季 坤，陳安生

安徽省電力公司生產(chǎn)技術部，安徽合肥，230601

1 倒桿經(jīng)過

某局110 kV線路桿塔型式采用耐張桿為鐵塔，直線桿沿規(guī)劃道路使用非拉線預應力高強水泥桿。線路為同桿雙回。2012年5月底，11#～19#共九基高強水泥桿突然倒桿，10#高強水泥桿彎曲。該線路7#～20#為同一耐張段，其中9#～19#直線桿塔為同型號高強水泥桿。

事發(fā)時該地區(qū)為暴雨天氣，氣象局資料顯示，風速15 m/s，現(xiàn)場僅有一根樹枝發(fā)生了倒塌。而此線路高強水泥桿是按25 m/s風速設計，于2006年建設投產(chǎn)的?？梢姡伺邚娝鄺U在遠沒達到設計載荷時就失效了。

失效直線高強水泥電桿，桿根連接為法蘭連接，桿段之間采用氣焊焊接方式，現(xiàn)場斷桿均為焊接處斷裂，根部基礎完好。

2 環(huán)形預應力高強度水泥電桿使用概況

高強度部分預應力混凝土桿是將預應力鋼絲與普通鋼筋合理配合，以高標號混凝土(C60)膠結離心形成的復合鋼筋混凝土構件，強度高，具有良好的抗彎、抗裂能力，桿段間通過鋼板圈對接焊連接。該桿型外形美觀，防腐、防盜性好，運行維護簡便，造價低(較鋼管桿造價低35%)，因其占地小，不需要拉線，特別適合在城市道路兩旁使用。該桿型可批量化工廠加工，質(zhì)量和工期易保證，在110 kV及以下電壓等級輸電線路中得到廣泛應用。

3 原因分析

3.1 現(xiàn)場調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，九基高強水泥桿倒桿全是斷裂在電桿鋼圈焊接接頭處。從照片上可以看出，焊縫有嚴重未熔合缺陷，甚至大部分坡口上沒有熔融跡象，說明焊接接頭大部分是虛焊的，另外焊縫根部沒有焊接?？梢钥隙ǖ氖怯捎阡撊附咏宇^的強度不足，導致結合面強度不足，是本次倒桿事故的內(nèi)因。事故發(fā)生時的大風所導致的載荷，是本次倒桿事故的外因。

從現(xiàn)場斷口來看，焊接質(zhì)量特別差，非常罕見。采用氣焊焊接焊縫，也是焊接質(zhì)量不能得到有效保證的一個因素。

3.2 原因分析

經(jīng)對高強水泥桿制造廠家調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高強水泥桿的預應力鋼筋、水泥化學成分、力學性能都沒有問題。水泥桿選型是經(jīng)過論證的。但是當初論證時，水泥桿連接是采用電焊焊接的。對施工單位調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施工驗收階段對鋼圈的焊接驗收不包含內(nèi)部質(zhì)量的檢驗。從設計單位得知，以前的設計采用拉線桿，而現(xiàn)在使用非拉線桿，由于相關標準規(guī)程對此未有明確規(guī)定，設計時對此缺乏考慮。

可見，此次倒桿共有兩個方面的原因：一是設計，二是施工。

3.2.1 設計原因

設計時，未把鋼圈接頭按鋼結構設計，沒有明確此焊縫為鋼結構二級焊縫。電桿改為非拉線桿后，電桿的實際受力為受彎和受拉。據(jù)DL/T5092-1999《110-500 kV架空送電線路設計技術規(guī)程》規(guī)定，各種焊縫的強度設計值，應按現(xiàn)行國家規(guī)范GB50017-2003《鋼結構設計規(guī)范》的有關規(guī)定確定。根據(jù)《鋼結構設計規(guī)范》規(guī)定，在需要進行疲勞計算的構件中，凡對接焊縫均應焊透，質(zhì)量等級最低為二級；在不需要計算疲勞的構件中，凡要求與母材等強的對接焊縫應予焊透，其質(zhì)量等級當受拉時應不低于二級，受壓時宜為二級。根據(jù)GB/T4623-2006《環(huán)形混凝土電桿》規(guī)定，電桿接頭強度不得低于接頭處斷面承載能力。因此，對現(xiàn)有輸電線路非拉線高強水泥桿鋼圈焊接接頭應視為二級焊縫進行設計、安裝和驗收。而根據(jù)GB50205-2001《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》規(guī)定，設計要求全焊透的一、二級焊縫應采用超聲波探傷進行內(nèi)部缺陷的檢驗。對此，設計單位應明確寫在設計文件中。

