山区特高压输电线路基础钢筋外露隐患分析及典型处理方式

高北晨，肖海东，金 哲，席 保，张学锋，李小来，徐海章，覃 寰

（国网湖北省电力有限公司超高压公司，湖北 武汉 430050）

近年来随着中国经济的快速发展，全国电力需求量急剧攀升，越来越多的特高压输电线路项目开始建设并投入运行，特高压输电线路安全事故也随之而来，并有增加的趋势，甚至重大安全事故也时有发生。特高压输电线路的建设大致分为基础施工和铁塔组立以及架线施工3 个步骤，而基础施工质量又是其中最关键部分［1］。基础工程与特高压输电线路的关系就像躯干与双腿的关系一样，基础工程是双腿，只有腿的坚固才能撑起强悍的躯干。如果基础工程出现问题就极有可能会发生螺栓被拉出、基础沉降等事故甚至造成倒塔断线的严重后果［2］。

目前已有学者对特高压输电线路基础隐患产生原因进行研究，但并未对作为典型隐患的基础钢筋外露问题进行深入探讨、研究。本文旨在结合实际案例，对特高压输电线路基础钢筋外露隐患产生原因进行分析，并有针对性地提出隐患治理方案。

2022年8月，某条±800 kV特高压直流输电线路运维人员在迎峰度夏保电特巡过程中，发现处于山区地形的某一基杆塔A号杆塔D腿出现基础主柱钢筋外露重大安全隐患。该运维单位立即组织技术人员赶赴现场，对露筋基础实施开挖检查，对外露基础进行检测，包括外观检查，有无裂纹间隙，实施钻孔取芯测试抗压强度等。发现该基础基面下方0.8 m～1.8 m之间的钢筋均未被水泥包裹，完全外露无保护层，且螺纹钢表面锈蚀明显；
初步判定在现有开挖范围内已有17根Φ35螺纹钢和6 层箍筋外露，高度约1 m，宽约2.5 m，如图1 所示。通过现场运维人员巡视检查，该杆塔暂未发现基础位移、沉降、杆塔倾斜等隐患；
基础内部混凝土相对完好。

图1 基础开挖检查情况Fig.1 Check of foundation excavation

该杆塔呼高48 m，全高64 m，海拔高度209.463 m。塔型为JC27101A/48耐张杆塔，转角度数为14°20"18″，前后档距分别为552 m 和474 m。该杆塔基础形式为人工挖孔基础，为粘土地质，发生钢筋外露的D腿基础直径1.8 m，基础全高13.5 m，埋深9 m。如图2所示，该杆塔位于典型山区地形。

图2 杆塔全貌及地形Fig.2 General view and terrain of the tower

运维单位根据现场情况，首先对隐患区域铺设防雨布，防止雨水渗漏导致隐患进一步加剧；
并进一步排查该线路类似地形及周边杆塔基础有无同类隐患，对该区域杆塔基础进行开挖抽检，发现另有两基杆塔B号杆塔、C号杆塔基础有钢筋外露隐患，其中B号杆塔为D 腿基础基面下方60 cm 基础浇筑有钢筋外露隐患，有3根钢筋外露，露筋高度约40 cm；
另一基杆塔C号杆塔为B 腿基础基面正下方30 cm 处发现钢筋轻微外露隐患，有1根钢筋外露，露筋长度约20 cm，高度约5 cm。运维单位根据现场情况，迅速组织相关单位和专家进行现场勘察，分析隐患原因，制定隐患治理方案。

以基础钢筋外露最为严重的A 号杆塔为例，结合现场实际情况，对其发生钢筋外露的D 腿基础内部进行钻孔取芯采样，采样样品情况如图3 所示。对采样样品进行抗压强度测试，发现其基础内部强度已低于标准值，由此可知，该基础确已发生钢筋外露隐患，并导致内部强度已无法达到运维标准，需对该基础进行补强。下面本文将结合现场实际情况与采样样品测试情况，对该杆塔基础发生钢筋外露隐患原因进行分析。

