防止混凝土電桿因積水凍裂措施探討

張建廷

摘 要：文章通過(guò)對(duì)大慶地區(qū)輸電線路混凝土電桿桿內(nèi)積水及凍裂原因的分析，提出了解決高寒地區(qū)輸電線路混凝土電桿凍裂的措施。希望能為今后此類工作提供一定的參考借鑒。

關(guān)鍵詞：混凝土電桿；積水；凍脹

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0077-02

1 概述

在北方寒冷地區(qū)的冬季，特別是大慶地區(qū)地勢(shì)低洼、含水量較高，環(huán)形截面混凝土電桿地面以上1-2米部分往往因桿內(nèi)積水結(jié)冰結(jié)霜而凍裂。每年都有一些電桿因裂紋酥松嚴(yán)重，需要修復(fù)或更換，這也給輸配電線路安全運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)重隱患，同時(shí)也造成了線路維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行成本的增加，也加大了維護(hù)工作的難度。

混凝土電桿凍裂初期，桿壁出現(xiàn)很多細(xì)的縱、橫向裂紋，并有滲水的痕跡，以后裂紋逐步擴(kuò)大，裂縫處流出白色沉積物。再進(jìn)一步，混凝土開(kāi)始酥松裂碎，用錘子輕輕敲打，即可大塊大塊的脫落，鋼筋也明顯的出現(xiàn)腐蝕。如果發(fā)現(xiàn)電桿凍裂現(xiàn)象時(shí)，即在電桿地面部分鑿洞，有放水孔的可以疏通一下，即可發(fā)現(xiàn)有清水流出，并有一定的壓力。通過(guò)大量的實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多電桿打開(kāi)放水孔后并沒(méi)有水流出，而且大部分凍裂是由電桿內(nèi)積水的水蒸氣凝結(jié)而造成的，開(kāi)孔可以放出一些水蒸氣，減少水蒸氣在桿內(nèi)的停留量，以平衡桿內(nèi)外的溫差從而減少水蒸氣的形成。

2 桿內(nèi)積水的主要原因

桿內(nèi)積水的主要原因有兩種：其一是電桿上部漏進(jìn)的雨水，習(xí)慣性稱為“天上水”；其二是由于電桿底部滲進(jìn)去的地下水?！疤焐纤笔峭ㄟ^(guò)桿頂未封或者是由于封堵不嚴(yán)的縫隙進(jìn)入的，也可能是由于鋼圈附近的混凝土因焊接、受熱不均勻而產(chǎn)生縫隙，雨水由電桿接頭處滲入。地下水是通過(guò)桿根滲入的。首先電桿桿根無(wú)論有無(wú)底盤，均達(dá)不到密封的程度，地下水可由根部直接滲入桿內(nèi)；其次由于電桿在制作、運(yùn)輸和施工過(guò)程中的不規(guī)范行為，造成的電桿原始裂紋，電桿一般埋深約2.2-3.0米，而大慶大部分地區(qū)在此深度已出現(xiàn)地下水，電桿與地下水位形成“聯(lián)通器”，對(duì)于粗顆粒的碎石及砂類土壤，電桿內(nèi)水位與地下水位相當(dāng)或略高于地下水位，在土壤滲透系數(shù)較小的粘土地帶，如果電桿埋入地下水承壓層，壓力水進(jìn)入桿內(nèi)就會(huì)形成高水柱。而且大慶地區(qū)的地下水含鹽堿成分很高，對(duì)混凝土電桿的侵蝕尤為嚴(yán)重。

