钢管杆内积水检查与改造方法的探究.pdf

13Industry development 行业发展钢管杆内积水检查与改造方法的探究赵海洋，郭鹏，王扬，刘庭松摘要：由于钢管杆施工便捷、占地面积小、较高的美观性等特点，一些工程线路设计往往优先使用钢管杆。因线路长时间暴露在野外，在自然环境的影响下，由于钢管杆设计加工和施工工艺的问题，导致杆内出现积水现象，积水会加剧杆塔锈蚀，情况严重将导致倒塔断线，严重危及社会公共和电网设备安全。针对此情况，本文探究钢管杆积水排查方法，通过观察钢管杆基础和保护帽外观，利用无人机精细化或人工登塔初步核查杆内积水情况，分别从常规钢管杆基础、可调节钢管杆基础、钢管杆新建基础三种基础状态情况提出排水改造方法改善钢管杆积水问题，同时从钢管杆顶部封盖板造型、钢管杆杆身法兰增加隔水层、钢管杆横担与杆身法兰增设防雨罩角度提出改变钢管杆本体结构，探究思考从设计角度避免积水渗入。最后对钢管杆基础回弹值和碳化深度值测量，结合数据对比分析积水改造前后基础混凝土强度及使用寿命变化情况。关键词：钢管杆；积水检查；改造方法随着我国城市化建设发展，土地资源都被用于城市基建，钢管杆因施工便捷、占地面积小、不受线行走廊受限和稳定性强等特点被大量的设计使用。输电线路常年暴露在野外，饱受风吹日晒，在自然环境的影响下，由于钢管杆设计加工和施工工艺的问题，雷雨天气下导致杆内出现积水现象，钢管杆被积水长时间浸泡将加剧杆塔锈蚀，雨水对钢材的侵蚀是影响使用寿命的关键因素，腐蚀的发生严重影响了钢桥使用的安全性和耐久性，因为杆内积水极为隐蔽，日常运维手段根本无法直接观察发现锈蚀状况，情况严重可能导致倒塔断线。如果发生意外将产生重大影响，将严重危及社会公共和电网设备安全。某班组巡视中发现钢管杆基础保护帽出现潮湿且周边伴有青苔，同时基础保护帽存在渗水痕迹的异常现象，保护帽与钢管杆接触处杆身出现大片锈蚀迹象，班组全员上下不敢懈怠每天重点巡查跟踪，起初怀疑为雨水天气导致基础表面积水，但天气晴朗状态下连续关注几天后发现渗水痕迹未有消退迹象同时渗水面积存在逐步扩大趋势，部门立即部署人员打开被怀疑杆塔的保护帽进行详细检查，打开杆塔保护帽后涌出大量积水，并发现地脚螺栓、钢管杆身处存在锈蚀现象。针对以上钢管杆内部积水产生的重大安全隐患本文开展深入探究，追根溯源，结合“人机”排查手段初步判断杆内积水情况，通过检查后积水状况结合实际运维特点提出排水改造方法和施工工艺手段改善现存钢管杆杆内积水隐患，然后根据现存钢管杆结构特点提出设计改进建议，从源头遏制积水渗入杆身内部。同时对钢管杆基础混凝土开展检测，结合数据分析排水改造前后强度变化对比，判断基础强度是否发生变化，是否满足线路工况运行要求。1 钢管杆积水排查方法快速检测并判别积水状况，初步判断钢管杆杆内是否存在积水，避免盲目打开保护帽，以提高作业准确率为出发点。首先对基础立柱表面和保护帽进行外观检查，观察保护帽和基础立柱接触面是否存在长期渗水或潮湿异常迹象，保护帽和钢管杆接触处是否出现锈蚀现象，检查基础表面是否长有青苔，再结合无人机进行精细化或人工登塔检查确认。