110 kV线路预应力水泥杆纵向开裂原因分析

季 坤，陈国宏，陈安生，王家庆，王若民

1.安徽省电力公司，安徽合肥，230601;2.安徽省电力科学研究院，安徽合肥，230601

某供电公司三条110 kV线路始建于2006年初，于2006年6月初开始试运行。预应力水泥杆均为同一个厂家生产，定货合同于2006年3月中旬签定。自2010年2月份，线路巡视人员在对这三条线路检查中发现个别大弯矩杆表面有微小裂纹，但不是很明显。在2011年6月份进行线路巡视时，发现水泥杆体表面裂纹明显增大，杆塔裂纹的数量也明显增加。三条线路共发现裂纹较为严重的大弯矩杆有5基，裂纹较轻微的有13基。裂纹分布在下、中段，裂纹宽度大部分≤0.2 mm，裂纹呈现纵向分布特征，长度、分布密度不一，最长连续裂纹将近3 m，个别裂纹深入根部。为了全面深入了解预应力水泥杆表面开裂的原因及可能对线路安全带来的影响，供电公司组织相关单位技术人员前往线路现场进行勘察，初步分析水泥杆是由于质量问题导致开裂，同时对水泥杆裂纹产生原因进行了深入分析和对安全隐患进行了评估。

1 预应力水泥杆隐患裂纹排查情况

在2010年6～8月，针对预应力水泥杆连接焊缝焊接质量不合格，对水泥杆连接焊缝处采用加装抱箍的方式进行加强。2011年2月，供电公司线路巡查人员发现部分预应力水泥杆有纵向裂纹，且经过一段时间观察，裂纹有逐步扩大和增多的趋势，裂纹的产生增多与扩展，给水泥杆的承载能力及使用寿命带来不利的影响。初步怀疑与安装的加强抱箍有关。为此，省公司生产技术部立即安排全省其他地市供电公司对所辖线路预应力水泥杆的运行状况进行排查。除两个供电公司有个别预应力水泥杆出现裂纹外，其他公司均未发现水泥杆出现裂纹现象。出现裂纹的两个公司的线路运行时间较长，且在安装加强抱箍之前就已经产生裂纹，属长期运行后水泥杆老化导致的正常开裂，裂纹产生原因与抱箍没有必然的联系。

根据DL/T 741-2010《架空输电线路运行规程》5.1.4规定：钢筋混凝土杆保护层不应腐蚀脱落、钢筋外露，普通钢筋混凝土杆不应有纵向裂纹和横向裂纹，缝隙宽度不应超过0.2 mm，预应力钢筋混凝土杆不应有裂纹。根据排查情况，供电公司发现的预应力水泥杆存在纵向裂纹的基数较多，部分裂纹开口缝隙较大，尤其在冬天结冰的情况下，裂纹开口将进一步扩大，雨水极易浸入内部腐蚀钢筋，降低水泥杆的承载能力，影响输电线路的安全运行[1]。因此，有必要对三条输电线路水泥杆开裂的原因进行分析，并提出整改建议，为线路的安全运行提供保障。

2 裂纹成因分析

2.1 抱箍分析

根据各地市公司水泥杆裂纹隐患排查情况，可以排除抱箍是导致裂纹的主要原因。首先，水泥杆裂纹均为沿杆身轴向的纵向裂纹，同时结合水泥杆进行抱箍加固的情况进行分析，因水泥杆加固属于局部加强，其重量产生的影响较小，钢箍的刚度相对于水泥杆的刚度而言仍为柔性结构，产生的影响根据其受力应为垂直于水泥杆轴向的水平裂纹，并应表现在水泥杆抱箍附近的较小区域。然而在本次排查中，抱箍附近区域未发现该类裂纹。其次，根据排查情况，除宿州供电公司外其他地市公司均没有出现同样的水泥杆非正常开裂现象，因此，可以断定裂纹产生原因与抱箍没有必然的联系。

2.2 承载力分析

根据规划设计部门提供的荷载和生产厂家提供的预应力水泥杆尺寸、配筋图，按照规程规范从理论上进行分析计算，对预应力水泥杆进行了承载力计算和抗裂验算，结果表明，该预应力水泥杆是满足正常使用承载力的要求的，因此，该类型预应力水泥杆应不会因承载力出现裂纹[2]。