由于北方地區(qū)的冬季溫差比較大的，晝夜溫差在二十多度，而地下2-3m處的溫度與地面溫度也相差在二十多度左右。地面2米以下的溫度在零上六七度左右，這時(shí)在混凝土電桿內(nèi)部就形成很大的溫差，地下水就會(huì)產(chǎn)生水蒸氣，而水蒸氣會(huì)沿混凝土電桿的中空內(nèi)部向上擴(kuò)散，當(dāng)?shù)竭_(dá)距地面以上0.1-1.0m左右處，就開(kāi)始結(jié)成冰霜。在中午氣溫較高的時(shí)候，朝向太陽(yáng)側(cè)的電桿部分溫度開(kāi)始上升，桿內(nèi)的冰霜就開(kāi)始融化侵蝕到電桿內(nèi)壁內(nèi)部，當(dāng)氣溫下降時(shí)又開(kāi)始結(jié)冰凍脹。如此反反復(fù)復(fù)，使電桿的裂紋一步步的加重，形成惡性循環(huán)。通過(guò)一些實(shí)際調(diào)查來(lái)看，朝向太陽(yáng)側(cè)電桿裂紋要比背向太陽(yáng)側(cè)的電桿裂紋嚴(yán)重。所以電桿凍脹裂紋，一般情況下不是由桿內(nèi)積水超過(guò)地面造成的，而造成凍脹直接的原因是由于桿內(nèi)水蒸氣凝結(jié)造成的。隨著氣溫的降低地下水位也隨之下降，通過(guò)開(kāi)孔可使桿內(nèi)溫度與桿外界溫度平衡，以減少產(chǎn)生水蒸氣的幾率，凍脹情況就會(huì)減少。普通硅酸鹽水泥的主要成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁四鈣，它們與水作用，在硬化過(guò)程中會(huì)析出氫氧化鈣、含水硅酸二鈣、含水鋁酸鈣等，其中氫氧化鈣在淡水中會(huì)緩慢溶解，每升淡水中可溶解1.7g。如果是長(zhǎng)年累月的溶解，會(huì)逐漸形成微孔，若混凝土不夠密實(shí)，水份透進(jìn)細(xì)孔或由裂紋進(jìn)入內(nèi)部，沖去大量的氫氧化鈣，造成孔隙逐漸增大，直至被完全破壞。

3 桿內(nèi)積水產(chǎn)生的后果

桿內(nèi)積水對(duì)混凝土電桿主要有兩方面的危害：一是造成地面以上部分桿體凍裂酥松；二是引起電桿鋼筋混凝土腐蝕。水在結(jié)冰時(shí)候，體積會(huì)增大8-10%，但在地面以下電桿一般不會(huì)凍裂。因?yàn)榻Y(jié)冰時(shí)，電桿外面土壤首先凍實(shí)，使土壤體積增大，壓縮電桿。而且凍土強(qiáng)度較大，在桿內(nèi)積水結(jié)冰時(shí)內(nèi)外壓力基本抵消。但如果地表為砂土?xí)r，含水量少凍得不實(shí)，會(huì)因外部壓力小，不足以抵消電桿內(nèi)部的膨脹壓力而導(dǎo)致電桿凍裂。當(dāng)電桿內(nèi)積水超過(guò)地面高度時(shí)，冰的膨脹力無(wú)外力抵消，而混凝土的受拉強(qiáng)度較差，所以很容易造成桿體被凍裂。

混凝土電桿出現(xiàn)裂紋后，水就會(huì)侵入，溶解電桿內(nèi)壁內(nèi)部的氫氧化鈣，混凝土即開(kāi)始腐蝕膨脹，降低了混凝土的機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)鋼筋因此而生銹，體積增大，鋼筋本體截面積減少。由于鋼筋體積增大，又造成混凝土體積脹裂，形成惡性循環(huán)，如此反復(fù)作用會(huì)不斷降低電桿強(qiáng)度。混凝土電桿出現(xiàn)裂紋多數(shù)情況是在桿距離地面以上0.1-1.0m處，而此處恰恰是電桿承受抗彎力矩和不平衡張力的最重要部分，一旦遇到惡劣天氣就極容易造成倒桿事故，危及線路的安全運(yùn)行。

4 混凝土電桿的防凍裂措施

（1）改進(jìn)電桿的結(jié)構(gòu)。在電桿預(yù)制過(guò)程中將電桿上端

100mm區(qū)段及桿根地下部分均預(yù)制成實(shí)心電桿，或者施工過(guò)程中用砂漿澆灌嚴(yán)實(shí)，將鋼圈部分防腐后用泥漿抹平將其封堵嚴(yán)實(shí)防止雨水滲入。在混凝土電桿制作過(guò)程中，適當(dāng)增加電桿下段地面以下部分的橫向鋼筋的密度，通過(guò)增加強(qiáng)度來(lái)防止電桿縱向裂紋的產(chǎn)生，或增加電桿的壁厚，使電桿的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)一步得到加強(qiáng)，以延長(zhǎng)其使用年限。

（2）將電桿距地面以上0.1-0.2m處的積水孔打開(kāi)放水，沒(méi)有孔的可打一個(gè)直徑在16-20mm的小孔，每年在封凍之前檢查桿內(nèi)積水水位，將低洼地帶的電桿內(nèi)積水抽出。

