熊 宇，潘 星，豐波濤，田 澤

（1.湖北方源東力電力科學(xué)研究有限公司，湖北 武漢 430077；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

環(huán)形混凝土電桿為用混凝土和鋼筋或鋼絲制成的電桿，近些年逐步取代木制電桿，成為線路的主要支撐件，與架空導(dǎo)線［1-3］、橫擔(dān)［4］、絕緣子［5］、金具［6］等使導(dǎo)線對(duì)地面和其他交叉跨越物保持足夠安全距離的重要作用［7］。按材質(zhì)不同，電桿分為金屬電桿（簡(jiǎn)稱“鋼管桿”）［8-10］和環(huán)形混凝土電桿（以下簡(jiǎn)稱“電桿”）兩種，常用于10 kV 和35 kV 的輸電線路［10-14］中。根據(jù)制作工藝和鋼筋原材料［15］的配比，電桿可分為鋼筋混凝土電桿、預(yù)應(yīng)力混凝土電桿和部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿；按外形可分為錐形桿和等徑桿。近年來(lái)，隨著農(nóng)村電網(wǎng)改造和移動(dòng)通訊設(shè)施建設(shè)的推進(jìn)［16］，電桿的生產(chǎn)和應(yīng)用得到迅猛發(fā)展，而絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家規(guī)模較小，設(shè)備簡(jiǎn)陋，工藝不完善，導(dǎo)致電桿質(zhì)量問題頻出。電桿的主要問題為原材料、工藝控制和包裝運(yùn)輸?shù)龋?7］，不合格的電桿投入使用后若失效，會(huì)造成局部范圍非計(jì)劃停電，對(duì)人民的生產(chǎn)生活帶來(lái)不必要的麻煩，所以應(yīng)加強(qiáng)電桿的生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)督［18］，防止劣質(zhì)產(chǎn)品流入電網(wǎng)。

2022 年2 月，湖北省多個(gè)地區(qū)發(fā)生了不同程度的降雪，受惡劣天氣的影響［19-20］國(guó)網(wǎng)某供電公司1998年至2000 年第一批農(nóng)網(wǎng)改造項(xiàng)目的電桿發(fā)生了不同程度的斷裂、倒桿情況［21］。國(guó)網(wǎng)某供電公司物資供應(yīng)中心現(xiàn)場(chǎng)抽取了4 根斷裂后的電桿送至指定場(chǎng)地進(jìn)行檢測(cè)、分析，斷裂的4 根電桿屬于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的預(yù)應(yīng)力混凝土電桿，形狀為錐型桿，因工程改造時(shí)間相對(duì)久遠(yuǎn)無(wú)法提供型號(hào)、規(guī)格，電桿已經(jīng)斷裂，無(wú)法進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，本次分析從電桿外觀質(zhì)量、鋼筋骨架分布、保護(hù)層厚度、混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化層深度［22］、鋼筋抗拉強(qiáng)度等方面進(jìn)行試驗(yàn)和分析，從各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果可知，混凝土電桿存在以下質(zhì)量問題：第一，生產(chǎn)時(shí)未按標(biāo)準(zhǔn)尺寸配置螺旋筋；第二，離心過程中因工藝控制不當(dāng)導(dǎo)致鋼筋偏心；第三，混凝土與鋼筋骨架結(jié)合不牢固；第四，保護(hù)層厚度不滿足要求，沒有起到保護(hù)作用導(dǎo)致電桿強(qiáng)度降低；第五，鋼筋原材料的鋼材抗拉強(qiáng)度不合格，預(yù)應(yīng)力鋼筋未完全張拉至標(biāo)準(zhǔn)要求所需的強(qiáng)度。該批混凝土電桿的斷裂主要由于以上質(zhì)量問題，并遇到惡劣氣候環(huán)境而導(dǎo)致［23］。本文的分析過程與結(jié)果僅供生產(chǎn)廠家和使用單位提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 外觀質(zhì)量檢測(cè)與分析

