浅析榆林地区配电网线路杆塔裂纹处理办法

国网陕西省榆林市榆阳区供电公司 万 荣

榆林地区位于黄河中游、陕西省最北部，地处陕甘宁蒙晋五省区交界接壤地带，位于东经107°28′～111°15′、北纬36°57′～ 39°34′之间，东临黄河与山西相望，西连宁夏、甘肃，北邻内蒙，南接本省延安市。榆林地貌大体以长城为界，北部为风沙区，占榆林总面积的42%；南部为黄土区，占榆林总面积的58%。全区平均海拔高度一般在1000～1500米内，地势西高东低，基本上是由西北向东南倾斜。榆林地处毛乌素沙漠和黄土高原的过渡地带，风蚀沙化和水土流失严重，是黄河中上游水土流失最严重的地区之一。风沙侵蚀情况比较严重。

榆林地区地处干旱半干旱气候区，经过统计近60年的气温资料分析得出，榆林地区多年平均气温约8.4摄氏度，年内月均温度最大值与最小值的极差基本均为30摄氏度以上，极差最大时达到39摄氏度，极端最高气温39摄氏度，极端最低气温零下24摄氏度，表明年内温差较大，年均温度变化及其五年滑动平均变化可看出气温整体呈上升趋势，温差变化整体较大。

1 导致裂纹产生缺陷/病害的原因

1.1 产品设计原因

预应力电杆张拉控制应力的取值偏大。为使预应力混凝土电杆不产生微小裂纹和弯曲，应控制主筋张拉应力低于混凝土脱模强度的0.4倍，如果主筋张拉应力值过大，则脱模放张后主筋施加在电杆稍部的预压应力过大，造成预应力混凝土电杆产生微裂纹或弯曲[1]。

螺旋筋的选用和布置不当。电杆在生产单位生产存储过程中要进行吊运、组垛，运输、安装过程中同样要吊运、堆放，且很难避免轻微碰撞的发生，因此在预应力混凝土电杆钢筋骨架外侧合理布置螺旋筋就显得尤为重要。根据相关生产企业的生产经验，使用直径3.2mm以上的螺旋筋比使用直径2.5mm及以下螺旋筋在相同间距下(除两端1.5m内密绕外，一般螺旋筋间距不大于100mm)电杆的抗纵裂能力提高20%。

1.2 产品生产过程原因

混凝土脱模强度偏低。混凝土电杆脱模时混凝土抗压强度应不低于设计混凝土强度等级值的60%，预应力混凝土电杆脱模时混凝土抗压强度应不低于设计混凝土强度等级值的70%，如预应力混凝土电杆设计混凝土强度等级为C50，则混凝土脱模抗压强度应达到或超过35MPa。预应力混凝土电杆脱模放张时，若混凝土脱模抗压强度过低则电杆稍部容易压弯，稍部混凝土则因压应力过大而产生微裂纹，这种弯曲和微裂纹较易观察，一般可在厂内检验时发现。但如混凝土脱模抗压强度仅是稍低于设计强度的70%，虽不会造成电杆弯曲，不过稍部混凝土仍会有轻微的微裂纹产生，一般肉眼难以观测，在今后存储、运输、安装过程中如操作不当或发生碰撞就会造成微裂纹不断扩大，进而影响电网运行安全[3]。

主筋下料长度相对误差偏大。GB4623-2014《环形混凝土电杆》标准规定预应力钢筋调制下料后，其下料长度相对误差应不大于钢筋长度的1.5/10000，否则将造成同一根电杆中间主筋放张后对混凝土产生的预压应力不均匀，最终导致电杆弯曲或产生轻微裂纹；主筋分部不均匀；钢筋放张不均匀。