图3 采样样品Fig.3 Samples

2.1 环境因素对输电线路杆塔基础的影响

由于A 号杆塔采用的是人工挖孔基础，该类型基础型式结构较为合理，能充分利用原状土承载能力高、变形小的特点，从而减少基础土石方开挖工程量，节省钢筋和混凝土的用量，减少施工弃土，防止水土流失、保护自然环境及降低基础设计的经济指标。但输电线路杆塔地基岩土体是在漫长的地质年代过程中形成的，在漫长的岁月中，受环境变化影响、人类活动影响、动物活动影响等，这些岩土体的性质不断变化。而且我国地域辽阔，从沿海到内陆，由山区到平原，随环境因素变化，这些输电线路杆塔地基岩土体性质往往会从一种状态到另一种状态发生突变，在这种变化中必然会对杆塔基础的受力状态和工程特性造成影响。同时，在输电线路建设过程中，特别是在基础建设过程中，打破了原有的生态环境平衡，平衡被打破后必然会造成环境影响，故而人工挖孔基础受环境影响较大［3-4］。

在对A 号杆塔D 腿基础隐患治理过程中，通过对基础周边环境观察，由于A 号杆塔基础存在高低腿严重问题，故容易造成基础受雨水冲刷情况。一般来说，温度高、湿度大的地区，由于空气中所含的水汽丰富，因此雨量也较多，但是，在水汽条件差不多的情况下，山区雨量却比平原多得多，因为山区的地形给空气上升运动创造了有利条件：一方面山区地面在阳光的照射下，温度升高比平原快，容易产生较强的对流上升运动；
另一方面，暖湿空气在传送中遇到山坡，还会被迫抬升到空中，引起强烈的对流运动。特别在迎风的山坡地区，其空气的上升运动更为强盛，雨量也就更丰富［5］。如图4所示，为某山区地区与某平原地区近3年来年降雨量统计，明显可以看出，山区的降水量一般而言较平原来说相对更多。

图4 不同地形年平均降雨量Fig.4 Average annual rainfall of different terrains

由于受山区地形影响，该杆塔所处位置雨季时间较长，杆塔基础长时间受雨水冲刷。文献［6］《降雨条件下特高压输电线路基础安全稳定性研究》一文中，已有学者对降雨条件下特高压输电线路基础稳定安全性进行研究，根据研究表明，随着雨水不断入渗到土体，会引起基础土体含水量发生变化，产生非饱和-饱和渗流现象，导致非饱和土基质吸力随之发生变化，最终使得非饱和土的抗剪强度发生变化，从而影响基础的抗拔承载性能。在上拔荷载不断增加的条件下，当没有雨水渗入到土体时，塑性区发生塑性破坏的类型主要是剪切破坏，由基础底部向上扩展，在极限承载力情况下，塑性区没有贯通地表；
当有雨水入渗到土体时，顶部土体发生拉破坏，并向下发展，在基础中部附近出现剪切破坏，同时在基础底部侧面发生剪切破坏向上扩展；
当降雨时间超过7 d时，塑性区扩展至地表导致土体整体破坏。

通过以上分析可知，环境因素可能会导致输电线路基础外表面裂缝发育，会影响基础钢筋外露隐患产生的速度，但不是基础发生钢筋外露隐患的主要原因。

2.2 基础工程施工质量对输电线路杆塔基础的影响

一般而言，特高压输电线路人工挖孔基础施工工序大致为路径复测、分坑、平整基面及挖坑、基础钢筋安装、浇制、养护、拆模板等，其流程如图5所示［7］。

图5 人工挖孔基础施工工序Fig.5 Construction process of manual hole-digging foundation

人工挖孔基础由于施工较为复杂，且工序较多，下面就人工挖孔基础施工的重点步骤的要点进行探讨。

1）路径复测、分坑

由于基础施工尺寸要求控制很高、且山区地形复杂，因此复测、放线、定位特别关键，首先应要求施工方要认真阅读图纸和设计说明，确保施工方了解图纸和说明的各项要求，要对线路进行复测，确保塔位中心桩无误；
然后进行计算、分坑，定出各腿的中心桩、开口控制桩及辅助桩，与设计对照，检查地形是否与设计相符，高差是否正确，并作好记录［8］。