3.2.2 施工原因

施工中，焊工沒有經(jīng)過嚴格的焊接技術培訓，僅取得國家安監(jiān)部門的焊工證(中華人民共和國特種作業(yè)操作證書)。而按DL/T679-1999《焊工技術考核規(guī)程》規(guī)定，焊工焊接承重鋼結構(包括輸、變電金屬構架)，在正式施焊前必須按本規(guī)程規(guī)定經(jīng)技術考核合格并取得相應的合格證。此規(guī)程還規(guī)定，應取得Ⅲ類焊工資質(zhì)方可焊接鋼結構。按此規(guī)程規(guī)定考核的焊工，只能在已取得的相應焊接資格允許的位置下進行焊接，如平、橫、立、仰不同位置。而此焊工很明顯沒有接受立焊焊接技術的培訓。立焊時，焊縫熔池內(nèi)的金屬會由于重力作用向下流，焊工技巧不足，極容易出現(xiàn)未熔合缺陷。對輸、變電金屬構架進行焊接時，未能嚴格遵守電力行業(yè)《焊工技術考核規(guī)程》，是倒桿事故發(fā)生的一個重要原因。

另外，GB50233-2005《110～500 kV架空送電線路施工及驗收規(guī)范》中，僅對鋼圈焊縫外觀質(zhì)量做了要求，未對焊縫內(nèi)部質(zhì)量明確要求。但是，從焊縫外觀質(zhì)量要求來看，母材咬邊深度不得大于0.5 mm，且不得超過圓周長的10%，表面不允許裂縫，焊縫不允許不足。從規(guī)范來看，焊縫是要求全焊，且要焊透。但遺憾的是此規(guī)范未對焊縫內(nèi)部質(zhì)量進行明確要求。可見這部分內(nèi)容的規(guī)定非常不合理、不科學、不規(guī)范。從質(zhì)量控制體系來看，制造、施工質(zhì)量驗收應按設計要求進行。而GB50233不管設計是按一級、二級還是三級，以及設計規(guī)范與否，僅要求焊縫外觀合格，是不合適的，不能滿足設計要求。從這個角度來看，這部分內(nèi)容的規(guī)定與GB50205《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》存在沖突。

4 焊接質(zhì)量檢查分析

由于此次倒桿事故的產(chǎn)生原因具有一定的共性，某省公司立即組織對全省在運行110 kV高強水泥桿鋼圈焊接接頭進行焊縫質(zhì)量無損檢測。從抽查的31基水泥桿鋼結構焊縫檢測結果來看檢測結果不樂觀，31基鋼圈焊接接頭中有22基有未熔合、未焊透等超標缺陷，抽查不合格率為71.0%。而未熔合缺陷，等同于裂紋的危害；未焊透缺陷不但削弱了焊縫的有效厚度，而且導致根部應力集中，易產(chǎn)生裂紋。因此，此類焊縫，不能保證長期安全運行。

據(jù)排查，全省在運行110 kV環(huán)形預應力高強水泥桿共有733基，針對如此數(shù)量的水泥桿有必要考慮對鋼圈接頭進行補強或更換。從各方面來考慮，現(xiàn)階段進行補強應該是最理想的方案。

5 高強水泥桿補強方案

5.1 補強方案

加固補強方案的優(yōu)劣，首先應把是否具有施工作業(yè)方便性作為必要條件。加固方案應能體現(xiàn)加固工作所要求的短、平、快、省、優(yōu)的特點。

針對目前高強度部分預應力混凝土桿段之間鋼箍對接處焊接面存在未焊透、未熔焊以及焊高不足等質(zhì)量問題和隱患，可以采取的補強措施主要為以下三種方式：在鋼箍處采用鋼圈抱箍加強；在鋼箍處采用碳纖維布纏繞包裹加強；在鋼箍處采用鋼板或型鋼焊接加強。

其中，第三種補強方式構造簡單、施工時基本不影響桿塔正常使用，但必須在已建桿塔上進行焊接作業(yè)?？紤]桿身上工作面狹小，同時必須進行高空焊接工作，一方面焊接工作實施困難，另一方面不可避免地存在焊接設備不易到位、焊接質(zhì)量不易保證的缺點；再者在鋼箍上進行大面積的焊接作業(yè)對鋼箍本身亦有損傷。另外，在省內(nèi)大范圍同步實施，設備和工器具以及焊工也不易同步到位，施工周期長，質(zhì)量不易保證，因此此方案不宜采用。