1.3 电杆存储、施工安装过程原因

电杆存储过程中堆放过高或吊装过程中发生碰撞，极易在杆身上产生纵向裂纹。通过试验验证，预应力混凝土电杆稍径190mm、长度15m以下电杆如果组垛堆放层数达到6层，则底层电杆极易在存储过程中产生纵裂；而操作人员为了较少吊装作业一次吊装多根电杆很容易在电杆起吊过程中发生碰撞，从而在杆身上产生纵向裂纹；电杆卸车时措施不当，从车上自由滚下后与地面电杆发生碰撞，会立即产生宽度约为0.5～1mm的纵向裂纹，一般次日就会愈合，该类电杆在运行过程中裂纹会逐步扩大。

1.4 电杆运行环境的影响

电杆运行过程中混凝土性能恶化造成电杆产生裂纹。盐碱化地区地下水与土壤中盐类通过毛细作用侵入电杆混凝土中，当上升至地面以上一定高度时，混凝土会引发化学侵蚀和物理破坏。混凝土电杆顶部应用混凝土或砂浆封实，如电杆顶部没有封实或封实不好，雨、雪水侵入使电杆空腔冲水或地下水侵入空腔、又无法及时排除的话，在寒冷的冬季经过反复冻融循环，则会造成电杆底部出现裂纹[4]。

电杆钢筋锈蚀引发电杆裂纹。榆林地区温差大，风沙侵蚀比较严重较易发生杆塔裂纹，加之地下水通过毛细作用侵入电杆根部混凝土中，氯离子浓度增大到极限浓度后主筋发生锈蚀，而锈蚀产生的膨胀作用使混凝土开裂；特殊原因的导致混凝土电杆损坏。如：2008年和2012年2次特大冰雪灾害袭击我国部分地区，使得正在服役中的电杆受到不同程度的损坏，运行至今的杆塔较易发生再生化龟裂，极大地威胁所在地区电力系统的安全稳定运行环境的影响。

2 针对混凝土电杆裂纹的修补、加固及防腐设计

2.1 生产阶段缺陷的修复

根据GB4623-2014《环形混凝土电杆》的要求，对产生缺陷的电杆采用下列方法修复。

表面裂缝的修复。宽度小于0.05mm的微细裂缝采用表面涂层封闭法：用油漆刷将聚合物水泥涂料（由水泥改性剂和水泥按体积比1∶1配制而成）或LD型线杆专用加固防护涂料涂敷于裂纹表面，防止水分与潮气侵入，起密闭保护作用。宽度大于0.05mm的裂缝采用嵌入粘结性强、力学强度高并有较好韧性和耐老化性优良的修补材料(如水泥制品修补膏或早强型聚合物水泥砂浆)，嵌实刮平，LD型线杆专用加固防护涂料涂敷于裂纹表面修补。

漏浆、局部损伤等缺陷的修复。采用聚合物水泥砂浆或水线路杆塔专用加固高分子材料修补：将缺陷部位清理干净后，用上述修补材料抹实找平；麻面、粘皮的修复。对缺陷深度大于1mm的部位，用聚合物水泥砂浆修补找平，再在表面涂刷1～2道LD高分子线路加固专用防护涂料。深度小于1mm的缺陷，直接采用涂覆LD高分子线路加固专用防护涂料修复。

2.2 在役混凝土电杆（构架）缺陷和病害的修补、补强加固

经多年统计分析得出：运行中线杆裂缝发生的部位一般在地面以上2m左右到横担以下距离以内，横担以上因不受力故而很少发生裂缝，以纵裂为主、网裂与横裂较少。混凝土表面发白、起皮、析霜，裂缝中嵌有白色的盐类与流浆。敲打时混凝土声音发哑、有疏松感，并呈粉沫状脱落。混凝土碎块中有时可见砾石的周围被一层白色的盐类包裹。

负压常温聚合物浸渍法：适用于宽度在0.2mm以下的细、浅而多的裂缝。在欲处理区清除浮灰后，用PE塑料薄膜密封，然后利用负压苯乙烯-不饱和树脂-甲基丙烯酸甲酯浸渍液，经一段时间后单体全部充满裂纹，并在常温下凝胶硬化成聚合物固体，恢复了开裂电杆的整体性。该法适用于因现场堆放不当产生的环向裂缝修补，效果较好。