1.1 人工登塔排查排查顶部圆形钢材封盖连接型式，是否为螺栓硬连接固定，确定顶部盖板是否与杆塔顶部错位，接触不紧密或存在空隙现象，现场拍照取证，然后检查杆身之间法兰连接状况，钢管杆在导线张力和设备热胀冷缩的影响下，塔身法兰盘长期受到偏心压力导致耐张杆塔法兰盘连接处也存在空隙。雨水通常会沿以上两个地方进入杆身内部，若存在以上情况可初步判定杆内积水。1.2 无人机精细化排查利用无人机多角度、全方位对钢管杆顶部圆形钢材封盖、各法兰连接处精细化拍照排查，包括横担与杆身法兰等。操作无人机需注意拍摄角度，以各拍摄重点部位完整、封盖空隙及法兰连接部位清晰为宜。通过图片各部件连接处空隙初步判定杆内积水情况。2 改造实施2.1 排水改造2.1.1 常规钢管杆基础首先使用工具去除原基础保护帽，排查确认地脚螺栓和钢管杆表面锈蚀程度，根据锈蚀情况选择整改方法，如果仅仅为表面浮锈，使用多功能除锈剂喷涂外表面，待充14Industry development 行业发展分反应后，使用干净钢丝刷除净表面浮锈。为防止加剧锈蚀需同步做好防腐保护，使用镀锌漆对地脚螺栓、钢管杆表面进行重新喷涂处理。若地脚螺栓锈蚀较为严重，对地脚螺栓螺杆进行修复处理，并视情况更换全套地脚螺栓螺母，待镀锌漆完全凝固后，使用与原保护帽等强度混凝土重新浇筑保护帽，期间做好混凝土养护。待养护期满后，在基础立柱侧面分别钻排水孔，排水孔钻取方法如下。钻孔前查阅相关基础配筋图纸，掌握钢筋分布情况，根据主筋间距选择合适孔径的钻头，使用水钻工具在基础立柱侧面钻合适直径排水孔，为方便排水，排水通道呈对角布置，排水通道与水平面角度约20。对于方形基础立柱建议四面钻孔敷设。注意施工过程中，水钻工具保持操作稳定，缓慢钻取，确保排水通道避开基础内部钢筋。2.1.2 可调节钢管杆基础前期保护帽拆除及除锈方式与常规基础改造实施相同，不做赘述。重点讲述如何进行排水改造，为防止地脚螺栓因过度锈蚀导致杆塔倾斜发生倒杆事故。根据底部法兰与基础顶面之间空隙高度，使用等高度镀锌钢板垫块做相应填充，无法填充空隙灌入等强度水泥砂浆封堵，最后使用与原保护帽等强度混凝土重新浇筑保护帽，期间做好保护措施。待养护期满后，根据基础配筋图纸在基础立柱侧面钻取直径合适、与水平面角度约20的排水孔，排水孔呈对角布置。2.1.3 钢管杆杆身改造由于输电线路位于户外，线行环境复杂多变，因为不可抗力因素线路周边发生变化，出现钢管杆基础甚至杆身被掩埋状况，钢管杆处水位低于周边地势，已无法实现基础立柱表面钻孔排水。针对此状态下的钢管杆可选择在外露钢管杆身适当位置使用工具钻孔，灌入C10或C15强度水泥砂浆至钻孔处。待水泥砂浆终凝后，对杆身排水孔洞周围进行防腐防锈处理。部分蛇、虫及鸟类广泛的地区，防止其进入杆身内部筑巢，条件允许下可使用橡胶塞或螺栓塞封堵排水孔，结合线路运维定期检查并排放积水。2.2 新建钢管杆基础新建钢管杆在基础浇筑前在合适位置植入两根塑料排水管，建议圆形基础立柱2根，方形基础立柱4根敷设，排水管规格符合规程要求，管材内外壁光滑、无气泡、裂口和明显痕纹、凹陷、色泽不均及分解变色线，两端切割平整并与轴线垂直，壁厚2.0mm，便于排水管需呈对角布置，排水管与水平面夹角约20，排水管与混凝土接触紧密，无空隙；末端与基础立柱面平齐，无外露、无内陷。敷设排水管应避开钢筋骨架。