第二種補強方式采用的碳纖維布，其特點是強度極高，能靈活地用于抗彎、封閉箍和抗剪等加固工程，抗疲勞能力突出；材料自重輕，厚度小，加固后基本不增加基體厚度；具有良好的柔韌性，能包裹復雜外型的構件；施工便捷，施工時基本不影響桿塔正常使用；但造價較高，同時施工使用的碳纖維布及配套的樹脂、機具等必須由具有施工經(jīng)驗的專業(yè)施工隊伍實施，否則施工的工藝和質(zhì)量無法保證。因補強工作需在全省大范圍內(nèi)同步開展，點多面廣，限于專業(yè)施工單位的人力和設備資源的劣勢，施工周期無法保證，不具備短、平、快、省、優(yōu)的特點，因此此方案也不宜采用。

第一種補強方式，在高強度部分預應力混凝土桿的桿段鋼箍處，采用兩片大鋼圈螺栓連接方式加強，結構簡單，施工簡便。經(jīng)初步統(tǒng)計分析，根據(jù)《110 kV～0.4 kV輸電配電線路部分預應力電桿典型設計》，不同的桿段配置以及鋼箍尺寸，而確定對應的鋼圈尺寸。對于省內(nèi)采用的高強度部分預應力混凝土桿按7種規(guī)格定制即可滿足已建水泥桿線路的補強工作。同時，7種規(guī)格鋼圈可以在加工廠批量加工制造，加工周期短，加工質(zhì)量和焊接技術水平易保證。因兩片鋼圈采用螺栓連接，施工簡便，可以滿足省內(nèi)大范圍內(nèi)同步開展的需要，工程加固補強周期最短，此方案可用。

5.2 補強措施

對于鋼圈加固補強施工過程，因高強度部分預應力混凝土桿為錐形桿，為了使加固鋼圈能緊貼水泥桿表面，防止鋼圈在長期動力荷載情況下發(fā)生滑移，須在加固鋼圈內(nèi)壁以及處理好的混凝土表面抹上專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，方可采用螺栓緊固安裝就位。安裝前，必須保證水泥桿表面打磨平整，無雜物及凸起；對已有水泥桿鋼箍進行除銹、打磨，水泥桿混凝土以及加固鋼圈進行除塵并用丙酮或二甲苯清洗鋼箍及混凝土表面。

補強工藝流程：鋼圈制作→基底處理→配膠→粘貼→固定及加壓→固化→檢驗。

5.3 施工注意事項

為了保證施工質(zhì)量，施工中應注意：

針對不同的鋼圈規(guī)格應選用不同的加固鋼圈，改性環(huán)氧樹脂膠粘劑必須采用A級膠，使用前需進行現(xiàn)場質(zhì)量檢驗，并進行抗拉拔試驗，其安全性檢驗指標必須符合《混凝土結構加固設計規(guī)范》(GB 50367-2006)4.5.5條規(guī)定，合格后方能使用，使用時在現(xiàn)場配制，配制時按產(chǎn)品說明書規(guī)定進行。

施工時，應制定可靠措施保證加固鋼圈就位準確。加固鋼圈中心應與焊縫中心重合，加固鋼圈螺栓連接端必須置于順線側(即與橫擔方向垂直)。

考慮膠粘劑固化的因素，建議施工時應在晴天或多云天氣、無風或微風(5m/s)氣象條件下實施加固補強工作，不得在濕度大的天氣、大風天氣以及雨天進行施工作業(yè)。施工單位要注意天氣變化，如在加固施工后膠粘劑固化期可能遭遇陰雨天氣，應做好加固補強部位的防水措施。

為保證加固鋼圈防盜性，水泥桿最下一段加固鋼圈的連接螺栓采用雙帽加滾珠防盜帽方式防盜，其他部位連接螺栓采用雙帽螺栓。

5.4 加固鋼圈尺寸表

根據(jù)理論計算，針對全省使用的7種鋼圈，應分別從表1中選取相應的加固鋼圈。

表1 加固鋼圈尺寸表

6 結束語

據(jù)了解，整個國網(wǎng)公司使用此類非拉線環(huán)形預應力高強混凝土水泥桿數(shù)量眾多，且也有類似倒桿事故發(fā)生，原因基本相同，因此對此類電桿進行加固或更換是迫在眉睫之事。本文的加固方案在國網(wǎng)公司尚未見報道，其對生產(chǎn)運行有重要的指導意義。

參考文獻：

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