宽度0.2～0.5mm的裂缝采用灌浆法：单体灌注法不需任何设备与动力，只要选择合适的塑料软带或薄膜与胶粘剂，将欲修补的裂缝封闭在内、只留上开口，逐渐注入预先配好的单体即可。应用LD-1线杆加固高分子材料在常温下经一定时间聚合成固态物，并与裂缝两侧紧紧粘结在一起，不仅对裂缝起了封闭作用，其裂缝两侧附近的混凝土或砂浆还由于单体的渗入而得到一定的增强。

宽度0.5mm以上的裂缝采用凿槽修补法：剔除缝两侧疏松混凝土，清除干净后，嵌入膏状的建筑结构胶粘剂或早强型聚合物水泥砂浆材料，配合采用聚合物水泥砂浆和线路杆塔专用加固高分子材料修补；露石麻面的修复：电杆由于运输不当或运行电杆由于受大气风化和侵蚀造成的露石现象。轻度的可用聚合物水泥净浆修复，严重的(如石子己凸出1mm左右)则用水泥砂浆配合LD型线路杆塔专用高分子防护涂料修复。

合缝口漏浆、开裂的修复：采用LD型线路杆塔专用高分子防护涂料修复配合水泥砂浆修补；保护层碳化、腐蚀，酥松、开裂、剥落，钢筋锈蚀（环筋无锈断，纵筋轻微锈蚀）：病害部位采用水泥砂浆修补恢复杆身外形后，再整杆全部涂刷2～3遍LD型线路杆塔专用高分子防护涂料防护修复。

电杆局部补强、加固：病害部位采用聚合物水泥砂浆修补恢复杆体外形后，用补强防腐涂料粘贴2～3层纤维网格布（环筋严重锈蚀或锈断，主筋锈蚀较轻）或用建筑结构胶粘剂粘贴1层3～4mm薄钢板（混凝土破损严重，主筋严重锈蚀）补强、加固，最后全部涂刷LD型线路杆塔专用高分子防护涂料修复，此法适用于换杆有困难过渡性方案；杆身整体补强、加固：采用涂刷2遍水泥砂浆增强材料使水泥杆身粘贴高强纤维补强、加固，表面全部LD-1型补强防腐涂料保护。

2.3 修补方法

对两侧混凝土仍坚硬的裂缝可参照前述裂缝处理法进行修补。对已起壳的疏松混凝土可用聚合物水泥砂浆加筋进行修补、加固，即用LD-1型高分子线杆加固材料配合水泥改性剂拌制的水泥砂浆加入纤维进行修复、补强。

3 优化设计

3.1 包钢板条加固

该方法施工快速，现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响，适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固；黏钢在建筑施工中已广泛使用，对混凝土梁板柱加固达到较好的效果。钢材是易导电体，杆塔普遍在乡村地区，环境复杂，加之电力杆塔带电环境下作业有不安全因素；造价高，普通黏接剂很难达到圆形水泥电线杆设计要求，环箍很难和圆形水泥杆结合。

钢材易腐蚀影响受力，钢板圈虽经防腐处理，但在严酷的自然环境中防腐漆很快会老化脱落，使得钢板圈外露而遭到腐蚀。即使防腐漆在完好的情况下，由于水泥具有渗水性，雨水会通过水泥渗透到钢板圈，也会加速钢板圈的腐蚀。钢板圈的腐蚀降低了对接处的强度，对水泥电杆造成安全隐患。

3.2 碳纤维加固

碳纤维的抗拉强度极高，是普通钢材的10～15倍；耐酸碱、抗腐蚀，适宜在恶劣环境中服役，与结构胶配合使用能阻止有害介质浸渗，对内部结构起保护作用；比重轻，基本不增加构件自重，不改变构件截面尺寸；碳纤维是较好的导电体，在高电压带电区域内使用易造成触电、短路等安全事故，对以后使用过程中也会产生安全隐患。

