混凝土電桿裂縫的成因淺析及修補(bǔ)技術(shù)

自從德國在本世紀(jì)初制造出第1根環(huán)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(xiāng)照明線路等工程領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用,生產(chǎn)技術(shù)也取得了長足的進(jìn)展。

環(huán)形混凝土電桿是一類長徑比很大的特殊混凝土預(yù)制構(gòu)件,使用時(shí)一般作為懸臂式結(jié)構(gòu)獨(dú)立承載(有時(shí)也組成拉索式結(jié)構(gòu)或框架式結(jié)構(gòu)) ,而且直接暴露于野外,又不能隨意更換。鑒于以上特點(diǎn),電桿的設(shè)計(jì)(如配筋率和混凝土標(biāo)號) 是比較保守的,電桿的生產(chǎn)也采取了比較嚴(yán)格和*的工藝(如電桿中配筋的定位精度比現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件要高得多,又如采用離心成型和蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝) 。但是,仍有不少電桿在使用中出現(xiàn)裂縫。桿身裂縫將對電桿的結(jié)構(gòu)安全和使用壽命產(chǎn)生不可忽視的影響,而出現(xiàn)裂縫的原因又十分復(fù)雜。根據(jù)長期的理論研究和試驗(yàn)研究,本文分析論述了電桿常見的裂縫類型及其產(chǎn)生原因,并根據(jù)成功的工程實(shí)踐,介紹了裂縫的修補(bǔ)技術(shù)。

1、電桿常見的裂縫類型及成因分析

1.1 淺表無規(guī)則裂縫———龜裂

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

1.2.1 由生產(chǎn)造成的環(huán)向裂縫及其特點(diǎn)

環(huán)向裂縫是電桿zui易產(chǎn)生的裂縫。GB396-94《環(huán)形鋼筋混凝土電桿》規(guī)定,環(huán)向裂縫寬度≤0.05mm產(chǎn)品仍為合格。GB4623-94《環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土電桿》則規(guī)定不允許產(chǎn)品出現(xiàn)裂縫。但上述2項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)又補(bǔ)充說明不計(jì)電桿表面的水紋。實(shí)際上水紋也是電桿生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的裂縫,只不過生產(chǎn)過程結(jié)束后裂縫閉合了。
電桿在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)裂縫的原因,主要有以下幾點(diǎn):

(1) 鋼模剛度不足,吊架長度不當(dāng)
在鋼模剛度不足的情況下,如吊架長度與鋼模長度相當(dāng),起吊時(shí)易產(chǎn)生中間凹下,兩頭翹起;如吊架長度遠(yuǎn)小于鋼模長度,出現(xiàn)的情況與之相反,而將鋼模放下后又恢復(fù)平直?；炷烈虿荒苓m應(yīng)鋼模的變形而產(chǎn)生裂縫。

(2) 離心速度或時(shí)間不足,蒸養(yǎng)溫度或時(shí)間不足,電桿過早脫模
個(gè)別生產(chǎn)廠家有時(shí)在生產(chǎn)中為了趕工期、搶進(jìn)度, 致使混凝土在沒有達(dá)到足夠的強(qiáng)度的情況下脫模,起吊時(shí)桿身自重產(chǎn)生的彎距使混凝土產(chǎn)生裂縫。
對于預(yù)應(yīng)力電桿,預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)壓作用常能使以上2種成因的環(huán)向裂縫彌合(即變成水紋) ,而非預(yù)應(yīng)力電桿的環(huán)向裂縫則會保留下來。

(3) 預(yù)應(yīng)力電桿生產(chǎn)中施加應(yīng)力不當(dāng),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(yù)應(yīng)力電桿彎曲的主要原因,彎曲嚴(yán)重時(shí)造成受拉面產(chǎn)生裂縫。

一般地,由生產(chǎn)造成的環(huán)向裂縫有如下特點(diǎn):
(1) 在同批產(chǎn)品中重復(fù)出現(xiàn)次數(shù)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(huán)向筋,一般與環(huán)向筋位置對應(yīng)。
(3) 裂縫長度一般為半圓周,單面出現(xiàn)(形成裂縫在電桿的受拉面) 。

1.2.2 在裝卸、運(yùn)輸、安裝、使用過程中造成的環(huán)向裂縫及其特點(diǎn)
電桿在裝卸、運(yùn)輸、安裝、使用過程出現(xiàn)裂縫的常見原因如下:
(1) 堆放時(shí)支點(diǎn)間距過大,中間支點(diǎn)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(yùn)輸過程中,電桿擱置方式不當(dāng)、顛簸受到?jīng)_擊荷載,造成混凝土損傷和裂縫。
(4) 安裝時(shí)電桿端部或承載點(diǎn)受到過大的徑向拉力;使用時(shí)轉(zhuǎn)彎處電桿不設(shè)斜拉索。
(5) 偶然荷載(如碰撞) 作用。
GB396-94 和GB4623-94均規(guī)定電桿出廠時(shí)混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%。顯然,在混凝土沒有達(dá)到足夠強(qiáng)度時(shí)出廠的電桿更容易產(chǎn)生裂縫。
電桿在生產(chǎn)后出現(xiàn)環(huán)向裂縫大致有以下特點(diǎn):
(1) 在同批產(chǎn)品中不是大量重復(fù)出現(xiàn)。
(2) 不一定出現(xiàn)在桿身中部,裂縫數(shù)量不多(1條或少數(shù)幾條) 。
(3) 如因偶然荷載(突然而強(qiáng)大的外力) 引起,常伴有混凝土損傷。
(4) 持續(xù)的過大彎距也能產(chǎn)生類似生產(chǎn)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(yù)應(yīng)力電桿為多。zui常見的原因是：
(1) 生產(chǎn)時(shí)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(yán)重回縮,可能造成混凝土順筋開裂。在混凝土未達(dá)到足夠強(qiáng)度(GB4623-94規(guī)定為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%) 時(shí)斷筋更容易發(fā)生縱向裂縫。
(2) 投入運(yùn)行后產(chǎn)生的縱向裂縫與荷載有一定的關(guān)系。
電桿產(chǎn)生縱向裂縫從力學(xué)上來講比環(huán)向裂縫難于研究和解釋,國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對此論述模糊,一般認(rèn)為與電桿的配筋有關(guān),但部分觀點(diǎn)(如認(rèn)為鋼筋銹蝕或生產(chǎn)時(shí)布筋偏心引起縱向裂縫) 缺乏實(shí)驗(yàn)依據(jù)。因此,對于有些縱向裂縫的成因尚應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況分析判斷。

1.3.2 桿身根部縱向裂縫
結(jié)冰脹裂電桿多見于北方地區(qū)。其特征為：
(1) 在冬季過后發(fā)現(xiàn)。
(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(chǔ)。
(3) 電桿截?cái)嗪蟀l(fā)現(xiàn)桿內(nèi)積水,裂縫為貫穿裂縫。
關(guān)于冰的膨脹力:假設(shè)桿身積水全部轉(zhuǎn)化為冰,水結(jié)冰的線膨脹系數(shù)約為0.05 ,而混凝土的極限應(yīng)變只有10-5數(shù)量級,即使假設(shè)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(yuǎn)遠(yuǎn)無法承受冰的膨脹力(相差102～3倍) 。桿內(nèi)積水結(jié)冰脹裂電桿并使桿壁產(chǎn)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(nèi)) 而多(可同時(shí)產(chǎn)生數(shù)條) ,其原因主要是:
(1) 鋼板圈對焊或法蘭盤焊接不當(dāng)時(shí)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(shù)不同,自然溫差可造成混凝土開裂。