防止新建钢管杆出现异常积水，建议将此列为今后改造或新建项目涉及钢管杆施工、竣工验收阶段重要考核部分，中间验收阶段增加基础排水管项目验收，检查并记录包括排水管数量、排布角度、排水管畅通程度等验收质量情况，汇总作为竣工资料一并验收归档，否则将列入重大隐患并责令整改。2.3 钢管杆设计改造针对钢管杆杆内积水，分析研判雨水从以下三个地方进入杆身内部，第一处杆顶部缝隙、第二处杆身中间法兰连接处、第三处横担端部及横担与杆身连接处。对于改善钢管杆内部积水问题，钢管杆本体改造也是重点部分，通过改变杆身结构可以在源头上有效地遏制杆内积水，又可以避免后期因排水不畅导致二次积水问题。本文根据本单位现存钢管杆现状，结合运维要求，提出以下三种改造方法。（1）变更钢管杆顶部封盖板造型，项目设计加工阶段要求设计、生产厂家对顶部封盖板增大尺寸并将封盖板周边做成下弯包裹设计，“”造型下弯部分使用螺栓固定在钢管杆杆身上，确保雨水无法从上方渗入杆身。顶部封盖板也可直接采用焊接方式连接固定。（2）钢管杆本体增加隔水层，每段杆身中间连接法兰处，下段钢管杆法兰处杆身用钢板封口焊接，封口钢板略带轻微弧度，钢板弧度一侧向上引导雨水顺法兰连接空隙处流出，防止雨水渗入杆内部，原理与“竹子”结构类同。（3）钢管杆横担与杆身法兰连接处增设“T”型防雨罩，防雨罩固定在横担法兰处，使用套筒扳手将横担和杆身螺栓连接即可，安装后防雨罩将防止雨水沿法兰螺栓缝隙流入杆身，同时避免螺栓受雨水发生锈蚀。目前可根据现有钢管杆横担法兰连接方式结合停电加焊“T”型防雨罩，横担端部进行封口处理，既可以抑制进水，也可以有效防控鸟类筑巢的风险，一举两得。2.4 小结以上提出三种排水改造方法基本适用目前大多数钢管杆积水情况，积水排放有效解决钢管杆积水安全隐患，提升钢管杆使用寿命，降低钢管杆锈蚀速度，同时避免因杆身过度锈蚀发生倒杆断线事故，保障线路设备安全稳定运行。对钢管杆本体结构提出3点设计建议可以从源头遏制钢管杆积水，在不改变杆身结构受力情况下增加防积水措施，有效阻断积水渗入钢管杆内部，改善雨水渗入钢管杆内部。3 钢管杆基础改造前后强度对比从钢筋混凝土物理特性方面分析，钢筋混凝土寿命受很多因素影响，比如回弹值、超声值、碳化深度值和含水15Industry development 行业发展率等参数是影响钢筋混凝土疲劳强度的主要因素。这些参数之间存在了非常复杂的因果关系，根据经验其他影响因素钢筋混凝土可以忽略不计。碳化深度值、超声值、回弹值可预测出其疲劳强度，根据疲劳强度值，得到其使用时间，再根据其能承受的最小的疲劳强度，计算出最大使用时间，可以得到剩余寿命。这种方法预测钢筋混凝土的寿命，具有参数检测方便和预测结果易得等特点。本文随机选取2基排水改造前后钢管杆进行回弹值和碳化深度值测量，对比分析改造前后强度及使用寿命变化情况。3.1 回弹值测量使用ZC3-D型数字回弹仪进行钢筋混凝土回弹值测量，分别在计划钻取排水通道附近位置选择两个测区检测基础回弹值。回弹仪的轴线应始终垂直于钢管杆基础立柱检测面，并应缓慢施压，准确读数，快速复位。两个相对测试面上弹击16次，共得32个回弹值。每个测点宜在测区范围内均匀分布，相邻两测点的净距离不宜小于20mm，测区距基础立柱上表面或侧面距离不应大于0.5m，且不宜小于0.2m，测点不应在气孔或外露石子上。