输电线路混凝土基础开裂原因及防治.pdf

2 0 0 6年 4月 第 3 4卷 第 2期( 总第 1 8 3期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c Po we r Apr ． 2 00 6 Vo 1 ． 3 4 No ． 2( S e r ． No ． 1 8 3 ) 输 电线路混凝土基础开裂原 因及防治 An a l y s e a n d Pr e v e nt i on o n Ba s e Fr a c t ur e o f Co nc r e t e Tr a n s mi s s i o n Li n e s 左 石 ， 陈剑 平 ( 吉林大学， 吉林长春1 3 0 0 2 6 ) 摘要 ： 分 析了输 电线路混凝土基础 专业 特点 和东北地 域特点决定 的引起开 裂的主要原 因， 从工 程管理 、 施 工质量 控 制 、 运行 管理三方面提 出应采取 的预防措施和破坏 已经发 生时混凝土基础 的扩 径补强、 涂刷 环氧树酯及 电沉 积 3 种修补方法 。 关键词 ： 输 电线路 ； 杆塔基础 ； 裂纹 中 圈分类号 ： T M7 5 4 ； TU5 2 8 ． 0 7 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 ． 5 3 0 6 ( 2 0 0 6 ) 0 2 — 0 0 4 0 — 0 3 由于输电线路基础工程为隐蔽工程 ， 其运行 中 存在的隐患极易被专业管理人员忽视 ， 一些本可防 患于未然 的轻微缺陷如果得不到及 时处理 ， 就可能 导致重大事故和经济损失。 2 0 0 3年以来 ， 吉林省 5 0 0 k V 输 电线路 的独立 式基础和部分灌注桩基础发生大面积裂纹， 其中永 包线有 6基基础开裂严重 ， 甚至基础顶面 的铁板 与 混凝土主柱形成较大缝隙， 基本丧失使用功能 ， 威胁 设备安全运行 ， 不得已进行主柱扩径补强 。 据不完全 统计 ， 存在可视裂纹的线路 基础 比例超过 3 0 ， 并 有 扩大趋 势 。 1 混凝 土破坏形式 和机理 混凝 土破坏 的形式和原 因多种多样 ， 输电线路 点多线长 的特点决定了输电线路基础的破坏机理复 杂多样 ， 但多数与含水率过高和表面微小裂纹有关 ， 控制含水率和表面裂纹的产生对混凝土基础寿命和 健康水平起决定性因素 。 1 ． 1 施工条件 的限制导致先天缺陷 野外施工材料的人力运输和露天堆放可能使水 泥受潮 ， 骨料里掺杂有 害的杂质 ， 使混 凝土强度下 降。 野外分散施工 、 机械工具使用的差异使混凝土质 量 控制 措 施难 以实现 。 养护过程在混凝土内部产生硫酸盐腐蚀 。水泥 的水化初期硫酸盐 和铝酸钙与水反应后 ， 会在混凝 土中生成钙矾石 ， 如果在硬化后 的混凝土 中剩有较 多未反应的三氧化硫和铝 酸三钙 ， 则在使用过程 中 遇水反应生成钙矾石 ， 并产生体积膨胀而导致混凝 土 开裂 。 这一胀裂机理反应在东北地 区尤为严重 。东北 地区冬季较长 ， 冬季施工时必须进行加热养护， 无论 是蒸汽养护还是电加热养护 ， 如温度过高会 阻止钙 矾石生成或使 已生成的钙矾石分解 。灌注桩的桩裂 较普遍 的原因同上 ， 只是由于灌注桩大多位于河床、 漫滩 、 沼泽地 ， 利用冬季地表冻结期施工， 大型机具 进场方便 ， 混凝土养护普遍需加热 ， 内部硫酸盐腐蚀 更加普遍 。 