最佳、最经济的首选方法就是在不停电情况下作业。混凝土杆塔加固中应遵循的原则维护为：加固方案应简单易行、安全可靠、经济合理加固施工应尽量不影响生产、工作，不造成线路停电；充分利用和发挥原杆塔的有效部分和功能；恢复杆塔各构件的强度、刚度甚至提高其设计承载力，抗腐蚀性能，延长线路杆塔的使用寿命；妥善安排施工计划工艺和施工方法，确保加固部分与本体结构共同受力；不改变杆塔构的尺寸、自重和形状；尽量消除杆塔多种缺陷，使加固后的整条线路及杆塔使用寿命趋同。

3.3 经过分析比较后提出最佳施工方案

用水泥砂浆、芳纶纤维、配合LD型线路杆塔专用高分子防护涂料修复方案。LD型线路杆塔专用高分子防护涂料具有特性：粘接力强、拉伸强度大、弹性大；超强的耐酸碱性、耐侯性和耐压缩变形性，耐酸碱性可达35%；优异的耐高低温性能，耐低温零下50度、高温150度；涂料固含量大，一次性成膜厚度大，成膜固化后成为一种连续封闭橡胶弹性体；涂料可调各种颜色，色彩保持度持久性强，可填充粉料（如建筑水泥），无毒无污染；可喷涂、刷涂、滚涂，施工简便。芳纶纤维是一种有机合成的纤维，具有强度高、弹性模量高、柔韧、重量轻、耐腐蚀、热稳定性好和不导电（是电场、磁场的绝缘体，不会对电场、磁场产生干扰，适合有绝缘要求的场合）等特性。

3.4 水泥电杆具体加固方案

重度损坏水泥杆加固方案：运行中水泥电线杆纵向裂纹超过0.5mm或裂缝处混凝土疏松明显且肉眼可见纵向裂缝连续开裂超过2米的线杆，建议直接换杆。

中度损坏水泥杆加固方案：对中度受损的水泥杆先进行凿毛处理，用角磨机打磨去水泥杆碳化的表层直至露出新的水泥层，剔打水泥杆受损部位皲裂、脱落、龟裂的水泥层直至坚实的部位；对暴露锈蚀的钢筋、铁箍进行打磨除锈，除锈完毕后涂刷阻锈环氧树脂，将水泥杆缺陷的部位用水泥砂浆填补找平，裂缝部位用裂缝修补专用胶屏蔽填实；涂刷LD型线路杆塔专用高分子防护涂料，沿水泥杆纵向粘贴芳纶纤维将裂纹水泥杆部位环包，纵向粘贴完毕后环形粘贴宽200mm芳纶纤维；待胶粘剂完全稳定后在芳纶纤维表面涂刷一层LD型线路杆塔专用高分子防护涂料，待其干燥后在水泥杆外部再次涂抹LD型线路杆塔专用高分子防护涂料作为加强保护层。

杆箍加固防腐处理方案：将杆箍附近受损裂纹的水泥层剔出，露坚实的水泥面，轻微的裂缝用裂缝修补专用胶屏蔽填实；用砂轮角磨机打磨去杆箍和两端暴露钢筋上的锈迹，完毕后换钢丝轮打磨凹陷部位的铁锈，直至打磨出金属光泽，用高压气吹去表面的浮锈、浮灰之后用丙酮擦拭表面直到无杂物为止；涂刷阻锈专用环氧树脂二层，完毕后在外部涂抹2～3mm厚抗裂砂浆作为保护层。修复后可有效阻止和延缓混凝土的碳化、老化，加固防腐后水泥杆使用年限得到有效保障，延长水泥杆使用寿命5～15年。

综上，该工艺的效果在榆林市供电公司榆阳分公司进行了电杆(15m长预应力电杆)裂纹的修补加固。结果表明裂缝已被粘合而恢复了强度，修补是有效的。防腐措施是输电线路管理中十分重要的部分，防腐措施的选择需根据输电线路不同位置的特征，采用有针对性地措施才能起到防腐蚀的作用，让输电线路可保持健康水平，保证输电网更加安全的稳定运行。