混凝土电杆裂缝的成因浅析及修补技术

自从德国在本世纪初制造出第1根环形混凝土电杆以来, 混凝土电杆已在输配电线路、变电站(所) 、通讯线路、城乡照明线路等工程领域中获得了广泛的应用,生产技术也取得了长足的进展。

环形混凝土电杆是一类长径比很大的特殊混凝土预制构件,使用时一般作为悬臂式结构独立承载(有时也组成拉索式结构或框架式结构) ,而且直接暴露于野外,又不能随意更换。鉴于以上特点,电杆的设计(如配筋率和混凝土标号) 是比较保守的,电杆的生产也采取了比较严格和*的工艺(如电杆中配筋的定位精度比现浇混凝土构件要高得多,又如采用离心成型和蒸汽养护工艺) 。但是,仍有不少电杆在使用中出现裂缝。杆身裂缝将对电杆的结构安全和使用寿命产生不可忽视的影响,而出现裂缝的原因又十分复杂。根据长期的理论研究和试验研究,本文分析论述了电杆常见的裂缝类型及其产生原因,并根据成功的工程实践,介绍了裂缝的修补技术。

1、电杆常见的裂缝类型及成因分析

1.1 浅表无规则裂缝———龟裂

其特征是: (1) 电杆使用不久后即会出现; (2)裂缝在电杆表面呈网络状分布。
龟裂由混凝土干缩引起,故在早期可能出现。随着时间的推移,裂缝可能会被自身析出的凝胶体填实。因电杆混凝土是离心成型,密实性较好,故这类裂缝不易向纵深发展,相对来说,危害不大。
1.2 环向裂缝

1.2.1 由生产造成的环向裂缝及其特点

环向裂缝是电杆zui易产生的裂缝。GB396-94《环形钢筋混凝土电杆》规定,环向裂缝宽度≤0.05mm产品仍为合格。GB4623-94《环形预应力混凝土电杆》则规定不允许产品出现裂缝。但上述2项国家标准同时又补充说明不计电杆表面的水纹。实际上水纹也是电杆生产过程中出现的裂缝,只不过生产过程结束后裂缝闭合了。
电杆在生产过程中出现裂缝的原因,主要有以下几点:

(1) 钢模刚度不足,吊架长度不当
在钢模刚度不足的情况下,如吊架长度与钢模长度相当,起吊时易产生中间凹下,两头翘起;如吊架长度远小于钢模长度,出现的情况与之相反,而将钢模放下后又恢复平直。混凝土因不能适应钢模的变形而产生裂缝。

(2) 离心速度或时间不足,蒸养温度或时间不足,电杆过早脱模
个别生产厂家有时在生产中为了赶工期、抢进度, 致使混凝土在没有达到足够的强度的情况下脱模,起吊时杆身自重产生的弯距使混凝土产生裂缝。
对于预应力电杆,预应力钢筋预压作用常能使以上2种成因的环向裂缝弥合(即变成水纹) ,而非预应力电杆的环向裂缝则会保留下来。

(3) 预应力电杆生产中施加应力不当,造成电杆弯曲
钢筋切断长度误差过大(≥1.5/10000) 、锚固盘倾斜、不对称放张是造成预应力电杆弯曲的主要原因,弯曲严重时造成受拉面产生裂缝。

一般地,由生产造成的环向裂缝有如下特点:
(1) 在同批产品中重复出现次数较多。
(2) 裂缝多分布于杆身中部,一般不是1条,而是基本平行、排列有序的多条。如有环向筋,一般与环向筋位置对应。
(3) 裂缝长度一般为半圆周,单面出现(形成裂缝在电杆的受拉面) 。

1.2.2 在装卸、运输、安装、使用过程中造成的环向裂缝及其特点
电杆在装卸、运输、安装、使用过程出现裂缝的常见原因如下:
(1) 堆放时支点间距过大,中间支点凸出,悬空端受到偶然荷载作用。
(2) 装卸过程中,电杆从高处滚落,一端先着地或某一部位撞击硬物,造成混凝土损伤和裂缝。
(3) 运输过程中,电杆搁置方式不当、颠簸受到冲击荷载,造成混凝土损伤和裂缝。
(4) 安装时电杆端部或承载点受到过大的径向拉力;使用时转弯处电杆不设斜拉索。
(5) 偶然荷载(如碰撞) 作用。
GB396-94 和GB4623-94均规定电杆出厂时混凝土强度必须达到设计强度的80%。显然,在混凝土没有达到足够强度时出厂的电杆更容易产生裂缝。
电杆在生产后出现环向裂缝大致有以下特点:
(1) 在同批产品中不是大量重复出现。
(2) 不一定出现在杆身中部,裂缝数量不多(1条或少数几条) 。
(3) 如因偶然荷载(突然而强大的外力) 引起,常伴有混凝土损伤。
(4) 持续的过大弯距也能产生类似生产中造成裂缝的特征。

1.3 纵向裂缝

1.3.1 杆身纵向裂缝
这类裂缝以预应力电杆为多。zui常见的原因是：
(1) 生产时钢筋切断长度误差较大,或锚固盘倾斜,致使在张拉过程中较短的钢筋受到超张拉,而较长的又张拉不足。断筋后,超张拉的钢筋严重回缩,可能造成混凝土顺筋开裂。在混凝土未达到足够强度(GB4623-94规定为设计强度的70%) 时断筋更容易发生纵向裂缝。
(2) 投入运行后产生的纵向裂缝与荷载有一定的关系。
电杆产生纵向裂缝从力学上来讲比环向裂缝难于研究和解释,国内外学术界对此论述模糊,一般认为与电杆的配筋有关,但部分观点(如认为钢筋锈蚀或生产时布筋偏心引起纵向裂缝) 缺乏实验依据。因此,对于有些纵向裂缝的成因尚应根据实际情况分析判断。

1.3.2 杆身根部纵向裂缝
结冰胀裂电杆多见于北方地区。其特征为：
(1) 在冬季过后发现。
(2) 同一横截面有多条纵向裂缝(一般2～5条) 地面以上高度一般不超过1.5m ,向下则延伸入基础。
(3) 电杆截断后发现杆内积水,裂缝为贯穿裂缝。
关于冰的膨胀力:假设杆身积水全部转化为冰,水结冰的线膨胀系数约为0.05 ,而混凝土的极限应变只有10-5数量级,即使假设冰的弹性模量只有混凝土的1/10 ,混凝土在弹性极限下也远远无法承受冰的膨胀力(相差102～3倍) 。杆内积水结冰胀裂电杆并使杆壁产生裂缝,而且这类裂缝对电杆危害很大。

1.3.3 　钢板圈周围的纵向裂缝
其特征是短(一般在0.5m以内) 而多(可同时产生数条) ,其原因主要是:
(1) 钢板圈对焊或法兰盘焊接不当时引起局部高温,钢板膨胀造成混凝土开裂。
(2) 因混凝土和钢材热膨胀系数不同,自然温差可造成混凝土开裂。