同个测点只应回弹一次；测区面积S范围控制在0.04m2。根据回弹法检测混凝土抗压强度技术规程要求，计算测区平均回弹值时，从测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，其余10个回弹值按固定公式计算。计算后，记录2个测区平均回弹值Rm。待基础钻孔完成后在上述测区附近选取两处测区，测量并记录平均回弹值Rm。3.2 碳化深度值测量回弹值检测完毕后，在测区上测量碳化深度值，具体方法如下，使用工具在测区表面形成直径约15mm孔洞，深度约10mm左右，使用清洁气吹清除孔洞中粉末和碎屑，且不得用清水擦洗，用质量分数为1%酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，当已碳化与未碳化界线清晰时，用深度卡尺测量碳化深度值，既碳化与为未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离。测量3次，取其平均值，每次读数精确至0.5mm。3.3 小结根据测量的回弹值和碳化深度值数据，查回弹法检测混凝土抗压强度技术规程推算混凝土强度换算值，通过与基础混凝土施工浇筑强度作比较，结合规程标准和运行经验分析对比两者强度之间差距是否满足要求。通过混凝土评价性能对比，通过两基试验基础改造后运行一段时间后，结合外观检查和数据检测，分析得出改造前后钢管杆基础外观无明显裂纹、基础混凝土强度未发生明显变化、使用寿命无明显改变，对设备健康不构成影响，满足运行条件要求。4 结论（1）通过人工和无人机相结合排查手段对钢管杆顶部盖板和各法兰连接处、基础立柱表面、保护帽及钢管杆杆身外观检查，初步判断钢管杆杆内是否存在积水，结合检查分析判断，及时采取排放水措施，避免盲目打开保护帽，提高作业准确率。（2）结合本单位钢管杆状况，本文从三种情况通过对已投运现有钢管杆进行有效积水排放，防止杆内长时间积水浸泡导致杆身内部锈蚀，积水排放有效解决钢管杆积水安全隐患，提升钢管杆使用寿命，降低钢管杆锈蚀速度，同时避免因杆身过度锈蚀发生倒杆断线事故，发生倒杆断线风险，引起危及社会公共和电网设备安全的重大安全事故。检测改造前后基础混凝土强度，通过换算强度值与基础混凝土施工浇筑强度作比较，结合规程标准和运行经验分析对比后，两者强度等级之间差距满足要求。（3）通过改变杆身结构遏制杆内积水，避免后期因排水不畅导致二次积水问题，本文针对钢管杆本体结构造型提出三点设计意见，有效地从源头改善钢管杆今后积水隐患，三种设计造型均不改变杆身结构受力情况，不增加钢管杆整体结构较大负载，对线路安全运行影响可忽略不计。通过充分考虑研判后采取防渗入与顺利排放一系列相结合的技术手段，有效解决钢管杆内部积水隐患。以上检查和改造方法基本涵盖目前待解决现存钢管杆积水状况，本文主要以主网输电钢管杆积水问题为问题出发点，通过一系列方式方法改善钢管杆积水问题，配网可结合实际情况自行考核借鉴。本文为今后钢管杆设计阶段提供指导借鉴，也为钢管杆基础施工阶段提供施工作业参考，对如何排放积水提供施工工艺依据，对钢管杆基础竣工验收时提供验收标准支撑，同时对配网及其他专业领域内部中空的钢管杆提供改造参考价值依据。（作者单位：广东电网有限责任公司汕头供电局）