水泥浆体与骨料 、 配筋具有不 同的线膨胀系数 ， 骨料的线膨胀系数相对较小， 东北混凝 土的主要骨 料线膨胀系数约为 6 1 0 ／ K， 而水泥浆体 的线膨 胀系数差异相 当大 ， 降低水泥浆体 的线膨胀 系数就 减少 了混凝土因温度变化在表面形成 裂纹 的可能 性 ， 尤其是加热养护的条件下。 从蒸汽加热养护条件至解除加热措施 ， 混凝土 往往要经历 1 0 0℃甚至更高的温度变化 ， 水泥浆体 膨胀率 的不同 ， 加 之混凝土表面与内部温度变化不 同步所产生的应力 ， 使加热养护的混凝土基础表面 出现裂 隙 。 1 ． 2 含有不 良骨料 的混凝土发生碱一骨料反应 。 砂 、 石骨料 中如含有活性矿物成分 ， 会与水泥浆 体 中的碱发生化学反应 ， 形成遇水后体积膨胀的胶 凝体使混凝土发生胀裂破坏。永包线 的 3 9 2号破坏 收稿 日期 ： 2 0 0 6 — 0 2 — 1 4 作者简 介 ： 左 石( 1 9 7 1 一) ， 男， 硕士研 究生，研究方 向为环境 与岩土 ， 现在 长春 超高压局从事技术 管理 工作 。 40 维普资讯 2 0 0 6年 4月 第 3 4卷 第 2期( 总第 1 8 3期) 吉 林 电 力 J i l i n E l e c t r i c P o we r Ap r 。 2 00 6 Vo 1 ． 3 4 No ． 2 ( S e r ． No ． 1 8 3 ) 后的基础骨料中发现 了活性 硅成份 ， 其与水泥浆 中 的氧化钠和氧化钾发生反应 ， 水化后体积膨胀 。 这种 破坏形式并不多见 ， 一旦发 生， 混凝土破 坏迅速而 严 重 。 1 ． 3 冻 融 输 电线路基础涉及地域跨度大 ， 不可能完全避 开含水率较高的低洼地 、 沼泽地或河床 ， 基础易冻融 破坏 。 水在结冰过程 中能产生 9 的体积膨胀 ， 含水 量较大的混凝土在冬季反复冻融循环作用下会 出现 内部裂纹 ， 表面开裂和剥落。 从理论上讲 ， 只有水 中的体积分数达到混凝土 孔隙的 9 1 以上 时， 才会发生冻害 ， 但在 工程实际 中由于基础开挖和回填对原状土的扰动导致线路基 础内的孔 隙水的分 布不可能是均匀的， 而且静水压 力下未结冰的孔 隙水的迁移过程并不能完全 自由而 迅速 ， 总体 的饱水度小 于 9 1 时 ， 冻害就局部发 生 并蔓延 。 1 ． 4 水泥浆体收缩和变性。 输 电线路基础多采用 C 2 0混凝土 ， 其抗拉强度 不足 1 ． 5 MP a ，而混凝土收缩产生的累加拉应力可 超过 5 MP a 。混凝土收缩产生的累加拉应力超过混 凝土表面的强度极限时 ， 表面产生裂纹。化学收缩 、 沉降收缩、 塑性收缩 ， 分别发生在水化反应的前期和 中期 ， 混凝土尚处在塑性状态 ， 不会产生混凝土的内 部应力 ， 也就不会产生裂纹 。由于骨料是不会 收缩 的 ， 发 生 在 混凝 土 硬 化 后 的 自收缩 、 干燥 收 缩 、 碳 化 收缩 ， 均会在混凝土内部产生应力 ， 混凝土中的硅酸 钙水化物和铝酸钙水化物必须在一定浓度的氢氧化 钙 中才能稳定存在 。混凝土表面出现裂纹后氢氧化 钙与空气中的水和二氧化碳反应 ， 生成 白色的碳酸 钙沉积于混凝土外表面。 内部氢氧化钙浓度降低后 ， 硅酸钙、 铝酸钙的水化物很快解体 ， 混凝土力学特性 遭到破坏 。 溶于水中的氢氧化钙 ， 如遇硫酸镁和硫酸 钙 ， 则生 成结 晶水化物 ， 体 积急剧增加 至原体积 的 2 ． 