铁塔地脚螺栓及塔脚锈蚀严重的修复加固

邓小康

(广东电网有限责任公司惠州供电局，广东 惠州 516000)

1　概　述

铁塔是输电线路的重要组成部分,除承载本体自重外，还承载了绝缘子、金具、导地线垂直档距的重量以及作用在导地线的各种外力。这些力将使杆塔产生上拔及下压力并通过铁塔主材、塔脚经地脚螺栓连接的基础传递到大地。由于输电铁塔长期处在野外，极易受外部环境影响而产生材料性能下降。日常巡视中，运维人员经常会发现塔材与保护帽接缝处的塔材有锈蚀痕迹。若任由锈蚀现象继续发展，自然降水将沿着保护帽与塔材的接缝渗入，造成塔脚板及地脚螺栓的进一步锈蚀。

2　锈蚀情况分析

2.1　打开检查

为详细了解塔脚板锈蚀情况，运维人员需将保护帽拆除，对地脚螺栓及塔脚进行深入检查，了解铁塔的塔脚板及地脚螺栓锈蚀的严重程度。测量锈蚀后承力构件尺寸，包括塔脚板厚度及地脚螺栓直径，与竣工时尺寸进行对比，进行受力评估，保证铁塔承载力满足开展后续加固工作的要求。

检查过程不得破坏铁塔承力构件，若承力构件发生破损，应立即停止检查，采取必要的防护措施，保证不发生倒塔事故。

2.2　受力情况分析

铁塔将承受的荷载及自重通过塔脚及地脚螺栓传递给基础，再由基础传递到大地。塔脚及地脚螺栓均属于轴心受压构件，各总型号的钢材抗压承载力与钢材的面积成正比。

F=σA

式中，F为抗压承载力；σ为钢材抗压强度；A为钢材截面积。

塔脚及地脚螺栓锈蚀后，截面积逐渐变小，抗压承载力也逐渐变小。

F＇=σA＇

式中，F＇为剩余抗压承载力；σ为钢材抗压强度；A＇为剩余截面积。

塔脚为钢板焊接结构，截面积为钢板厚度与宽度的乘积。

A=dl

式中，A为塔脚截面积；d为钢板厚度；l为钢板宽度。

地脚螺栓为实心圆钢，截面积与直径相关。

式中，A为地脚螺栓截面积；d为地脚螺栓直径。

承载力损失为锈蚀后承载力与原承载力的比值即：

式中，P为承载力损失。

塔脚板承载力损失即为钢板厚度的损失值与原钢板厚度的比值：

P=1-A'/A=1-(ld')/(ld)=1-d'/d

式中，P为承载力损失；d为钢板厚度。

地脚螺栓承载力损失公式如下：

式中，P为承载力损失；d为地脚螺栓直径。

经计算分析后，若承载力损失大于规程规定，则必须对铁塔地脚螺栓及塔脚进行加固。

3　制定加固方案

对锈蚀情况分析后，有针对性地研究总结后，得出新建基础法、焊接补强法、植筋混凝土补强法等三种有效的解决方案。

3.1　加固方案介绍

3.1.1新建基础法

在原塔位基础附近新建基础，将铁塔移至新基础上,可彻底解决原地脚螺栓及塔脚锈蚀问题。

3.1.2焊接补强法

若地脚螺栓腐蚀程度不严重，可将塔脚板及地脚螺栓用高强钢板进行焊接，以达到补强效果。

3.1.3植筋混凝土补强法

植筋混凝土补强法是在原基础上钻孔植筋形成钢筋笼，然后再浇筑混凝土的补强方法。第一步，在原基础上钻孔，钻孔时应尽量错开基础钢筋；第二步，将钢筋插入已钻好的孔洞中，使用新型环氧树脂填缝，使植入的钢筋与基础结合牢固；第三步，将锈蚀部分除锈后涂抹改性沥青防腐材料；第四步，在植入的钢筋笼上浇筑混凝土，浇水养护14天。

3.2　方案比较选择

新建基础法防护效果最好，但必须有适合改建的地形，如果没有合适的地形则无法实施，且在运线路停电困难，会造成巨大经济损失。焊接补强法补强效果较差，且焊接过程会加重塔脚及地脚螺栓的截面损失，塔脚强度下降，一旦操作不当，将会对铁塔受力构件造成不可逆破坏。植筋混凝土补强法防护效果、造价及安全性俱佳。综合考虑，选择植筋混凝土补强法。

4　执行加固方案

选定加固方案后，可按方案开展施工图设计。在施工前，对使用的材料进行严格的检验和预试，合格后方可使用。施工人员根据现场施工图，对铁塔进行现场加固。

4.1　植筋

将基础保护帽拆除，清理干净，准备好工具材料。钻孔前，根据设计图纸在基础上做好标记。钻孔时应时刻注意孔径不得超过螺纹钢筋直径的1.2倍；钻孔过程中如发现钻头碰到坚硬物体时要立即停止钻孔，防止钻坏基础内部的钢筋；钻孔过程中，工作人员需佩戴护目镜；钻孔完成后，将孔内的粉尘清理干净。将钢筋垂直固定在孔隙内，使用新型环氧树脂填缝，使植入的钢筋与基础结合牢固，再将钢筋焊接成方形钢筋笼。

4.2　防腐

将地脚螺栓及塔脚板表面的铁锈用汽油清洗干净，在地脚螺栓、塔脚板及钢筋笼的外表面涂抹改性沥青防腐涂料，对钢部件进行有效的防腐处理。

4.3　浇筑混凝土

待沥青涂料自然干燥后，在钢筋笼外部支模，浇筑符合设计标号的混凝土，对整个钢部件进行包裹加固。将混凝土充分振捣后进行14天的浇水养护，确保混凝土具备设计强度。

5　加固效果评估

采用植筋混凝土补强法对铁塔地脚螺栓及塔脚进行加固，可保证铁塔的塔脚及地脚螺栓免于遭受外部环境侵袭，从源头上消除了锈蚀的可能性。另外，加固形成的钢筋混凝土柱不仅固定住了铁塔下部钢材，还增加了基础的抗压承载力，加固效果立竿见影。

6　结束语

随着我国电网日益庞大，输电线路能否安全稳定运行关系到整个电网的安全稳定。本文所探讨的内容对输电线路运维精益化至关重要，可有效减少输电杆塔安全事故，提高铁塔地脚螺栓及塔脚板的强度及抗腐蚀能力，是线路运维精益化的强力助推器。本项研究可在各输电线路运维管理部门进行推广，应用前景广阔。由于其可以大幅提高铁塔地脚螺栓及塔脚板的强度及抗腐蚀能力，在无形中产生了巨大的经济效益，必能对线路运维工作的发展起到积极的推动作用。