輸電線路鐵塔基礎(chǔ)開裂原因分析及處理措施

王昌幼，趙進(jìn)軍，康宇斌，金?？?，許建青

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 蘇州 215001)

輸電線路鐵塔基礎(chǔ)開裂原因分析及處理措施

王昌幼，趙進(jìn)軍，康宇斌，金?？?，許建青

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 蘇州 215001)

輸電線路鐵塔基礎(chǔ)經(jīng)多年使用后，受材料、施工、荷載和環(huán)境等因素的影響，會(huì)產(chǎn)生大量開裂程度不同的裂縫。通過分析某500 kV輸電線路基礎(chǔ)開裂的原因，針對(duì)不同開裂程度制定了相應(yīng)的處理方案，提出了相應(yīng)的加固措施，具有實(shí)際的應(yīng)用前景。

輸電線路；鐵塔基礎(chǔ)；開裂；加固

0 前言

由于輸電線路較長(zhǎng)，沿線地質(zhì)條件多變，鐵塔基礎(chǔ)易發(fā)生不均勻沉降；在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)制作安裝誤差、材料變異、野外施工困難等因素影響下，鐵塔基礎(chǔ)特別容易產(chǎn)生初始裂縫。同時(shí)由于地處野外，風(fēng)荷載作用較大且風(fēng)向不定，輸電線路的拉、壓桿角色經(jīng)常變換，致使鐵塔基礎(chǔ)受荷反復(fù)變化，裂縫不斷擴(kuò)大；惡劣的自然環(huán)境還不斷腐蝕鐵塔基礎(chǔ)鋼筋。因此，當(dāng)輸電鐵塔基礎(chǔ)使用一定年限后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的裂縫，且因鋼筋腐蝕速率非?？?，大大縮短了鐵塔基礎(chǔ)使用壽命?，F(xiàn)對(duì)某地500 kV 5268斗熟線44號(hào)塔基礎(chǔ)開裂的原因進(jìn)行分析，并介紹相應(yīng)的修復(fù)加固措施。

1 鐵塔基礎(chǔ)開裂概況

500 kV斗黃Ⅱ回路為1998年設(shè)計(jì)施工，1999年投運(yùn)，至今運(yùn)行已有15年。該線路經(jīng)過2次開斷，分為5268斗熟線、5655熟石線以及5913牌渡線3個(gè)運(yùn)行段。巡視發(fā)現(xiàn)5268斗熟線44號(hào)塔基礎(chǔ)4個(gè)基礎(chǔ)腿均出現(xiàn)不同程度的開裂，其中1號(hào)基礎(chǔ)(壓腿)最嚴(yán)重(見圖1)，裂縫寬度達(dá)到4 cm，裂縫沿立柱方向呈豎向分布，外側(cè)主筋因混凝土開裂已經(jīng)外露。開挖1號(hào)基礎(chǔ)立柱的4個(gè)面查看，發(fā)現(xiàn)縱向裂縫向下最長(zhǎng)延伸至約110 cm，但未延伸至底板，底板未見裂縫。

圖1 1號(hào)基礎(chǔ)裂縫

2 基礎(chǔ)開裂原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量鐵塔根開、鐵塔對(duì)角根開、基礎(chǔ)頂面高差以及鐵塔位移。

(1) 采用皮尺測(cè)量鐵塔根開，測(cè)量點(diǎn)為雙拼主材最下綴板上邊緣中心點(diǎn)，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 鐵塔根開的測(cè)量值

(2) 采用皮尺測(cè)量鐵塔對(duì)角根開，測(cè)量點(diǎn)為塔腿第2層水平輔助材上邊緣，測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示。

編號(hào) 1-3 2-4測(cè)量值，mm 16 930 16 920

(3) 采用塔尺、經(jīng)緯儀測(cè)量基礎(chǔ)頂面高差，測(cè)量點(diǎn)為立柱頂面，測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 基礎(chǔ)頂面高差的測(cè)量值

(4) 測(cè)量鐵塔頂部偏移。鐵塔塔頂中心向轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)偏移，測(cè)量值約30 mm。

