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输电铁塔安全状态的判定和处理措施

引言
　　输电铁塔(包括钢管杆)是电力输配电工程中使用周期较长的基本重要设施之一，属高耸钢结构构筑物。铁塔建好后长期处在室外自然条件下，初始的质量状况、所处的自然环境、人为因素都可能影响到铁塔的安全使用或使用年限，而这种影响对不同状态和不同类型的铁塔也是不同的。结合杆塔的运行维护对输电铁塔的安全状态进行判定和处理，是电力设施维护管理的重要方面之一。目的是找出并消除输电铁塔不安全因素，达到或延长输电铁塔的正常使用寿命的目的，对输电线路的安全运行和使用提供可靠的安全保证。
　　1 铁塔结构方面
　　输电铁塔一般制定使用寿命为30年，30年的安全使用期是综合合计到自然气候、金属疲惫强度、防腐等因素．其结构方面应满足这一指标：结构的安全性、适用性、耐久性总称为结构的可靠性。结构的可靠性在正常使用制定的极限状态下是否可靠，是铁塔结构制定和结构安全的关键，而极限状态的判别是一个材料、结构力学的计算过程，因用料大小、荷载大小、交叉材多少、塔段凹凸、根开大小、地理位置等不同而不同；铁塔受力如何、铁塔结构的现状能否承受就是判别过程。
　　1．1 影响输电铁塔受力的因素和制定原则
　　关于输电铁塔而言。结构受力主要以风荷载为主、辅以导地线型号、自重、覆冰、地震、施工检修荷载及温度变化作用等：通常直接影响铁塔受力的因素主要表现为：
　　1)线路所属气象区即线路途经地区的基准风压标准值或制定风速及环境污染程度等。以安徽地区220kV工程为例：江北地区制定风速一般为25m／s，江南山区一般为30m／s，基准风压标准值Wo和风速V的关系为Wo＝V2／1600。
　　2)导地线型号、数量。
　　3)铁塔自身的外形轮廓尺寸。
　　在以上几个因素中，又以1)、2)两项为主，在取得基本制定风速、导地线型号、数量及铁塔塔高等要求基本资料后，按国家现行有关制定规程规范进行铁塔的内应力分析计算，得到相应构件的材料规格尺寸和节点信息，并在满足使用条件的基础上进行结构优化、确定最终外形尺寸形式等。当线路路径所属地区环境污染严重、污秽等级高时(四周有矿山、化工厂酸雨区等)即对铁塔防腐有较大影响时，应对结构构件进行加大、强化处理。
　　1．2 目前使用的主要塔型状况及结构上可能存在的问题
　　目前运行使用中的铁塔主要有自立式角钢铁塔、拉线角钢塔和钢管杆等型式。存在的问题主要表现为：
　　1．2．1 铁塔焊接问题
　　自立式角钢塔全塔整体焊接主要问题为铁塔使用期(耐久性)因节点为焊接，而焊接面有限，焊接处金属疲惫或可能裂痕而没有保证。如无其它问题(焊接牢度、防腐等)，使用期在25年左右，应依据实际状况鉴定换塔。
　　1．2．2 铁塔用料问题
　　塔材用料要按现在规程规范以及使用要求，早期的铁塔制定较现在的制定等级低，部分铁窄用料较小，塔材的大小与根开、塔段大小，内外交叉材用量也不合理。另外，当时钢材的加工、材质以及防腐措施均与现在的水平无法比拟，因此其安全可靠性存在问题，但各塔型状况互有差异。
　　1．2。3 铁塔结构问题
　　结构状况应逐塔而异，主要必须外形观察、图纸复算，各别塔型的局部主材变化为突变，引起局部刚度差异较大，对结构受力不利。在材料使用合适状况下，塔身开合角应尽可能平滑过渡，避免在某一节点塔段大幅收身，引起该处节点应力集中，在早期的铁塔中因种种原因存在不少这种状况，针对这种状况可在维护管理中应常常性认真检查节点板厚度、边距等，更不能缺损螺栓，否则会造成塔材变形、塔身倾斜，已发生倾斜的必须及时加固并作鉴定处理。