分析前，將4根電桿依次編號(hào)為1號(hào)-4號(hào)，外觀質(zhì)量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)斷裂部位均位于電桿下半段，根據(jù)表1 中的剩余長(zhǎng)度可知1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)斷裂部位大致位于埋深線附近，3號(hào)電桿斷裂部位位于中部，如圖1所示。1號(hào)電桿混凝土外觀完整，無(wú)漏漿，表面未發(fā)現(xiàn)縱向裂縫；2號(hào)電桿表面漏漿，多處表面水泥漿流失，露出砂石，合縫處有縱向裂縫；3 號(hào)電桿表面混凝土完整，內(nèi)部露筋；4 號(hào)電桿表面蜂窩、漏漿，有縱向裂縫［24］。由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20 多年，4 根電桿均有不同程度的外觀質(zhì)量缺陷，由于電桿已斷裂，故不對(duì)其裂紋進(jìn)行評(píng)判，如表1所示。

2 鋼筋骨架檢查

將4 根電桿沿橫向切開后對(duì)其鋼筋骨架進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示，通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)1號(hào)電桿縱向受力鋼筋為螺旋肋鋼筋，2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)均為光圓冷拉鋼絲，根據(jù)《GB 4623-94 環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土電桿》附錄A中A4.a條鋼筋根數(shù)的要求，梢徑小于等于150 mm的錐型桿不少于6 根，A5 條規(guī)定主筋凈距不宜小于30 mm，A9、A10條規(guī)定整根錐形桿在其長(zhǎng)度范圍內(nèi)均應(yīng)配置螺旋鋼筋，當(dāng)梢徑小于190 mm的錐形桿螺旋筋的直徑不應(yīng)小于2.5 mm。根據(jù)表2 可知，1 號(hào)-4 號(hào)電桿縱向受力鋼筋規(guī)格、數(shù)量均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，除了1號(hào)電桿有布置螺旋筋外，其余3根均未布置螺旋筋，不符合要求。

表2 鋼筋骨架尺寸檢查及標(biāo)準(zhǔn)要求Table 2 Dimension inspection and standard requirements of steel skeleton

螺旋筋、架力圈與縱向受力鋼筋共同組成電桿的鋼筋骨架，螺旋筋的作用是固定縱向受力鋼筋的位置，減小電桿離心時(shí)縱向受力鋼筋的位移，提高電桿內(nèi)外壁保護(hù)層厚度的均勻性，確保埋深線以下的縱向鋼筋受力均勻，避免因骨架受力不均而降低骨架的剛度；由于混凝土容易因?yàn)闇囟茸兓a(chǎn)生收縮，通體的螺旋筋能夠減少電桿混凝土收縮裂紋的出現(xiàn)，提高電桿的使用壽命；螺旋筋與縱筋的組合能夠使電桿在受力過程中將所受力分散到整個(gè)骨架和管狀混凝土桶中，提高電桿的承載力。本次檢測(cè)的4 根電桿中2 號(hào)-4 號(hào)電桿均未設(shè)置螺旋筋，無(wú)螺旋筋會(huì)導(dǎo)致電桿混凝土結(jié)構(gòu)承受更大的內(nèi)應(yīng)力［25］，造成混凝土結(jié)構(gòu)容易開裂，也容易使鋼筋骨架結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，從而影響電桿的整體強(qiáng)度。

3 保護(hù)層厚度檢查與分析

將4根電桿切割后分別從中部和尾部的端面對(duì)保護(hù)層和壁厚進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量值如表3 所示。根據(jù)《GB 4623-94 環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土電桿》第5.4.1 保護(hù)層厚度中規(guī)定預(yù)應(yīng)力鋼筋直徑為小于等于6 mm時(shí)，保護(hù)層厚度不得小于12 mm。從表3可知，1號(hào)-4號(hào)電桿最小保護(hù)層厚度均小于12 mm，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。從電桿的壁厚檢測(cè)結(jié)果可見，壁厚大于縱向受力鋼筋直徑（5 mm或6 mm）+內(nèi)外壁最小要求保護(hù)層厚度（12 mm×2），因此，4根電桿的壁厚可以滿足保護(hù)層厚度的要求，但檢查發(fā)現(xiàn)，4根電桿的保護(hù)層厚度在截面范圍內(nèi)不均勻［26］，如圖2所示，究其原因是，電桿在離心時(shí)，無(wú)螺旋筋固定的鋼筋骨架發(fā)生變形，導(dǎo)致保護(hù)層厚度不均勻（在360°范圍內(nèi)不均勻，內(nèi)外壁保護(hù)層厚度也不均勻）。

圖2 1號(hào)-4號(hào)電桿端面宏觀縱向鋼筋和混凝土偏心Fig.2 Macro longitudinal reinforcement and concrete eccentricity of No.1-No.4 electric pole

