非拉線環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土電桿倒桿原因及補(bǔ)強(qiáng)方案研究

季 坤，陳安生

安徽省電力公司生產(chǎn)技術(shù)部，安徽合肥，230601

1 倒桿經(jīng)過(guò)

某局110 kV線路桿塔型式采用耐張桿為鐵塔，直線桿沿規(guī)劃道路使用非拉線預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)水泥桿。線路為同桿雙回。2012年5月底，11#～19#共九基高強(qiáng)水泥桿突然倒桿，10#高強(qiáng)水泥桿彎曲。該線路7#～20#為同一耐張段，其中9#～19#直線桿塔為同型號(hào)高強(qiáng)水泥桿。

事發(fā)時(shí)該地區(qū)為暴雨天氣，氣象局資料顯示，風(fēng)速15 m/s，現(xiàn)場(chǎng)僅有一根樹(shù)枝發(fā)生了倒塌。而此線路高強(qiáng)水泥桿是按25 m/s風(fēng)速設(shè)計(jì)，于2006年建設(shè)投產(chǎn)的。可見(jiàn)，此批高強(qiáng)水泥桿在遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)載荷時(shí)就失效了。

失效直線高強(qiáng)水泥電桿，桿根連接為法蘭連接，桿段之間采用氣焊焊接方式，現(xiàn)場(chǎng)斷桿均為焊接處斷裂，根部基礎(chǔ)完好。

2 環(huán)形預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度水泥電桿使用概況

高強(qiáng)度部分預(yù)應(yīng)力混凝土桿是將預(yù)應(yīng)力鋼絲與普通鋼筋合理配合，以高標(biāo)號(hào)混凝土(C60)膠結(jié)離心形成的復(fù)合鋼筋混凝土構(gòu)件，強(qiáng)度高，具有良好的抗彎、抗裂能力，桿段間通過(guò)鋼板圈對(duì)接焊連接。該桿型外形美觀，防腐、防盜性好，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便，造價(jià)低(較鋼管桿造價(jià)低35%)，因其占地小，不需要拉線，特別適合在城市道路兩旁使用。該桿型可批量化工廠加工，質(zhì)量和工期易保證，在110 kV及以下電壓等級(jí)輸電線路中得到廣泛應(yīng)用。

3 原因分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，九基高強(qiáng)水泥桿倒桿全是斷裂在電桿鋼圈焊接接頭處。從照片上可以看出，焊縫有嚴(yán)重未熔合缺陷，甚至大部分坡口上沒(méi)有熔融跡象，說(shuō)明焊接接頭大部分是虛焊的，另外焊縫根部沒(méi)有焊接?？梢钥隙ǖ氖怯捎阡撊附咏宇^的強(qiáng)度不足，導(dǎo)致結(jié)合面強(qiáng)度不足，是本次倒桿事故的內(nèi)因。事故發(fā)生時(shí)的大風(fēng)所導(dǎo)致的載荷，是本次倒桿事故的外因。

從現(xiàn)場(chǎng)斷口來(lái)看，焊接質(zhì)量特別差，非常罕見(jiàn)。采用氣焊焊接焊縫，也是焊接質(zhì)量不能得到有效保證的一個(gè)因素。

3.2 原因分析

經(jīng)對(duì)高強(qiáng)水泥桿制造廠家調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)水泥桿的預(yù)應(yīng)力鋼筋、水泥化學(xué)成分、力學(xué)性能都沒(méi)有問(wèn)題。水泥桿選型是經(jīng)過(guò)論證的。但是當(dāng)初論證時(shí)，水泥桿連接是采用電焊焊接的。對(duì)施工單位調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施工驗(yàn)收階段對(duì)鋼圈的焊接驗(yàn)收不包含內(nèi)部質(zhì)量的檢驗(yàn)。從設(shè)計(jì)單位得知，以前的設(shè)計(jì)采用拉線桿，而現(xiàn)在使用非拉線桿，由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程對(duì)此未有明確規(guī)定，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)此缺乏考慮。