(5) 施工記錄顯示，試塊平均抗壓強(qiáng)度為18.8 MPa。

2.2 開裂原因分析

(1) 根據(jù)測(cè)量結(jié)果看，鐵塔的根開差值為20 mm，約為根開的1.6 ‰；鐵塔對(duì)角根開差值為10 mm，約為根開的0.6 ‰；均滿足施工驗(yàn)收規(guī)范的允許誤差范圍。鐵塔傾斜30 mm，小于耐張塔撓度限值7 h‰=115.5 mm。鐵塔整體變形值較小，運(yùn)行情況良好，鐵塔無運(yùn)行安全隱患。

(2) 44號(hào)塔為JT2轉(zhuǎn)角塔，1，2號(hào)基礎(chǔ)為轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)受壓基礎(chǔ)，3，4號(hào)基礎(chǔ)為轉(zhuǎn)角外側(cè)受拉基礎(chǔ)，基礎(chǔ)施工時(shí)做了預(yù)偏措施。根據(jù)施工驗(yàn)收記錄，1，2號(hào)基礎(chǔ)頂面預(yù)高值分別為48 mm，49 mm。經(jīng)過多年運(yùn)行，基礎(chǔ)在荷載作用下可能發(fā)生沉降，高差變化的趨勢(shì)理論上是受壓基礎(chǔ)受到較大壓力的作用，沉降值大于受拉基礎(chǔ)，基礎(chǔ)彼此之間的高差會(huì)變小。但1號(hào)基礎(chǔ)的實(shí)測(cè)高差比原施工記錄還要大，說明原先1號(hào)基礎(chǔ)的立柱頂面高大于施工記錄值，這可能導(dǎo)致1號(hào)基礎(chǔ)承受的壓力實(shí)際上要大于2號(hào)基礎(chǔ)承受的壓力，從而導(dǎo)致1號(hào)基礎(chǔ)的開裂情況比較嚴(yán)重。

(3) 經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)查看，1號(hào)基礎(chǔ)裂縫通貫立柱，上部呈破碎狀，裂縫寬度約4 cm，有多條豎向裂縫向下延伸1 m以上；2號(hào)基礎(chǔ)有1條45°斜向主裂縫，寬度約1 cm；3，4號(hào)基礎(chǔ)開裂情況稍輕，裂縫寬約3 mm。1號(hào)基礎(chǔ)露出的主筋有輕微銹蝕，箍筋銹蝕較嚴(yán)重。脫落的混凝土塊色白，手感較輕，較松散，用小錘可以輕輕敲碎，可以看出其沙含量較高，水泥用量偏少，部分石子為白色的石灰石。這可能導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度較低，在荷載作用下導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生開裂。

(4) 從裂縫開裂方向來看，裂縫基本在保護(hù)帽上，從主材外側(cè)加筋板向橫向縱向延伸，至立柱頂面向外側(cè)45°方向延伸。1號(hào)立柱外側(cè)露出主筋距頂面有10 cm，與混凝土之間發(fā)生滑移。根據(jù)其破壞形態(tài)，基礎(chǔ)破壞可初步判斷為大偏心受壓破壞。

因此，造成鐵塔基礎(chǔ)破壞的可能原因主要有以下幾個(gè)。

(1) 1，2號(hào)基礎(chǔ)頂面有高差，導(dǎo)致1號(hào)基礎(chǔ)分配到的壓力大于設(shè)計(jì)值。

(2) 基礎(chǔ)混凝土水泥用量偏少和骨料強(qiáng)度較低，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足。

(3) 骨料中含有白色的石灰石(也可能是泥質(zhì)細(xì)粒白云質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)細(xì)粒灰質(zhì)白云巖)，發(fā)生堿化反應(yīng)膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂?；A(chǔ)帶著裂縫工作，在荷載作用下，隨著時(shí)間增加，裂縫進(jìn)一步發(fā)展，最終因混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致縱向鋼筋滑移，基礎(chǔ)受拉區(qū)破壞。