2）开挖及设置壁炉

开挖和设置壁炉不仅是基础施工质量的一个基础保障，更是整个施工过程中安全施工的一个极为重要的环节，开挖过程中出现坍孔、中毒等重大安全事故的情况时有发生，因此必须做好相关的防范措施，同时开挖和护壁要按要求严格执行。开始挖孔前，要平整好场地，清除地表松软土层和杂物，布置好控制网，根据设计桩径及护壁厚度在地面上放出开挖线，然后向下挖深，浇筑混凝土井圈第一节护壁，而后将桩位纵横中心线测放到井圈上，并测出孔口控制高程，以利于下部掘进的高程控制，且要求第一井圈的中心线与设计轴线的偏差不得大于2 cm，井圈高出地面还有利于防止地表水在施工过程中进入井内。开挖面做混凝土垫层，护壁按设计要求也采用一定强度的混凝土，护壁厚度要按要求设计施工，为防止坍孔，护壁中要加钢丝网，护壁浇筑过程中要进行充分振捣，养护后再向下挖，在气温较低时要采取保温措施。严禁用插入振动器振捣，以免影响模外的土体稳定。上下护壁间预埋纵向钢筋加以联结，使之成为整体，并确保各段联接处不漏水。向下开挖的过程中一定要不断地校核，防止桩孔错位和变形。上下节护壁的搭接长度不得小于设计要求，施工过程中若发现护壁有蜂窝、漏水现象时，应对护壁及时补强以防止造成事故［9］。

3）钢筋绑扎

钢筋笼制作严格按设计加工，主筋位置用钢筋定位支架控制等分距离。钢筋笼放入孔内后要进行校正，必须保证各尺寸和保护层厚度在控制范围内，然后进行固定。筋笼固定好后再进行外露部分支模，外露超过1 m 时必须搭设施工平台，便于固定、支模和下料，固定地脚螺栓采用传统井字架法固定，尺寸校核采用一般的施工方法，必须要注意的是：由于挖孔桩桩径大，外露部分模板必须用钢管夹住，支撑要有力，防止浇制过程中出现模板倾斜、鼓肚跑浆等影响外观及尺寸的情况发生［10］。

4）基础混凝土浇制

由于挖孔桩方量大、浇筑时间长，但为了防止出现断桩情况，浇制必须连续进行，不允许间断，因此必须在各项准备工作就绪后方可进行，比如：砂石料及水泥、水必须备足，施工机械、发电机、振捣棒、照明设施等必须检查完好并至少有一套作为备用等。混凝土配制需按配合比进行配置，并进行坍落度试验，调整水灰比。桩身混凝土的密实性，是保证混凝土达到设计强度的必要条件。为保证桩身混凝土浇筑的密实性，一般采用1 分层振捣浇筑的方法，其中的浇筑速度是关键，即力求在最短的时间内完成一个桩身混凝土浇筑，特别是在有地下压力水情况时，要求集中足够的混凝土短时间浇入，以便领先混凝土自身重量压住水流的渗入。在浇制过程中要不断检查钢筋笼、模板、地脚螺栓的尺寸及支护情况，并及时校正和补强［11］。

综上所述，人工挖孔基础施工中每一个步骤的质量把控都对基础有较大的影响，任何一个步骤的问题都有可能影响到整个施工的质量，故而由于施工质量的问题，极有可能导致输电线路杆塔基础在运行过程中出现各类缺陷、隐患［12］。分析此次A 号杆塔D 腿出现隐患可能原因为在基础混凝土浇制过程中，搅拌的混凝土塌落度不够，流动性补强，以及未对基础进行振动捣固，基础内主筋与主筋间距为7 cm～10 cm，而使用的石料宽度多为4 cm～6 cm。山上基础为人工搅拌混凝土，造成混凝土振捣不均，石料卡在主筋之间，不能流动到基础周边，导致钢筋外露隐患发生。

3.1 工艺流程

根据现场隐患情况，本着安全、高质、快捷、方便的处理原则，制定隐患处理方案，将该杆塔基础露筋处混凝土结构面凿毛，清理干净漏出的钢筋，在漏筋的基础外围支护模板，浇筑钢筋混凝土补强基础，以此解决基础露筋问题，具体工艺流程如图6所示。

图6 基础钢筋外露隐患治理工艺流程Fig.6 Treatment process for foundation exposed steel hidden danger

