钢筋混凝土电杆断裂原因分析

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(1. 国网湖南省电力公司电力科学研究院, 长沙 410007; 2. 湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司, 长沙 410004)

钢筋混凝土电杆断裂原因分析

熊亮1,2,万克洋1,2,刘蛟蛟1,2,曹智2

(1. 国网湖南省电力公司电力科学研究院, 长沙 410007; 2. 湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司, 长沙 410004)

某变电站两根钢筋混凝土电杆突然断裂倒塌，造成变压器及相关设备损坏。采用宏观检查、卵石粒径和螺旋筋尺寸测量、预应力筋质量测量、力学性能测试、化学成分分析等方法，对钢筋混凝土电杆的断裂原因进行了分析。结果表明：预应力筋的抗拉强度、屈服强度、质量和化学成分不合格等严重的质量问题，以及电杆在施工安装过程中埋深不足，是导致电杆断裂失效的主要原因。

钢筋混凝土；电杆；断裂；质量问题；埋深

电力、通信的架空线路以及照明支柱需要数量众多的电杆，早年较多使用木电杆，由于世界范围内木材资源紧缺，木电杆已逐步被钢筋混凝土电杆(俗称水泥电杆)所取代[1]。近几年来由于电力、通信的飞速发展和农村电网改造工程实施，钢筋混凝土电杆的市场需求骤增，电杆生产厂家的数量也大量增加。市场需求的强劲再加上质量监管不够，使得部分存在质量问题的产品进入市场，并出现质量纠纷事故。

某变电站两根钢筋混凝土电杆突然发生断裂倒塌，造成变压器及相关设备损坏。该电杆的直径190 mm，长12 m，电杆内配18根直径5 mm的预应力筋，水泥标号为525号，标准弯矩为E级，混凝土强度等级为C50，于2016年8月底安装，使用时间不到4个月。笔者结合电杆断裂的事故现场，从施工安装和电杆质量方面分析电杆断裂原因，为电杆的生产厂家和使用单位提供经验和参考。

1 理化检验

1.1 宏观观察

宏观观察发现，两根电杆均从根部折断，见图1，1号电杆根部到断口距离为1.71 m，2号电杆根部到断口距离为1.63 m。根据GB/T 4623-2014《环形混凝土电杆》[2]的要求，12 m长电杆支持点高度为2 m，而这两根电杆的埋深均不足2 m。另外，2号电杆梢端混凝土与预应力筋全部剥离，两者结合不良，见图2。

图1 钢筋混凝土电杆倒塌现场Fig.1 Scene of collapsed reinforced concrete poles

图2 2号电杆混凝土与预应力筋剥离形貌Fig.2 Stripping morphology of the concrete and prestressing tendons of No.2 pole

1.2 卵石粒径和螺旋筋尺寸测量

测量两根电杆的卵石粒径和螺旋筋尺寸，结果见表1，GB/T 4623-2014的要求也同样列于表1。1号电杆卵石的最大粒径大于25 mm，且超过钢筋净距的3/4，不符合标准要求。2号电杆的螺旋筋外径共测量5点，结果分别为2.7，2.8，2.9，2.7，3.0 mm，平均值为2.8 mm，也不符合标准要求。测量1号电杆的螺旋筋间距，有一处为340 mm，远远超过标准要求。

表1 卵石粒径和螺旋筋尺寸测量结果Tab.1 Measurement results of grait diameter anddimension of spiral steel bars

1.3 预应力筋的质量测量

表2为两根电杆预应力筋的质量测量值，1号电杆单根预应力筋的单位长度质量平均值为143.5 g·m-1，2号电杆单根预应力筋的单位长度质量平均值为142.4 g·m-1。依据厂家提供的电杆配筋选用表，每根电杆需要18根预应力筋，每根预应力筋长12 m，预应力筋的设计用量为33.081 kg。而依据表2所示的测量值对两根电杆使用的预应力筋质量进行计算，结果如下：1号电杆实际使用的18根预应力筋质量为143.5 g·m-1×12 m×18根=30.996 kg，只有设计用量33.081 kg的93.7%，不合格；2号电杆实际使用的18根预应力筋质量为142.4 g·m-1×12 m×18根=30.758 4 kg，只有设计用量33.081 kg的93.0%，也不合格。

表2 预应力筋质量测量值Tab.2 Measurement results of weight for prestressing tendons

1.4 预应力筋力学性能测试

对两根电杆预应力筋进行力学性能测试，结果见表3。预应力筋抗拉强度最大值为1 277 MPa，小于厂家提供的数据1 370 MPa；屈服强度最大值为555 MPa，未达到GB/T 5223-2002《预应力混凝土用钢丝》[3]规定的最低等级屈服强度1 250 MPa。另外，依据GB/T 5223-2002，该型号钢丝的抗拉强度分为5个等级，分别为1 470，1 570，1 670，1 770，1 860 MPa，而厂家选用的1 370 MPa等级钢丝不在标准要求的范围内，不合格。