3 基礎(chǔ)開裂處理方案

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，提出以下處理方案。

(1) 3，4號(hào)基礎(chǔ)裂縫較小，可繼續(xù)使用，但須采取措施阻止裂縫的繼續(xù)發(fā)展。

(2) 2號(hào)基礎(chǔ)有1條主裂縫貫穿立柱且裂縫寬度較大，應(yīng)修復(fù)裂縫，阻止裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，使其能繼續(xù)安全運(yùn)行。

(3) 1號(hào)基礎(chǔ)多條裂縫貫穿立柱，立柱受大偏壓作用，上部呈破碎狀；根據(jù)開挖情況，立柱下部至底板情況較好，未見裂縫，可對(duì)基礎(chǔ)裂縫進(jìn)行修復(fù)或重新澆制，以阻止裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，滿足以后的運(yùn)行安全要求。受壓基礎(chǔ)受壓區(qū)未破壞，說明混凝土強(qiáng)度可以滿足局部承壓；只要對(duì)立柱裂縫進(jìn)行修復(fù)，且側(cè)向能提供足夠的壓應(yīng)力，以阻止裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，基礎(chǔ)可滿足運(yùn)行安全要求。

裂縫修補(bǔ)的依據(jù)由裂縫調(diào)查、原因分析及危害性評(píng)定，其修補(bǔ)范圍、方法及材料的選擇，主要由功能要求、開裂原因、裂縫形狀、結(jié)構(gòu)類型及環(huán)境條件等因素確定。本次加固目的是恢復(fù)和增強(qiáng)原柱結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性，使新加部分與原柱形成一個(gè)整體，可靠連接，達(dá)到聯(lián)合工作要求。本著安全、經(jīng)濟(jì)、高效、便利的方針，可采用以下加固方法：

(1) 外貼鋼板加固；

(2) 外包鋼與植筋法結(jié)合加固。

4 基礎(chǔ)開裂處理方法的實(shí)施

4.1 1號(hào)基礎(chǔ)外貼鋼板加固

4.1.1 外貼鋼板

基礎(chǔ)立柱外貼鋼板構(gòu)件采用螺栓連接整體固定，對(duì)裂縫進(jìn)行灌漿，將螺栓擰緊對(duì)立柱施加壓力，可有效阻止裂縫擴(kuò)大。

外貼鋼板以實(shí)際測(cè)量尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工。外貼鋼板與混凝土之間涂刷專門配制的結(jié)構(gòu)膠粘劑，確保立柱的整體性能。結(jié)構(gòu)膠粘劑的配制和使用應(yīng)按產(chǎn)品使用說明書進(jìn)行，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使用完畢；拌好的結(jié)構(gòu)膠粘劑應(yīng)同時(shí)涂刷在鋼板和混凝土粘合面上，確認(rèn)無漏刷后即可將鋼板與混凝土構(gòu)件粘貼；粘貼后的膠層平均厚度控制在2-3 mm，膠層宜上厚下薄。加壓完畢后，相臨鋼板間用螺栓固定?；炷僚c鋼板粘結(jié)的養(yǎng)護(hù)溫度不低于15 ℃，經(jīng)24 h固化后進(jìn)行下道工序——壓力注漿。

4.1.2 裂縫灌漿修補(bǔ)

當(dāng)裂縫寬度大于3 mm時(shí)需進(jìn)行灌漿修補(bǔ)，采用灌漿(亦稱注漿)法加固基礎(chǔ)，漿液可由聚合物水泥注漿料或環(huán)氧樹脂等制成。較小的裂縫采用環(huán)氧樹脂，用定壓注射器自動(dòng)注膠；較大的裂縫采用聚合物水泥注漿料，用機(jī)控壓力注漿。灌漿前24 h，應(yīng)充分濕潤(rùn)基礎(chǔ)表面；灌漿前1 h，應(yīng)吸干基礎(chǔ)表面積水；灌漿時(shí)，日平均溫度不應(yīng)低于5 ℃。灌漿完成的部分應(yīng)及時(shí)噴灑養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋塑料薄膜，或加蓋濕草袋保持濕潤(rùn)。當(dāng)灌漿料表面不便澆水時(shí)，可噴灑養(yǎng)護(hù)劑，灌漿料應(yīng)保持在濕潤(rùn)狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7天。