5 倍 以上 ， 导致混凝土裂缝进一步增大 。 1 ． 5 脱钝 有些基础表面会 出现铁锈 ， 这是钢筋失钝并腐 蚀的结果。浇制后的钢筋混凝土内的钢筋与水泥浆 体的活性成分发生反应 ， 会在表面生成一层钝化膜 ， 有钝化膜的保护 ， 钢筋表现出长期稳定的化学特性 。 但 当混凝土表面裂纹持续发展， 水、 氧气、 二氧化碳 ， 地下水 中的酸、 碱、 盐等有害物质侵入混凝土体内 ， 破坏钢筋的钝化膜 ， 这个过程称钢筋的“ 脱钝” ， 脱钝 后 的钢筋很快锈蚀甚 至锈 断， 使混凝土强度大幅度 降低 。 2 预 防措施 影响混凝土耐久性的因素很 多， 有 时多种 因素 互相叠加 、 互 为因果、 共 同作用 ， 加速 了混凝土 的破 坏 。实际工作 中要依据其机理加以控制 ， 做 到防微 杜渐 。 a ． 尽可能选用高强度混凝土。高强度混凝土具 有相对较小的体积， 较小的水灰 比可减少水泥浆体 内部的空隙 ， 有效控制引起裂纹的因素 。 b ． 严格工程管理和质量控制 ， 重视原材料选择 和运输、 保管， 多数输 电线路基础的缺陷发生在设备 投运 的 3 ～5年 ， 施工合同中应适当延长基础的保修 期 限 。 C ． 合理规划， 基建工程科学安排工期 ， 避免冬季 施工和盲 目抢进度， 必须加热养护时要控制养护温 度和湿度， 避免剧烈的温度变化和解除加热后混凝 土有较大湿度 。 d ． 做好基础排水 ， 避免冻害的发生 。 e ． 重视基础 的运行管理 ， 当基础表 面出现 白色 的碳酸钙沉积或裂纹大于 0 ． 5 mm 时要及早处理 ， 否则会有更大的损失 。 3 混凝 土基 础的修补 对于已经发生的裂纹 ， 甚至表面剥落 、 结构破坏 的混凝土基础 ， 分别采用如下方法。 3 ． 1扩径 补 强 俗称“ 穿裙子” ， 多用于已经发生严重 的结构破 坏 ， 甚至已经发现配筋严重缩径 的基础缺陷处理 。 一 般采用在原基础表面打毛后重新在其外部和上部浇 1 0 0 t2 0 0 mm 厚混凝土的方法 ， 如原配筋有轻微变 化则在新混凝 土内加钢筋笼 ， 如钢筋严重锈蚀膨胀 则需将锈蚀部分清理干净后加钢筋笼浇混凝土。采 用这种方式的优点是缺陷得到彻底根除 ， 缺点是经 济性差 ， 受季节 和天气限制， 改变了原设计 ， 线路 中 存在非标设备 。采用这种方式的要点是原基础的表 面要充分清洁湿润 、 新 旧混凝土的设计强度要接近 ， 以保证两者可靠结合。 3 ． 2 涂刷环氧树酯 多用于基础表面多发“ 裂纹 ” 的处理 ， 可有效 阻 止有害物质侵入混凝 土 ， 防止裂 纹的发展 ， 经济性 ． 4 1 维普资讯 2 0 0 6年 4月 第 3 4卷 第 2期 ( 总 第 1 8 3期 ) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c Po we r Apr ． 2 0 06 Vo 1 ． 3 4 No． 2( S e r ． No ． 1 8 3 ) 好 ， 简单易行不受季节和温度限制 ； 缺点是材料有弱 毒性 ， 且不能与设 备等寿命 ， 5 年后环氧树酯老化改 性 ， 需重新处理。 采用这种方式 的要点是混凝土 的表 面要充分清洁 。 3 ． 3 电沉积修复表面裂纹“ 这 是一种新兴的混凝土表面裂纹处理技术 ， 采 用 氯 化镁 、 硫 酸锌 或 硝 酸镁 溶 液做 电解 液 ， 施 加 0 ． 5 A／ m 的电流可有效修复混凝土表面裂纹， 使之 达到很理想的状态。 