3.2 治理方案

采取使用在基础外围支护模板后，浇筑钢筋混凝土补强基础以解决基础露筋隐患。具体施工方法是在露筋位置的最下部继续向下掏挖200 mm后支设模板，模板的最上部高出基础顶面100 mm，因此模板支设高度为2.1 m，模板的外沿大于基础立柱侧面300 mm。并且在距离模板内表面使用螺纹钢为主筋，主筋间距为149 mm，主筋最上端向下90°弯曲600 mm，直接绑扎钢筋作为箍筋形成顶面钢筋网，将立柱原来的混凝土表面洗干净，基础顶面打毛，对已露出钢筋进行除锈，后再进行混凝土浇筑施工。以圆钢作为箍筋，箍筋间距为200 mm，绑扎成钢筋笼子［13］，具体如图7、图8所示。

图7 基础钢筋外露隐患治理施工示意图俯视图Fig.7 Top view of construction diagram of hidden danger control of foundation reinforcement exposed

图8 基础钢筋外露隐患治理施工示意图正视图Fig.8 Front view of construction diagram of hidden danger control of foundation reinforcement exposed

3.3 施工要点

3.3.1 基础钢筋绑扎与支模

3.3.1.1 钢筋绑扎

1）绑扎前应核对钢筋的规格和数量，检查其质量是否符合要求，表面是否清洁，如有浮锈、油污等应清除干净。钢筋的相交处，应用绑扎丝进行绑扎。为防止钢筋歪斜变形，绑扎时要分左右绑扎，即通常所说的八字型绑扎。

2）绑扎时的误差要求：主筋间距及每排主筋间距误差为±10 mm；
箍筋间距误差为±20 mm。扎筋要求主筋与箍筋相切且满点绑扎，以免钢筋笼松散变形［14］。

3.3.2 支模

1）模板加工及安装要求

对运抵现场的模板应检查有无变形、裂缝等；
合格者方可进行拼装。接触混凝土的模板表面应涂刷脱模剂，以保证混凝土表面质量。

2）模板安装

模板支座找平，并画出安装位置；
模板支好后四周须打稳固支撑，防止混凝土浇制过程模板发生跑位或偏移［15］。

3.3.3 基础浇制

1）混凝土强度等级

本次处理基础混凝土等级采用C30。

2）混凝土拌和

① 基础浇制采用人工搅拌，施工时为保证基础浇制的连续性，搅拌投料顺序一般是砂、水泥、石、水。

② 搅拌混凝土的质量要求：原材料应符合基础用原材料的质量要求；
混凝土用料以重量比配料，其用料允许误差为：砂、石为±3%，水泥、混合材料、水和外加剂为±2%［16］。

3）基础浇制施工

① 对模板及其支架、钢筋必须进行检查，符合规范要求后方能浇筑混凝土。

② 在浇筑混凝土前，对模板内的杂物和钢筋上的油污等应清理干净；
对模板的缝隙和孔洞应予堵严；
在混凝土浇筑过程中，应经常观察模板、支架、钢筋的情况，当发现有变形、移位时，应及时采取措施进行处理；
在浇注混凝土时注意对钢筋保护层厚底的控制。

③ 混凝土浇制质量应符合下列规定，浇制混凝土的砂、石、水经检验合格后方能使用，现场浇制的混凝土配合比按实验室给出的配合比配置，具体见配合比实验报告。在混凝土浇筑的过程中应严格控制水灰比，对混凝土浇制质量应按规定进行检查，并做好坍落度、配合比原始记录［17］。

4）混凝土振捣

混凝土施工振捣设备采用插入式振捣器，每一振点的振捣延续时间，应使混凝土表面呈现浮浆和不再沉落。捣实移动间距，不宜大于振捣器作用半径的1.5倍；
振捣器与模板的距离，不应大于其作用半径的0.5倍，并应避免碰撞钢筋、模板；
振捣器插入下层混凝土内的深度应不小于50 mm。

5）混凝土收面

补强后基础的外观及尺寸，均应符合质量检查及评定规程要求；
每基塔浇筑完成后，应及时做好收面工作，基础表面应平整、光滑，不得二次抹面，及时清除多余和散落在模板及支撑上的浆石，以免造成拆模困难，减少模板的损坏［18］。

