展，最终因混凝土与钢筋的粘结强度不够，导致纵向钢筋滑移，基础受拉区破坏。

3 基础开裂处理方案

根据调研结果，提出以下处理方案。

(1) 3，4号基础裂缝较小，可继续使用，但须采取措施阻止裂缝的继续发展。

(2) 2号基础有1条主裂缝贯穿立柱且裂缝宽度较大，应修复裂缝，阻止裂缝继续扩大，使其能继续安全运行。

(3) 1号基础多条裂缝贯穿立柱，立柱受大偏压作用，上部呈破碎状；根据开挖情况，立柱下部至底板情况较好，未见裂缝，可对基础裂缝进行修复或重新浇制，以阻止裂缝继续扩大，满足以后的运行安全要求。受压基础受压区未破坏，说明混凝土强度可以满足局部承压；只要对立柱裂缝进行修复，且侧向能提供足够的压应力，以阻止裂缝继续扩大，基础可满足运行安全要求。

裂缝修补的依据由裂缝调查、原因分析及危害性评定，其修补范围、方法及材料的选择，主要由功能要求、开裂原因、裂缝形状、结构类型及环境条件等因素确定。本次加固目的是恢复和增强原柱结构的承载力和耐久性，使新加部分与原柱形成一个整体，可靠连接，达到联合工作要求。本着安全、经济、高效、便利的方针，可采用以下加固方法：

(1) 外贴钢板加固；

(2) 外包钢与植筋法结合加固。

4 基础开裂处理方法的实施

4.1 1号基础外贴钢板加固

4.1.1 外贴钢板

基础立柱外贴钢板构件采用螺栓连接整体固定，对裂缝进行灌浆，将螺栓拧紧对立柱施加压力，可有效阻止裂缝扩大。

外贴钢板以实际测量尺寸进行设计、加工。外贴钢板与混凝土之间涂刷专门配制的结构胶粘剂，确保立柱的整体性能。结构胶粘剂的配制和使用应按产品使用说明书进行，在规定时间内使用完毕；拌好的结构胶粘剂应同时涂刷在钢板和混凝土粘合面上，确认无漏刷后即可将钢板与混凝土构件粘贴；粘贴后的胶层平均厚度控制在2-3 mm，胶层宜上厚下薄。加压完毕后，相临钢板间用螺栓固定。混凝土与钢板粘结的养护温度不低于15 ℃，经24 h固化后进行下道工序——压力注浆。

4.1.2 裂缝灌浆修补

当裂缝宽度大于3 mm时需进行灌浆修补，采用灌浆(亦称注浆)法加固基础，浆液可由聚合物水泥注浆料或环氧树脂等制成。较小的裂缝采用环氧树脂，用定压注射器自动注胶；较大的裂缝采用聚合物水泥注浆料，用机控压力注浆。灌浆前24 h，应充分湿润基础表面；灌浆前1 h，应吸干基础表面积水；灌浆时，日平均温度不应低于5 ℃。灌浆完成的部分应及时喷洒养护剂或覆盖塑料薄膜，或加盖湿草袋保持湿润。当灌浆料表面不便浇水时，可喷洒养护剂，灌浆料应保持在湿润状态，养护时间不得少于7天。

外贴钢板加固基础如图2-4所示。

4.2 2号基础外包钢与植筋法结合加固

4.2.1 开挖及清洗基础

将基础立柱四周开挖至基础大板顶面，根据基础裂缝情况采取挖机和人工挖掘配合方式，现场要密切观察裂缝发展情况，防止塌方。开挖后及时清理干净立柱面和顶面，水泥基灌浆材料接触的混凝土表面应充分凿毛，剔除酥松的混凝土，清除所有碎石、粉尘及其他杂物。

图2 外贴钢板加固(立面)

图3 外贴钢板加固(顶面)

图4 外贴钢板加固后的基础

4.2.2 制作扁钢抱箍、钢筋网及浇筑混凝土

立柱外用10 mm×100 mm扁钢制作3道抱箍进行加固，间距按立柱长度平均分布，扁钢采用现场搭接焊，搭接长度200 mm、焊缝高度10 mm。竖向采用Φ16钢筋网与抱箍焊接，并植入底板长度不少于580 mm。基础顶面横向采用Φ8圆钢制作间距为150 mm的钢筋网，钢筋纵横之间应绑扎牢靠。裂缝灌浆修补后，在立柱四周及顶面浇筑C20混凝土，立柱侧面厚120 mm，立柱顶面厚100 mm。

基础加固如图5所示。

4.3 3，4号基础的加固

由于3，4号基础裂缝较小，在允许范围可继续使用，但在实际中应参照2号基础进行加固。