　　1．2．4 节点及关键部位问题
　　节点及关键部位中，如，铁塔塔段连接板和主要交叉连板、塔段连接用内外包角钢是铁塔结构连接可靠性的关键，确保了铁塔整体受力均匀结构稳定，连接板、包角钢大小、厚度、孔边距、火曲度、螺栓数，制定时已有要求。日常维护管理中，检查、紧固、复核是重点，如有缺损变形应及时整改。
　　1．2．5 铁塔制定问题
　　铁塔制定时是依据使用要求的荷载计算的，不同用途铁塔荷载不同，结构制定用料也不同。早期铁塔承受荷载较小，塔段截面较小，后期为增加负荷而改换型号较大的导地线或塔身上加挂光缆等均会增加铁塔上的荷载。使用过程中荷载变化或增加荷载较大时，应结合现场勘查并对铁塔进行复算，确保结构安全可靠。
　　1．3 钢管杆可靠性判定
　　近年逐渐增加的钢管杆，整体结构简洁，美观，占地较少。可靠性较好；。但对制定、制造、基础土建、安装施工都有较高的要求，必须强化日常管理维护中的观察，重点是垂直度，基础是否沉降，焊缝状况。少量或某段垂直偏差可以调整，大幅或整塔偏差必须及时查找基础是否有变化，焊缝主要检查焊缝处镀层是否脱皮，是否有裂痕，从而对其可靠性有较好的判定。
　　1．4 加工安装技术要求
　　铁塔有规范正确的制定，还必须有规范正确的加工、安装，方能达到制定的可靠性指标：加工安装中，不能任意扩孔，安装时机械扩孔数量不大于5％，包角钢应采纳机械加工，不能在主材上氧割，确保各构件的尺寸规格，螺栓等级、数量，各构件的原材料特别性，镀锌防腐质量等满足制定要求。铁塔安装应确保各构件安装时不出现变形损坏、错装、漏装等，确保全塔垂直度不超过规范要求，关于连接点、连板塔脚等易发生问题的关键部位，加工安装时特别必须注意。

　　2 铁塔防腐方面
　　金属在自然状态下均会发生氧化、腐蚀，在特别环境下会加快这种反应，有一定的防护后会减缓这种反应。铁塔由一般低合金钢或低碳钢制造，不加防护氧化锈蚀年约0．1一lmm，不采用有效的防腐措施使用年限不长。铁塔的使用期30年是与有效防腐有直接关系。有效的防腐办法很多，使用防腐漆、涂覆不同的金属镀层等都是有效防腐?一般油漆使用期较短，必须反复进行，综合成本大；热镀锌是一种利用不同电位金属保护作用防腐的有效防腐工艺，热镀锌浸镀可从铁基母材到纯锌层生成不同比例的金属相而保护铁基，一次完成，较长的使用期，综合成本低，时目前使用最广泛和成熟的一种防腐措施。
　　铁塔热浸镀锌，国家有专门的技术标准规范要求如《广播电视钢塔桅防腐蚀保护涂装》GY64-89，安徽地区有用的锌层厚度为母材80mm×8mm以上为86μ，母材80mm×80mm以下为65岭。
　　2．1 铁塔地上部分应符合的技术标准
　　铁塔地上部分必须全部有符合技术标准的热浸镀锌，表面光洁，无大面积缺损，完好的热镀锌层一般无必须日常保养维护。
　　2．2 铁塔连接镙栓的要求
　　铁塔连接螺栓均应采纳冷镦热浸镀锌螺栓和螺母。
　　2．3 现有铁塔防腐方面存在问题
　　1)全塔无热镀锌，刷漆防腐。
　　2)全部或部分螺栓无热镀锌，采纳电镀锌或刷漆。
　　3)部分构件镀锌质量不好有缺损。
　　4)部分构件或增加构件无热镀锌。
　　2．4 防腐方面存在问题的处理
　　2．4．1 全塔未进行过热镀锌，刷漆防腐、