6）基础倒角工艺

基础顶面棱角需倒角，使用倒角器进行倒角。

3.3.4 基础养护、拆模、回填

1）混凝土养护

采用塑料薄膜进行混凝土养护，在基础混凝土拆模后，随即在混凝土外表面全部缠绕2层塑料薄膜，防止混凝土内部自身水分的蒸发，达到自身养护的目的［19］。

2）基础拆模

日平均温度10 ℃～20 ℃时，浇筑完成后36 h 后方可进行拆模。日平均温度20 ℃～30 ℃时，浇筑完成24 h 后方可进行拆模，拆模时必须注意保护基础面及棱角不受损坏。

3）基础回填

基础回填采用人工将挖出的土方回填至正常基面，并夯实［20］。

3.4 材料运输

由于特高压输电线路杆塔大多都在山区地段，导致很多杆塔存在巡视道路崎岖，地表林木众多，材料运输困难、耗时较长的问题。选择合适的材料运输方式，可以在提高安全性的同时降低时间、金钱成本。以此次A 号杆塔基础隐患治理为例，巡视人员从山脚出发步行至塔位需1个小时。按照以往人工搬运材料的方式，成本较高，耗时较长，所需搬运材料清单如表1所示。

表1 基础钢筋外露隐患治理材料清单Table 1 List of materials for controlling hidden hazards of foundation reinforcement exposed

常见的材料运输方式有人工搬运、骡马队运输、直升机吊运等，根据此次杆塔隐患治理所需材料清单，将3种搬运方式从所需时间、经济成本、所需人员数量等方面进行对比，详细对比情况如图9所示。

图9 材料搬运方式对比Fig.9 Comparison of material transporting methods

通过以上数据对比发现，从时间上看，人工搬运所需时间太长，需要10 d 左右，直升机吊运所需时间最短，需要2 d左右，骡马队运输需要3 d左右；
从经济成本上来看，直升机吊运所需成本最高，大概约50万元，骡马队成本最低，大概约3.5 万元，人工搬运大概约5万元；
从所需人员数量上来看，人工搬运需要人员最多，大概需要20 人，骡马队运输和直升机吊运需要人员较少，大概需要8人。综上所述，再考虑到山区负重搬运的安全问题，此次材料搬运选择骡马队运输方式。

3.5 治理工程验收

此次基础治理工程验收可分为两个部分，第一个部分为隐蔽工程验收，内容包括基础坑深及地基处理情况，现浇基础中钢筋和预埋件的规格、尺寸、数量、位置、底座断面尺寸、混凝土的保护层厚度及浇筑质量，基础防腐情况检查等；
第二个部分为基础工程中间验收，内容包括以立方块为代表的现浇混凝土构件的抗压强度，整基基础尺寸偏差，回填土情况等进行验收。

此次工程验收采用回弹仪检测混凝土强度，混凝土强度达到标准要求的30 MPa，完成基础隐患治理后，外露钢筋已埋入，且混凝土表面平整密实，无下沉、开裂，无外露、蜂窝等缺陷，满足运维条件，符合隐患治理要求。

随着我国特高压输电技术、智慧电网的发展和全球能源互联网战略的实施，近年来海内外输电线路工程建设将迎来蓬勃发展的时期。特高压输电线路杆塔基础作为输电线路的重要组成部分，基础施工质量提高对保障线路安全、提高经济效益具有重要意义。综上所述，特高压输电线路杆塔基础施工问题、设计问题以及勘测问题在一定程度上影响了我国输电线路基础工程中的效率与质量，这就要求输电线路基础工程相关工作者认清我国输电线路基础工程的现状和存在问题，不断钻研，努力进取，对基础型式选择、基础结构、施工方式进行优化，促进我国输电线路基础的可持续发展。同时，也要求特高压输电线路运维人员在日常运维工作中加强对基础钢筋外露问题的关注，提早发现、尽快处理相关缺陷、隐患，形成典型经验，才能保证特高压输电线路的安全稳定运行［21］。

本文有待改进之处在于隐患样本比较单一，样本存在一定的局限性，对于基础钢筋外露隐患分析，从环境、施工质量两方面进行分析，但在各个可能方面上没有深入研究，特别是缺少实验数据支撑，大多是根据人员经验上分析。下一步，将对特高压输电线路基础钢筋外露隐患进行进一步收集，增加样本数量，并通过实验进行数据分析，进一步研究特高压输电线路基础钢筋外露隐患相关问题，并提出更优化的处理方式。

推荐访问:输电 外露 钢筋