混凝土電桿裂縫的成因淺析及修補技術

自從德國在本世紀初制造出第1根環形混凝土電桿以來, 混凝土電桿已在輸配電線路、變電站(所) 、通訊線路、城鄉照明線路等工程領域中獲得了廣泛的應用,生產技術也取得了長足的進展。

環形混凝土電桿是一類長徑比很大的特殊混凝土預制構件,使用時一般作為懸臂式結構獨立承載(有時也組成拉索式結構或框架式結構) ,而且直接暴露于野外,又不能隨意更換。鑒于以上特點,電桿的設計(如配筋率和混凝土標號) 是比較保守的,電桿的生產也采取了比較嚴格和*的工藝(如電桿中配筋的定位精度比現澆混凝土構件要高得多,又如采用離心成型和蒸汽養護工藝) 。但是,仍有不少電桿在使用中出現裂縫。桿身裂縫將對電桿的結構安全和使用壽命產生不可忽視的影響,而出現裂縫的原因又十分復雜。根據長期的理論研究和試驗研究,本文分析論述了電桿常見的裂縫類型及其產生原因,并根據成功的工程實踐,介紹了裂縫的修補技術。

1、電桿常見的裂縫類型及成因分析

1.1 淺表無規則裂縫———龜裂

其特征是: (1) 電桿使用不久后即會出現; (2)裂縫在電桿表面呈網絡狀分布。
龜裂由混凝土干縮引起,故在早期可能出現。隨著時間的推移,裂縫可能會被自身析出的凝膠體填實。因電桿混凝土是離心成型,密實性較好,故這類裂縫不易向縱深發展,相對來說,危害不大。
1.2 環向裂縫

1.2.1 由生產造成的環向裂縫及其特點

環向裂縫是電桿zui易產生的裂縫。GB396-94《環形鋼筋混凝土電桿》規定,環向裂縫寬度≤0.05mm產品仍為合格。GB4623-94《環形預應力混凝土電桿》則規定不允許產品出現裂縫。但上述2項國家標準同時又補充說明不計電桿表面的水紋。實際上水紋也是電桿生產過程中出現的裂縫,只不過生產過程結束后裂縫閉合了。
電桿在生產過程中出現裂縫的原因,主要有以下幾點:

(1) 鋼模剛度不足,吊架長度不當
在鋼模剛度不足的情況下,如吊架長度與鋼模長度相當,起吊時易產生中間凹下,兩頭翹起;如吊架長度遠小于鋼模長度,出現的情況與之相反,而將鋼模放下后又恢復平直。混凝土因不能適應鋼模的變形而產生裂縫。

(2) 離心速度或時間不足,蒸養溫度或時間不足,電桿過早脫模
個別生產廠家有時在生產中為了趕工期、搶進度, 致使混凝土在沒有達到足夠的強度的情況下脫模,起吊時桿身自重產生的彎距使混凝土產生裂縫。
對于預應力電桿,預應力鋼筋預壓作用常能使以上2種成因的環向裂縫彌合(即變成水紋) ,而非預應力電桿的環向裂縫則會保留下來。

(3) 預應力電桿生產中施加應力不當,造成電桿彎曲
鋼筋切斷長度誤差過大(≥1.5/10000) 、錨固盤傾斜、不對稱放張是造成預應力電桿彎曲的主要原因,彎曲嚴重時造成受拉面產生裂縫。

一般地,由生產造成的環向裂縫有如下特點:
(1) 在同批產品中重復出現次數較多。
(2) 裂縫多分布于桿身中部,一般不是1條,而是基本平行、排列有序的多條。如有環向筋,一般與環向筋位置對應。
(3) 裂縫長度一般為半圓周,單面出現(形成裂縫在電桿的受拉面) 。

1.2.2 在裝卸、運輸、安裝、使用過程中造成的環向裂縫及其特點
電桿在裝卸、運輸、安裝、使用過程出現裂縫的常見原因如下:
(1) 堆放時支點間距過大,中間支點凸出,懸空端受到偶然荷載作用。
(2) 裝卸過程中,電桿從高處滾落,一端先著地或某一部位撞擊硬物,造成混凝土損傷和裂縫。
(3) 運輸過程中,電桿擱置方式不當、顛簸受到沖擊荷載,造成混凝土損傷和裂縫。
(4) 安裝時電桿端部或承載點受到過大的徑向拉力;使用時轉彎處電桿不設斜拉索。
(5) 偶然荷載(如碰撞) 作用。
GB396-94 和GB4623-94均規定電桿出廠時混凝土強度必須達到設計強度的80%。顯然,在混凝土沒有達到足夠強度時出廠的電桿更容易產生裂縫。
電桿在生產后出現環向裂縫大致有以下特點:
(1) 在同批產品中不是大量重復出現。
(2) 不一定出現在桿身中部,裂縫數量不多(1條或少數幾條) 。
(3) 如因偶然荷載(突然而強大的外力) 引起,常伴有混凝土損傷。
(4) 持續的過大彎距也能產生類似生產中造成裂縫的特征。

1.3 縱向裂縫

1.3.1 桿身縱向裂縫
這類裂縫以預應力電桿為多。zui常見的原因是：
(1) 生產時鋼筋切斷長度誤差較大,或錨固盤傾斜,致使在張拉過程中較短的鋼筋受到超張拉,而較長的又張拉不足。斷筋后,超張拉的鋼筋嚴重回縮,可能造成混凝土順筋開裂。在混凝土未達到足夠強度(GB4623-94規定為設計強度的70%) 時斷筋更容易發生縱向裂縫。
(2) 投入運行后產生的縱向裂縫與荷載有一定的關系。
電桿產生縱向裂縫從力學上來講比環向裂縫難于研究和解釋,國內外學術界對此論述模糊,一般認為與電桿的配筋有關,但部分觀點(如認為鋼筋銹蝕或生產時布筋偏心引起縱向裂縫) 缺乏實驗依據。因此,對于有些縱向裂縫的成因尚應根據實際情況分析判斷。

1.3.2 桿身根部縱向裂縫
結冰脹裂電桿多見于北方地區。其特征為：
(1) 在冬季過后發現。
(2) 同一橫截面有多條縱向裂縫(一般2～5條) 地面以上高度一般不超過1.5m ,向下則延伸入基礎。
(3) 電桿截斷后發現桿內積水,裂縫為貫穿裂縫。
關于冰的膨脹力:假設桿身積水全部轉化為冰,水結冰的線膨脹系數約為0.05 ,而混凝土的極限應變只有10-5數量級,即使假設冰的彈性模量只有混凝土的1/10 ,混凝土在彈性極限下也遠遠無法承受冰的膨脹力(相差102～3倍) 。桿內積水結冰脹裂電桿并使桿壁產生裂縫,而且這類裂縫對電桿危害很大。

1.3.3 　鋼板圈周圍的縱向裂縫
其特征是短(一般在0.5m以內) 而多(可同時產生數條) ,其原因主要是:
(1) 鋼板圈對焊或法蘭盤焊接不當時引起局部高溫,鋼板膨脹造成混凝土開裂。
(2) 因混凝土和鋼材熱膨脹系數不同,自然溫差可造成混凝土開裂。