可見(jiàn)，此次倒桿共有兩個(gè)方面的原因：一是設(shè)計(jì)，二是施工。

3.2.1 設(shè)計(jì)原因

設(shè)計(jì)時(shí)，未把鋼圈接頭按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒(méi)有明確此焊縫為鋼結(jié)構(gòu)二級(jí)焊縫。電桿改為非拉線桿后，電桿的實(shí)際受力為受彎和受拉。據(jù)DL/T5092-1999《110-500 kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，各種焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定確定。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，在需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡對(duì)接焊縫均應(yīng)焊透，質(zhì)量等級(jí)最低為二級(jí)；在不需要計(jì)算疲勞的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的對(duì)接焊縫應(yīng)予焊透，其質(zhì)量等級(jí)當(dāng)受拉時(shí)應(yīng)不低于二級(jí)，受壓時(shí)宜為二級(jí)。根據(jù)GB/T4623-2006《環(huán)形混凝土電桿》規(guī)定，電桿接頭強(qiáng)度不得低于接頭處斷面承載能力。因此，對(duì)現(xiàn)有輸電線路非拉線高強(qiáng)水泥桿鋼圈焊接接頭應(yīng)視為二級(jí)焊縫進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝和驗(yàn)收。而根據(jù)GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定，設(shè)計(jì)要求全焊透的一、二級(jí)焊縫應(yīng)采用超聲波探傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)。對(duì)此，設(shè)計(jì)單位應(yīng)明確寫(xiě)在設(shè)計(jì)文件中。

3.2.2 施工原因

施工中，焊工沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的焊接技術(shù)培訓(xùn)，僅取得國(guó)家安監(jiān)部門(mén)的焊工證(中華人民共和國(guó)特種作業(yè)操作證書(shū))。而按DL/T679-1999《焊工技術(shù)考核規(guī)程》規(guī)定，焊工焊接承重鋼結(jié)構(gòu)(包括輸、變電金屬構(gòu)架)，在正式施焊前必須按本規(guī)程規(guī)定經(jīng)技術(shù)考核合格并取得相應(yīng)的合格證。此規(guī)程還規(guī)定，應(yīng)取得Ⅲ類(lèi)焊工資質(zhì)方可焊接鋼結(jié)構(gòu)。按此規(guī)程規(guī)定考核的焊工，只能在已取得的相應(yīng)焊接資格允許的位置下進(jìn)行焊接，如平、橫、立、仰不同位置。而此焊工很明顯沒(méi)有接受立焊焊接技術(shù)的培訓(xùn)。立焊時(shí)，焊縫熔池內(nèi)的金屬會(huì)由于重力作用向下流，焊工技巧不足，極容易出現(xiàn)未熔合缺陷。對(duì)輸、變電金屬構(gòu)架進(jìn)行焊接時(shí)，未能?chē)?yán)格遵守電力行業(yè)《焊工技術(shù)考核規(guī)程》，是倒桿事故發(fā)生的一個(gè)重要原因。

另外，GB50233-2005《110～500 kV架空送電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》中，僅對(duì)鋼圈焊縫外觀質(zhì)量做了要求，未對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量明確要求。但是，從焊縫外觀質(zhì)量要求來(lái)看，母材咬邊深度不得大于0.5 mm，且不得超過(guò)圓周長(zhǎng)的10%，表面不允許裂縫，焊縫不允許不足。從規(guī)范來(lái)看，焊縫是要求全焊，且要焊透。但遺憾的是此規(guī)范未對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行明確要求。可見(jiàn)這部分內(nèi)容的規(guī)定非常不合理、不科學(xué)、不規(guī)范。從質(zhì)量控制體系來(lái)看，制造、施工質(zhì)量驗(yàn)收應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。而GB50233不管設(shè)計(jì)是按一級(jí)、二級(jí)還是三級(jí)，以及設(shè)計(jì)規(guī)范與否，僅要求焊縫外觀合格，是不合適的，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。從這個(gè)角度來(lái)看，這部分內(nèi)容的規(guī)定與GB50205《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》存在沖突。