2.3 生产工艺分析

结合全省各市供电公司对所辖线路水泥杆开裂状况排查结果发现，除此供电公司这三条线路，全省其他供电公司水泥杆塔均未出现类似这三条线路水泥杆短期非正常开裂现象。而这三条线路均在同一时间建设，水泥杆均为同一厂家在同一时间生产的同一批次产品，因此，这三条线路部分水泥杆表面出现裂纹最大可能的原因就是生产厂家在生产过程中出现了问题。

从线路建设时间上分析，生产厂家在签定产品生产合同到产品制造结束时间段很短。从2006年3月中旬签定合同，除去设计及前期准备时间，水泥杆最快从4月初开始生产，同年6月初线路试运行，说明在5月中旬以前就已经完成了所有线路水泥杆的生产及运输工作，供厂家生产的时间仅仅一个半月，而且这个时间还包括水泥杆保养需要28天。在这么短的时间内，为了完成生产任务，个别水泥杆可能出现脱模时间过早及保养时间不足等生产工艺的不严格问题，从而影响水泥杆的质量。

2.3.1 脱模时间过早

首先，电杆脱模时如达不到脱模强度的要求，会使混凝土抗压和抗拉强度降低，钢筋应力敷松过早，易使混凝土压缩加剧，内部形成微细的裂纹，严重影响预应力电杆的抗裂性能，是日后在运行环境中电杆生成纵裂的隐患因素；其次，生产时预应力钢筋切断长度误差较大，或者锚固盘倾斜，致使在张拉预应力筋过程中较短的钢筋收到超张拉，而较长的钢筋又张拉不足。卸载张拉力后，超张拉的钢筋严重回缩，可能造成混凝土顺筋开裂。尤其是在混凝土由于脱模过早未达到一定强度时即卸载张拉力更容易造成混凝土的顺筋开裂；最后，过早脱模造成混凝土强度低，电杆落地后受到冲击，而这种冲击力一般是电杆自重的几倍甚至几十倍，将造成电杆纵向裂，有时还会出现环向裂纹或隐裂等，后期运行过程中，在外部载荷的作用下，裂纹就会逐渐扩展或隐性裂纹变成显性裂纹。

2.3.2 保养时间不足

混凝土电杆的养护工艺是使已密实成型的电杆进行水化反应，获得所需物理力学性能及耐久性等指标的工艺措施。养护制度不当，如带模蒸养时间短、后期未加强水养等原因，影响水泥水化作用的正常进行，造成混凝土结构疏松，影响混凝土的强度及耐久性。在后期出现的大多数裂纹实质上是在外力或环境条件的作用下，原有微裂纹扩展而引发的结果。裂纹的产生，是由于原材料质量失控和工艺制度控制不严，使混凝土在硬化过程中已产生了原生裂纹。

3 结论与整改措施

综上所述，可以判定供电公司三条110 kV供电线路部分预应力水泥杆产生纵向裂纹的主要原因是生产厂家水泥杆预制过程中钢筋张拉和混凝土脱模养护质量控制不严格造成的。基于此，提出以下整改措施。

(1)对供电线路3基较为严重裂纹的水泥杆立即采取临拉并对0.3 mm以上的纵裂实施灌浆；采用高强胶泥对0.5 mm以上的裂纹实施填塞；采用高渗防水剂对0.3 mm以下的裂纹实施灌渗，尽可能消除裂纹的切割破坏，防止迎峰度夏期间强对流天气倒杆断线。

(2)采用钢板粘贴技术或碳纤维加固技术，对结构破损开裂和严重派生开裂的区域实施环向或纵向粘钢及碳纤维加固，以恢复和提高结构的强度和刚度。在裂纹密集区，采用高分子织物膜进行封闭，阻止和延缓混凝土的碳化、老化。

(3)对于未出现裂纹的预应力混凝土杆，特别是最下一段杆身，可在混凝土表面涂上一层混凝土保护剂，阻止杆身遭受碳化腐蚀、雨雪水浸入和冻融破坏。

(4)运行人员加强预应力水泥杆的观测和记录，跟踪裂纹的产生和变化情况。建议在条件允许的情况下，对存在裂纹隐患的水泥杆进行更换。

参考文献：

[1]梁志海，赵洪波.变电站水泥杆裂缝分析及加固[J].大坝与安全，2009(4)：75-78

[2]晏嘉陵，陈安生，陈庆涛，等.变电站构架水泥杆钢圈对接焊缝无损检测及应力分析[J].电力安全技术，2012，14(4)：22-25