外貼鋼板加固基礎(chǔ)如圖2-4所示。

4.2 2號(hào)基礎(chǔ)外包鋼與植筋法結(jié)合加固

4.2.1 開挖及清洗基礎(chǔ)

將基礎(chǔ)立柱四周開挖至基礎(chǔ)大板頂面，根據(jù)基礎(chǔ)裂縫情況采取挖機(jī)和人工挖掘配合方式，現(xiàn)場(chǎng)要密切觀察裂縫發(fā)展情況，防止塌方。開挖后及時(shí)清理干凈立柱面和頂面，水泥基灌漿材料接觸的混凝土表面應(yīng)充分鑿毛，剔除酥松的混凝土，清除所有碎石、粉塵及其他雜物。

圖2 外貼鋼板加固(立面)

圖3 外貼鋼板加固(頂面)

圖4 外貼鋼板加固后的基礎(chǔ)

4.2.2 制作扁鋼抱箍、鋼筋網(wǎng)及澆筑混凝土

立柱外用10 mm×100 mm扁鋼制作3道抱箍進(jìn)行加固，間距按立柱長(zhǎng)度平均分布，扁鋼采用現(xiàn)場(chǎng)搭接焊，搭接長(zhǎng)度200 mm、焊縫高度10 mm。豎向采用Φ16鋼筋網(wǎng)與抱箍焊接，并植入底板長(zhǎng)度不少于580 mm?；A(chǔ)頂面橫向采用Φ8圓鋼制作間距為150 mm的鋼筋網(wǎng)，鋼筋縱橫之間應(yīng)綁扎牢靠。裂縫灌漿修補(bǔ)后，在立柱四周及頂面澆筑C20混凝土，立柱側(cè)面厚120 mm，立柱頂面厚100 mm。

基礎(chǔ)加固如圖5所示。

4.3 3，4號(hào)基礎(chǔ)的加固

由于3，4號(hào)基礎(chǔ)裂縫較小，在允許范圍可繼續(xù)使用，但在實(shí)際中應(yīng)參照2號(hào)基礎(chǔ)進(jìn)行加固。

圖5 外包鋼與植筋法結(jié)合加固基礎(chǔ)

5 結(jié)束語

通過對(duì)基礎(chǔ)開裂的處理，可有以下結(jié)論：

(1) 對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固前，必須根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的損傷范圍、深度、走向和位置等特征，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)和鑒定，對(duì)損傷產(chǎn)生的原因作出推斷；

(2) 加固時(shí)應(yīng)根據(jù)損傷的具體原因，有針對(duì)性地采取不同的方法，做到既有效又經(jīng)濟(jì)；

(3) 采用外貼鋼板加固能加強(qiáng)新增鋼板和受損基礎(chǔ)的有效連接，從而滿足使用功能和安全要求；

(4) 采用外包鋼與植筋法結(jié)合加固方法處理嚴(yán)重裂縫，能提高不同受損程度基礎(chǔ)的承載力和整體剛度。

1 石志龍，盧亦焱，高作平.輸電鐵塔基礎(chǔ)混凝土裂縫檢測(cè)與加固[J].特種結(jié)構(gòu).2003，20(4)：61-63.

2 王小平，彭步民，蔣滄如.高壓輸電線鐵塔基礎(chǔ)混凝土開裂檢測(cè)及分析[J].混凝土.2001，18(7)：41-44.

3 唐業(yè)清，萬墨林.建筑物改造與病害處理[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

2015-07-27。

王昌幼(1980-)，男，工程師，主要從事輸電線路運(yùn)行和檢修專業(yè)技術(shù)管理工作，email：wang-changyou@163.com。

趙進(jìn)軍(1969-)，男，高級(jí)工程師，主要從事輸電線路運(yùn)行和檢修專業(yè)技術(shù)管理工作。

康宇斌(1978-)，男，高級(jí)工程師，主要從事輸電線路運(yùn)行和檢修專業(yè)技術(shù)管理工作。

金保康(1977-)，男，工程師，主要從事輸電線路運(yùn)行和檢修專業(yè)技術(shù)管理工作。

許建青(1977-)，男，工程師，主要從事輸電線路運(yùn)行和檢修專業(yè)技術(shù)管理工作。