4 焊接質(zhì)量檢查分析

由于此次倒桿事故的產(chǎn)生原因具有一定的共性，某省公司立即組織對(duì)全省在運(yùn)行110 kV高強(qiáng)水泥桿鋼圈焊接接頭進(jìn)行焊縫質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)。從抽查的31基水泥桿鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢測(cè)結(jié)果來(lái)看檢測(cè)結(jié)果不樂(lè)觀，31基鋼圈焊接接頭中有22基有未熔合、未焊透等超標(biāo)缺陷，抽查不合格率為71.0%。而未熔合缺陷，等同于裂紋的危害；未焊透缺陷不但削弱了焊縫的有效厚度，而且導(dǎo)致根部應(yīng)力集中，易產(chǎn)生裂紋。因此，此類(lèi)焊縫，不能保證長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

據(jù)排查，全省在運(yùn)行110 kV環(huán)形預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)水泥桿共有733基，針對(duì)如此數(shù)量的水泥桿有必要考慮對(duì)鋼圈接頭進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或更換。從各方面來(lái)考慮，現(xiàn)階段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)該是最理想的方案。

5 高強(qiáng)水泥桿補(bǔ)強(qiáng)方案

5.1 補(bǔ)強(qiáng)方案

加固補(bǔ)強(qiáng)方案的優(yōu)劣，首先應(yīng)把是否具有施工作業(yè)方便性作為必要條件。加固方案應(yīng)能體現(xiàn)加固工作所要求的短、平、快、省、優(yōu)的特點(diǎn)。

針對(duì)目前高強(qiáng)度部分預(yù)應(yīng)力混凝土桿段之間鋼箍對(duì)接處焊接面存在未焊透、未熔焊以及焊高不足等質(zhì)量問(wèn)題和隱患，可以采取的補(bǔ)強(qiáng)措施主要為以下三種方式：在鋼箍處采用鋼圈抱箍加強(qiáng)；在鋼箍處采用碳纖維布纏繞包裹加強(qiáng)；在鋼箍處采用鋼板或型鋼焊接加強(qiáng)。

其中，第三種補(bǔ)強(qiáng)方式構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工時(shí)基本不影響桿塔正常使用，但必須在已建桿塔上進(jìn)行焊接作業(yè)?？紤]桿身上工作面狹小，同時(shí)必須進(jìn)行高空焊接工作，一方面焊接工作實(shí)施困難，另一方面不可避免地存在焊接設(shè)備不易到位、焊接質(zhì)量不易保證的缺點(diǎn)；再者在鋼箍上進(jìn)行大面積的焊接作業(yè)對(duì)鋼箍本身亦有損傷。另外，在省內(nèi)大范圍同步實(shí)施，設(shè)備和工器具以及焊工也不易同步到位，施工周期長(zhǎng)，質(zhì)量不易保證，因此此方案不宜采用。

第二種補(bǔ)強(qiáng)方式采用的碳纖維布，其特點(diǎn)是強(qiáng)度極高，能靈活地用于抗彎、封閉箍和抗剪等加固工程，抗疲勞能力突出；材料自重輕，厚度小，加固后基本不增加基體厚度；具有良好的柔韌性，能包裹復(fù)雜外型的構(gòu)件；施工便捷，施工時(shí)基本不影響桿塔正常使用；但造價(jià)較高，同時(shí)施工使用的碳纖維布及配套的樹(shù)脂、機(jī)具等必須由具有施工經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍實(shí)施，否則施工的工藝和質(zhì)量無(wú)法保證。因補(bǔ)強(qiáng)工作需在全省大范圍內(nèi)同步開(kāi)展，點(diǎn)多面廣，限于專(zhuān)業(yè)施工單位的人力和設(shè)備資源的劣勢(shì)，施工周期無(wú)法保證，不具備短、平、快、省、優(yōu)的特點(diǎn)，因此此方案也不宜采用。