表3 電桿切割后各段最小保護(hù)層和壁厚測(cè)量值Table 3 Measured values of minimum protective layer and wall thickness of each section after pole cutting

4 混凝土強(qiáng)度及碳化層深度檢測(cè)與分析

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)4根電桿的混凝土抗壓強(qiáng)度采用回彈法進(jìn)行檢測(cè)［27］，對(duì)碳化層深度采用原位檢測(cè)方法進(jìn)行，混凝土抗壓強(qiáng)度和碳化層深度檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 混凝土強(qiáng)度和碳化層深度檢測(cè)結(jié)果Table 4 Test results of concrete strength and carbonation layer depth

根據(jù)《GB 4623-94 環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土電桿》5.3條規(guī)定，預(yù)應(yīng)力電桿離心混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C50 級(jí)，出廠時(shí)應(yīng)不低于設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)的80%，2號(hào)、4號(hào)電桿目前混凝土強(qiáng)度已低于標(biāo)準(zhǔn)值。

2號(hào)、4號(hào)電桿碳化層深度已經(jīng)大于其實(shí)測(cè)最小保護(hù)層厚度，混凝土碳化后將從堿性變?yōu)橹行?，失去?duì)鋼筋的防腐作用，導(dǎo)致鋼筋腐蝕，而對(duì)鋼筋的外觀檢查發(fā)現(xiàn)部分鋼筋已發(fā)生腐蝕。

5 鋼筋拉伸試驗(yàn)與分析

將每根電桿的混凝土敲碎后取3段未腐蝕的縱向受力鋼筋進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)要求如表5所示。由表5可見，4根電桿的縱向受力鋼筋抗拉強(qiáng)度均低于標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致鋼筋抗拉強(qiáng)度不合格的原因包括預(yù)應(yīng)力鋼絲張拉不到位［28］，和鋼絲原材料不合格。

表5 鋼筋拉伸試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Tensile test results of reinforcement

6 結(jié)論

4 根電桿中除了1 號(hào)電桿的鋼筋骨架符合標(biāo)準(zhǔn)要求外，其余3根均未設(shè)置螺旋筋，無(wú)螺旋筋會(huì)導(dǎo)致電桿混凝土結(jié)構(gòu)承受更大的內(nèi)應(yīng)力，造成混凝土結(jié)構(gòu)容易開裂，也容易使鋼筋骨架結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，從而影響電桿的整體強(qiáng)度。

4 根電桿的保護(hù)層厚度不滿足要求，所測(cè)得的混凝土的碳化層深度超過最小保護(hù)層厚度，已失去了對(duì)鋼筋的防腐作用。

4根電桿的縱向受力鋼筋抗拉強(qiáng)度均低于標(biāo)準(zhǔn)要求，電桿在彎曲時(shí)，電桿一側(cè)的混凝土受壓應(yīng)力、另一側(cè)的鋼筋受拉應(yīng)力，因此電桿的抗彎能力是由混凝土的抗壓強(qiáng)度和鋼筋的抗拉強(qiáng)度共同提供的，當(dāng)鋼筋抗拉強(qiáng)度不足時(shí)，將影響電桿的整體抗彎能力。

綜上所述，以上電桿存在偷工減料和制作工藝不當(dāng)?shù)葐栴}，導(dǎo)致電桿多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)，在惡劣天氣影響下，電桿無(wú)法承受外部載荷導(dǎo)致斷裂。

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)生產(chǎn)企業(yè)，應(yīng)加強(qiáng)原材料的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)和生產(chǎn)工藝的控制，在運(yùn)輸過程中，特別是裝卸起吊時(shí)要輕拿輕放，并使用兩點(diǎn)式吊桿，嚴(yán)禁卸車時(shí)暴力摔卸電桿［29］。

對(duì)于安裝單位，應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行安裝，保證基礎(chǔ)的牢固性和電桿的埋深滿足要求，杜絕野蠻施工。

對(duì)于使用單位，應(yīng)加強(qiáng)電桿的抽樣檢驗(yàn)，在抽樣過程中應(yīng)保證樣品的隨機(jī)性［30］，同時(shí)，可制定不同型號(hào)電桿的鋼筋骨架標(biāo)準(zhǔn)化圖紙，將其列入招標(biāo)文件中，進(jìn)一步減少可能導(dǎo)致電桿質(zhì)量參差不齊的因素。