经济性好 ， 处理后的基础美观而 耐久 ， 缺点是耗时太长， 对环境有轻微污染 ， 受季节 和天气限制 。采用这种方式的要点是基础配筋与塔 脚可靠电气连接 ， 否则此方法无效 。 4 结论 由于输电线路基础 的工作环境复杂多样， 其老 、 a ∥ ( 上接 第 3 9页) 柜上 的零线 汇集 排与机架的正常带 电金属 部分绝 缘 ， 严禁采用零线作交流保护地线。 4 结 论 防雷技术措施是一项 复杂 的系统工程 ， 必须严 格执行 国际通行标准及我国的相关技术标准、 规范 ， 同时对整个防雷系统加以统筹考虑 。由于防雷接地 系统具有隐蔽性强的特点 ， 因此必须定期对关键设 化破坏是必然 的， 混凝土的特点和使用条件也允许 其表面存在裂纹 ， 但是当裂纹 和老化程度使其不满 足使用条件 和设计寿命 时， 采用恰 当的处理方式及 早处理是简单又经济的办法 。 参考 文献 ： [ 1 ] 陈龙珠 ． 混凝 土结构 防灾技 术 [ M] ． 北京 ： 化 学工业 出 版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 李 金 玉． 冻 融环 境 下混 凝 土结 构 耐久 性 设计 与施 工 [ M] ．北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． ( 3 3 曲德 仁． 混 凝土质 量控制 [ M] ． 北京 ： 中 国建 筑工业 出 版社 ， 2 0 0 5 ． [ 4 ] 姚 武 ． 绿 色 混 凝 土 [ M] ． 北 京 ： 化 学 工 业 出版 社 ， 20 06 ． 、 、 、 s ( 编 辑 田淑 华) 备和重点部位进行检查测试 ， 及时消除缺陷 ， 避免造 成较大损失 。 四平供电公司负荷管理系统采用无线 、 微波、 GP R S ／ C DMA等 多种方式通讯 ， 该 系统 建设 集通 讯 防雷、 信 息 系统 防雷、 电源 防雷为一 体 ， 自 1 9 9 7年投入运行 以来 ， 由于防雷技术措施得 当， 未 遭受过雷害 ， 系统运行状态 良好 。 ( 编辑李健平) ＼ ’ 参考文献著 录格式 连续出版物 ： [ 标引序号] 作者． 文题[ J ] ． 刊名 ， 年 ， 卷 ( 期) ： 起始一终止页码． 专 著 ： [ 标引序号] 作者． 书名[ M] ． 出版地 ： 出版者， 出版年． 译 著： [ 标 引序号] 作者． 书名[ M] ． 译者． 出版地 ： 出版者 ， 出版年． 论 文集 ： [ 标 引序号] 作者． 文题( A3 ． 编者． 文集( C 3 ． 出版地 ： 出版者 ， 出版年． 起始一终止页码． 学 位 论 文： [ 标引序号] 作者． 文题[ D ] ． 所在城市 ： 保存单位 ， 年． 专 利 ： [ 标 引序号] 申请者． 专利名 [ P ] ． 国名 ： 专利号 ， 出版 日期． 技 术 标 准 ： [ 标 引序号] 技术标准代号 ， 技术标准名称[ S ] ． 技 术 报 告 ： [ 标 引序号] 作者． 文题 [ R] ． 地名 ： 责任单位， 年． 电子 出版 物 ： [ 标 引序 号] 作 者 ． 文题 [ E B ／ oL ] ． 网址 ， 发 表 日期 ． 报 纸 ： [ 标 引序 号] 作 者 ． 文 题 [ N] ． 报纸 名 ， 发 表 日期 [ 版次 ] ． 本 刊编 辑部 42 ’ 维普资讯