（3）在施工中嚴(yán)格控制起吊點(diǎn)的數(shù)量和位置，防止立桿過(guò)程中出現(xiàn)裂紋，同時(shí)要封堵好桿頭和桿根。桿壁如有破碎處要及時(shí)修補(bǔ)，同時(shí)將電桿地下部分涂刷瀝青。

（4）排除桿塔基礎(chǔ)周圍附近的地表水，風(fēng)干土壤，使土壤含水量低于起始凍脹含水量。在施工開(kāi)始即應(yīng)注意防止地表水和雨水大量和長(zhǎng)期的侵入地基，要在低洼地帶的桿塔基礎(chǔ)周圍加高加固基礎(chǔ)，或換防凍土等方法減少凍脹的產(chǎn)生。以凍結(jié)力小的粗砂、中砂等非凍脹性材料，替換凍脹性土壤，在電桿基礎(chǔ)側(cè)面回填非凍脹材料，個(gè)別地區(qū)含水較高的地方基礎(chǔ)底部也需要進(jìn)行換土處理。

（5）保溫。用煤渣、石蠟渣、泥炭等材料做保溫層，以減少凍結(jié)深度和凍脹量，此法可做為防寒凍的輔助措施。

（6）預(yù)防混凝土電桿腐蝕的方法是在普通水泥中摻入活性氧化硅、活性氧化鋁等物質(zhì)，這些物質(zhì)與混凝土硬化過(guò)程中析出的氫氧化鈣反應(yīng)，生成硅酸鈣，因硅酸鈣不溶解于水，可從本質(zhì)上消除混凝土電桿的腐蝕。

5 混凝土電桿發(fā)生凍脹后的補(bǔ)救方法

對(duì)于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有腐蝕裂紋現(xiàn)象的電桿或基礎(chǔ)，會(huì)造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性強(qiáng)度減弱。若鋼筋失去保護(hù)層，與空氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，加速腐蝕過(guò)程。因此混凝土電桿出現(xiàn)裂紋后應(yīng)及時(shí)采取措施阻止或延緩其發(fā)展速度。補(bǔ)救措施可以采用瀝青油膏防腐處理。將冷底油、防水油膏加熱后分別涂刷在電桿裂紋處，應(yīng)進(jìn)行三層涂刷處理，即先涂冷底油后涂油膏，外面再涂一層冷底油，各層不宜過(guò)厚。裂縫在1mm以上的可采用膨脹水泥進(jìn)行噴水泥漿法修補(bǔ)，其硬化后縫隙結(jié)合更緊密，修補(bǔ)后再涂一層瀝青油，使其與空氣隔絕。

對(duì)于電桿裂縫嚴(yán)重并已酥松，但距地面不高時(shí)，可采用混凝土套的措施補(bǔ)修。其方法是先將電桿的表面打麻、洗凈，然后裝好鋼圈制成的套筒，再在電桿與套筒之間澆注混凝土，經(jīng)養(yǎng)護(hù)拆下鋼圈模，并繼續(xù)養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間?；炷撂椎纳疃纫话銘?yīng)在凍土層以下，為防止土壤凍結(jié)時(shí)電桿上拔，還應(yīng)留出放水孔，護(hù)套的厚度和高度應(yīng)視電桿受力和裂縫情況而定，套筒距離地面較高時(shí)應(yīng)考慮裝上腳釘，以便日后維護(hù)檢修上下電桿使用。在處理電桿裂紋前，首先要做好防止電桿傾倒的安全措施后，再進(jìn)行電桿的桿根開(kāi)挖和表面打麻點(diǎn)工作，當(dāng)加固完全達(dá)到要求時(shí)強(qiáng)度、填埋完桿基土方并夯實(shí)后，再拆除臨時(shí)拉線等加固措施。對(duì)修復(fù)后的電桿，在日后運(yùn)行中要多觀察電桿外表的變化情況，是否再有裂紋產(chǎn)生，對(duì)于那些裂紋疏松比較嚴(yán)重、修復(fù)后達(dá)不到要求的電桿，應(yīng)更換新型防凍漲電桿。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于混凝土電桿造價(jià)低和便于施工等因素，目前線路施工中使用混凝土電桿仍然占有最大的比例。保證混凝土電桿的本體安全關(guān)系線路的安全運(yùn)行，我們應(yīng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中和后期維護(hù)工作中采取有效措施，防止混凝土電桿因出現(xiàn)凍脹而威脅線路安全運(yùn)行。