表3 预应力筋的力学性能测试结果Tab.3 Testing results of mechanical properties forprestressing tendons

1.5 预应力筋化学成分分析

对两根电杆预应力筋的化学成分进行分析，结果见表4。GB/T 5223-2002中7.1款要求“制造钢丝用钢的牌号和化学成分应符合YB/T 146的规定”，但1号电杆预应力筋的碳含量为0.87%(质量分数，下同)，超出YB/T 146-1998《预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条》[4]中碳含量要求的最高值0.85%。1号电杆预应力筋其余元素和2号电杆预应力筋的化学成分均符合YB/T 146-1998的要求。

表4 预应力筋化学成分分析结果(质量分数)Tab.4 Analysis results of chemical compositions ofprestressing tendons (mass fraction) %

1.6 混凝土抗压强度检测

采用超声波回弹综合法对两根电杆的抗压强度进行检测，抗压强度f依据CECS 02：2005《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》[5]进行计算，公式如下

式中：v为声速测量值；R为测区回弹值。

混凝土抗压强度计算结果如表5所示，可见两根电杆混凝土的抗压强度符合标准要求。

表5 混凝土抗压强度检测结果Tab.5 Inspection results of compression strength of the concrete

2 分析与讨论

环形混凝土电杆生产的原材料是水泥、钢筋、卵石、河砂等。卵石粒径过大，加之混凝土与钢筋结合不良，会影响混凝土的强度及和易性，从而使电杆的力学性能达不到标准要求。

螺旋筋尺寸超过标准要求，会使螺旋筋内的抗拉力小于螺旋筋内所包裹的混凝土内应力，导致混凝土表面出现裂纹等缺陷。

预应力筋质量、力学性能和化学成分不合格，以及施工时电杆埋深不足，会影响混凝土内主筋的工作性能，也会影响环形混凝土电杆的力学性能，导致钢筋的张力达不到使用标准要求，容易发生挠度超标和弯曲度超标的问题。

3 结论及建议

(1) 预应力筋抗拉强度、屈服强度、质量和成分不合格等严重的质量问题，以及电杆在施工安装过程中埋深不足，是导致这两根钢筋混凝土电杆断裂失效的主要原因。

(2) 在钢筋混凝土电杆的生产过程中，必须根据国家标准确定认可的施工配合比严格进行配料，并定期对配合比的执行情况进行检查和监督[6]；同时，在生产操作过程中严格按照生产工艺的规定来进行操作，确保混凝土搅拌时间，并保证钢筋、混凝土等性能参数。

(3) 建议加强钢筋混凝土电杆的质量检测能力建设，从原材料进厂复检到成品出厂检测要全面检测管控。应当配备砂石、水泥、混凝土试配、混凝土强度、标准养护室、钢筋力学性能、电杆力学性能等检测试验设备，同时配备经培训取证的检测人员，保证用数据说话，而不是凭经验判断产品合格与否。

[1] 徐乃欣. 钢筋混凝土电杆的腐蚀及防护[J].腐蚀与防护,2000,21(11):509-510.

[2] GB/T 4623-2014 环形混凝土电杆[S].

[3] GB/T 5223-2002 预应力混凝土用钢丝[S].

[4] YB/T 146-1998 预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条[S].

[5] CECS 02：2005 超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程[S].

[6] 杨永超.环形预应力混凝土电杆的质量控制措施分析[J].企业技术开发,2011,30(12):147-148.

ReasonAnalysisonFractureofReinforcedConcretePoles

XIONGLiang1,2,WANKeyang1,2,LIUJiaojiao1,2,CAOZhi2

(1. State Grid Hunan Electric Power Company Research Institute, Changsha 410007, China; 2. Hunan Xiangdian Boiler Pressure Vessel Tests Center Co., Ltd., Changsha 410004, China)

Two reinforced concrete poles in one substation fractured and collapsed suddenly, causing damage to the transformer and related equipments. Fracture reasons of reinforced concrete poles were analyzed by macro observation, measurement of cobblestone diameter and dimension of spiral steel bars, weigh measurement, mechanical property testing, chemical composition analysis of prestressing tendons and so on. The results show that: the serious quality problems such as disqualification of tensile strength, yield strength, weight and chemical compositions of prestressing tendons, and insufficient installation depth of the poles in the construction process gave rise to the fracture failure of the poles.

reinforced concrete; pole; fracture; quality problem; installation depth

10.11973/lhjy-wl201711014

TU757

B

1001-4012(2017)11-0826-03

2017-02-25

熊 亮(1983-)，男，高级工程师，硕士，主要从事材料失效原因分析、寿命评价方面的研究，abcd4858@163.com