第一種補(bǔ)強(qiáng)方式，在高強(qiáng)度部分預(yù)應(yīng)力混凝土桿的桿段鋼箍處，采用兩片大鋼圈螺栓連接方式加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工簡(jiǎn)便。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)《110 kV～0.4 kV輸電配電線路部分預(yù)應(yīng)力電桿典型設(shè)計(jì)》，不同的桿段配置以及鋼箍尺寸，而確定對(duì)應(yīng)的鋼圈尺寸。對(duì)于省內(nèi)采用的高強(qiáng)度部分預(yù)應(yīng)力混凝土桿按7種規(guī)格定制即可滿(mǎn)足已建水泥桿線路的補(bǔ)強(qiáng)工作。同時(shí)，7種規(guī)格鋼圈可以在加工廠批量加工制造，加工周期短，加工質(zhì)量和焊接技術(shù)水平易保證。因兩片鋼圈采用螺栓連接，施工簡(jiǎn)便，可以滿(mǎn)足省內(nèi)大范圍內(nèi)同步開(kāi)展的需要，工程加固補(bǔ)強(qiáng)周期最短，此方案可用。

5.2 補(bǔ)強(qiáng)措施

對(duì)于鋼圈加固補(bǔ)強(qiáng)施工過(guò)程，因高強(qiáng)度部分預(yù)應(yīng)力混凝土桿為錐形桿，為了使加固鋼圈能緊貼水泥桿表面，防止鋼圈在長(zhǎng)期動(dòng)力荷載情況下發(fā)生滑移，須在加固鋼圈內(nèi)壁以及處理好的混凝土表面抹上專(zhuān)門(mén)配制的改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑，方可采用螺栓緊固安裝就位。安裝前，必須保證水泥桿表面打磨平整，無(wú)雜物及凸起；對(duì)已有水泥桿鋼箍進(jìn)行除銹、打磨，水泥桿混凝土以及加固鋼圈進(jìn)行除塵并用丙酮或二甲苯清洗鋼箍及混凝土表面。

補(bǔ)強(qiáng)工藝流程：鋼圈制作→基底處理→配膠→粘貼→固定及加壓→固化→檢驗(yàn)。

5.3 施工注意事項(xiàng)

為了保證施工質(zhì)量，施工中應(yīng)注意：

針對(duì)不同的鋼圈規(guī)格應(yīng)選用不同的加固鋼圈，改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑必須采用A級(jí)膠，使用前需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)，并進(jìn)行抗拉拔試驗(yàn)，其安全性檢驗(yàn)指標(biāo)必須符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50367-2006)4.5.5條規(guī)定，合格后方能使用，使用時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)配制，配制時(shí)按產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)規(guī)定進(jìn)行。

施工時(shí)，應(yīng)制定可靠措施保證加固鋼圈就位準(zhǔn)確。加固鋼圈中心應(yīng)與焊縫中心重合，加固鋼圈螺栓連接端必須置于順線側(cè)(即與橫擔(dān)方向垂直)。

考慮膠粘劑固化的因素，建議施工時(shí)應(yīng)在晴天或多云天氣、無(wú)風(fēng)或微風(fēng)(5m/s)氣象條件下實(shí)施加固補(bǔ)強(qiáng)工作，不得在濕度大的天氣、大風(fēng)天氣以及雨天進(jìn)行施工作業(yè)。施工單位要注意天氣變化，如在加固施工后膠粘劑固化期可能遭遇陰雨天氣，應(yīng)做好加固補(bǔ)強(qiáng)部位的防水措施。

為保證加固鋼圈防盜性，水泥桿最下一段加固鋼圈的連接螺栓采用雙帽加滾珠防盜帽方式防盜，其他部位連接螺栓采用雙帽螺栓。

5.4 加固鋼圈尺寸表

根據(jù)理論計(jì)算，針對(duì)全省使用的7種鋼圈，應(yīng)分別從表1中選取相應(yīng)的加固鋼圈。

表1 加固鋼圈尺寸表

6 結(jié)束語(yǔ)

據(jù)了解，整個(gè)國(guó)網(wǎng)公司使用此類(lèi)非拉線環(huán)形預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土水泥桿數(shù)量眾多，且也有類(lèi)似倒桿事故發(fā)生，原因基本相同，因此對(duì)此類(lèi)電桿進(jìn)行加固或更換是迫在眉睫之事。本文的加固方案在國(guó)網(wǎng)公司尚未見(jiàn)報(bào)道，其對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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