　　刷漆防腐也是一种防腐方法，一般防锈漆母材处理较好状况下可连续使用5年以内，以后隔年应重新清洁刷漆。但实际过程中重新刷漆难达到理想效果，外观有油漆，但漆膜内仍持续锈蚀，锈蚀面加大，锈蚀度加深，母材防护防腐周期进一步缩短。针对这种状况提出：
　　1)铁塔结构构件优良，原添面或镀层尚在，局部锈蚀添面脱落，可认真清洁，隔2年一次刷漆防腐，正常使用，但整塔使用寿命将有很大缩短。
　　2)铁塔结构构件优良，原添面或镀层完全脱落，母材有浅度锈蚀形成麻点。卡尺测量母材厚度不变，此时该铁塔必须认真除锈清洁，刷防锈漆(二遍)，如处理质量优良，可持续使用5年以上，但应隔2年刷漆一次。
　　3)铁塔结构构件完整，原添面或镀层完全脱落，母材有较深锈蚀或锈涨，去除锈蚀层，卡尺测量母材厚度已不够，此时该铁塔刚度和强度已发生变化，可靠性差，应及时合计拆掉或改换相应构件。
　　2．4．2 全部或部分螺栓锈蚀
　　铁塔结构构件优良，因采纳非热镀锌螺栓可能造成全部或部分螺栓锈蚀，此时应及时改换所有锈蚀螺栓，特别是关键部位螺栓，防止罗纹锈蚀脱帽。
　　2．4．3 部分构件锈蚀或局部锈蚀
　　按原构件大小、规格、尺寸改换锈蚀构件或局部防腐处理：铁塔不易改换件如塔脚等，应采纳砼及沥青保护。
　　3 基础方面
　　3．1 基础的制定和施工
　　基础的制定主要依据现场的地质条件和上部塔架传递的作用力，按照现行的地基基础制定规范对基础的抗拔、抗倾覆、地基的抗压能力以及基础本身的强度进行优化验算，选择最优方案，得出基础形式和大小尺寸、基础的钢筋的规格数量、混凝土的等级等。
　　目前铁塔的基础一般采纳刚性台阶式、柔性大板式、联合基础、人工挖孔灌注桩等形式。其中以刚性台阶式基础应用最为广泛，其次挖孔灌注桩近年来因钢管塔的增多而增多。

　　基础的施工主要依据基础图纸。按照现行的施工规范保质保量的完成，并拥有现场施工记录、混凝土试块和钢筋的各项性能指标等资料：强化现场管理力度，杜绝偷工减料，随意修改制定的大小尺寸等不良行为是关键，消除铁塔建成后的隐患：
　　3．2 地基基础存在的问题
　　《高耸结构制定规范》规定关于地基同意有一定的变形：关于高度在20-50米的结构，沉降同意值：高压缩性粘性土400mm．低、中压缩性粘性土、砂土200mm：倾斜同意值：tgθ≤0．006(θ为倾斜角度)。
　　地基基础存在的问题主要表现为：
　　1)基础发生不均匀沉降、倾斜。
　　2)基础部分被拔出地面：
　　3)基础混凝土氧化剥落、露筋。
　　4)基础地脚螺栓锈蚀。
　　5)基础四周取土或堆放污染物。
　　3．3 基础部分存在问题的处理
　　1)基础发生不均匀沉降、倾斜原因可能是因地质勘查、制定、施工不妥以及塔上荷载变化造成。此时首先应对原制定、施工资料重新检察核算，找出主要原因，加固基础，严重时拆掉重建，
　　2)基础部分被拔出地面制定标高地质资料不准，制定计算不准、无制定或先施工后补制定资料等原因都可能造成，此时主要必须及时找出原因，及时加固处理，严重时须请制定、施工部门鉴定后拆掉重建。
　　3)基础砼氧化剥落、露筋，其原因可能是施工时未按制定规范配料施工，或使用年限已久正常氧化，一般较轻状况下可整改、修补、加固、回填土夯实，严重状况下请制定、施工部门鉴定后加固处理或重建。
　　4)基础地脚螺栓锈蚀或接地系统地上部分锈蚀；基础螺栓是未镀锌件，直接接触水和大气易发生锈蚀，处理措施是未镀锌部分用砼保护或涂覆沥青：
　　5)基础四周取土或堆放污染物：基础四周取土可能给基础受力造成影响，基础耐久性受损害，应严禁在塔下取土。如发现有此状况，应及时回填夯实。由于污染物可能会对基础砼、钢筋或塔体产生腐蚀。因 此，基础四周不同意堆放污染物，如有应清除。
　　4 结论
　　输电线路从工程建设程序看，有选线(线路路径、塔位)、地质勘察、制定、基础施工、铁塔加工制造、安装、运行使用。从项目上看，有土建、金属加工、制造、安装，涉及到的范围和科目很多。铁塔建成后，风吹日晒、雪雨雷电、人为偷盗损坏等．各种状况均可能发生，所以关于输电铁塔安全状态的判定和处理是一个相当复杂的过程，各种因素息息相关，总之，在输电线路(铁塔部分)的建设过程中，应按规范实施各种建设程序，在建成后强化和完善日常维护管理机制，建立必要的资料档案，明确各方面责任，及时及早发现问题及时及早处理问题是关键。随着经济的发展和城网改造力度的不断扩展，铁塔数量、类型的增多，早期建设铁塔时间也较久，这点尤为重要，关于铁塔的安全性应引起各方面重视。
　　本文仅对输电铁塔可靠性、耐久性的判别和处理措施作了简要阐述，作为在施行中的参照。