摘要：架空输电杆塔的稳定性和安全性直接关系到整个输电线路的安全运行，但随着我国城市建设的迅速发展，传统架空输电线塔因长期运行存在的问题逐渐暴露出来。本文以输电线路镀锌铁塔塔腿锈蚀为研究对象，对杆塔的塔腿与基础进行加固提出分析和探讨。
关键词：塔腿；基础；塔材腐蚀；加固
1 引言
架空铁塔是我国中长途高压输电方式的主要构筑物，其安全可靠程度直接关系到整个电网线路的安全运行。由于电网的快速发展，输电线路铁塔架设数量日益增长，而铁塔由于腐蚀的情况却频繁出现，并且发生锈蚀的塔材不易被发现，容易构成重大运行事故。因此引起电网部门的高度重视，为了给输电铁塔的安全运行提供技术支持，本文结合工程实际，对输电杆塔锈蚀塔腿进行探究，对塔腿与其基础进行加固进行分析。
2 工程概况
某110kV架空输电线路N12铁塔，在运维单位人员的日常巡检时，发现采用混凝土包封的铁塔塔腿，其混凝土出现裂缝，经上报运维中心后，敲除原包封在铁塔塔腿的保护帽。敲除该保护帽后，发现被该保护帽包封的铁塔塔腿锈蚀严重，原镀锌层已被腐蚀，并发现基体塔材已经开始腐蚀。发现此情况后立即联系有关单位到现场处理。经现场勘察，塔腿板的镀锌层完全腐蚀，基体塔材锈蚀较为严重。由于年代较为久远，查询相关设计资料后发现本塔为1995年架设，至今已运行23年。但塔材锈蚀的主要原因为原铁塔塔腿保护帽施工不规范，施工随意，单纯采用水泥拌水以及沙直接在塔腿处堆积而成，由于该塔立于山顶，自架设以来饱受风吹日晒，保护帽里外裂缝不断发育，内储水份不断增加。塔腿板在水，空气较为密闭的空间中不断的发生电化学反应，导致其镀锌层失去其保护作用。经过详细勘察，未被保护帽包封的塔材，镀锌层完好，整体塔材未发现存在锈蚀情况。根据现场情况，运维单位要求设计单位针对此状况，尽快设计出方案解决此问题，保证本条输电线路的安全运行。
3锈蚀输电铁塔处理方案
方案一移除原杆塔，新立杆塔。因杆塔已运行23年，根据杆塔的运行需求可允许更换塔材，但由于本铁塔立于山顶又是直线杆塔，直线塔只能进行前后移动，本杆塔前后为陡坡，根本无法在原塔位附近进行立塔，如需拆除本塔位进行立塔，从拆除铁塔，移除基础，重新浇筑基础，再重新组塔，本方案历时最少3个月。本线路运行已安全运行多年，为两县区电源联络的重要线路。由于本方案停电时间过长，现状无法实施。如更换整档架空线的路径，需更换5基直线塔，新架设7基直线塔，工程造价高昂，安全性高，但经济性低。该方案建设单位不同意实施。
方案二更换塔材。将原生锈部分塔材进行更换，能够有效保证杆塔的安全运行。但设计单位在现场勘察后发现：由于塔型较为老旧，受到应力作用及腐蚀问题，地脚螺栓与预埋在基础的螺杆变成更加紧密的构件，塔腿板地脚螺栓的螺母大部分已无法拧下，如强力将地脚螺母拧下，容易直接拧断螺杆，届时被拧断螺杆的基础即意味着基础报废，需重新浇筑基础以及预埋杆件，这与单纯更换锈蚀塔材设计方案思路相违背。而且即使锈蚀部分的塔材被替换下来，新更换的塔材由于年代原因，亦可能与旧材料无法匹配。尤其是生锈的螺杆因螺纹锈蚀剥落与新螺母无法牢固咬合，这潜在风险极易导致倒塔。本方案建设单位经过商议，认为风险大不同意实施。
方案三采用钢筋混凝土通过植筋加固塔腿与基础。钢筋混凝土包封塔腿能增强塔腿刚度，保持铁塔塔身结构底部稳定，增加塔身自重保证铁塔安全运行。采用钢筋混凝土包封塔腿施工简单、不需停电、造价低。钢筋混凝土加固塔腿无需考虑新旧塔材交替使用无法连接的问题，可直接采用植筋的措施加固基础与塔腿之间的连接，保证塔腿与基础之间的连接可靠。采用钢筋混凝土加固的方案经建设单位讨论后，认为此方案可行性、经济性、安全性较之前两者方案更具备可实施性，决定按此方案实施。
4 钢筋混凝土植筋加固塔腿与基础的方案分析
4.1 植筋面积计算
经查阅相关设计资料，该铁塔每根塔腿均采用采用M27的地脚螺栓，为保证铁塔与基础之间的有效连接，每根塔腿的植筋面积不小于每根塔腿的地脚螺栓的面积。
根据等效面积的原则进行换算。经查《架空输电线路基础设计技术规程》附录H.0.2地脚螺栓M27的有效面积为459mm2
每根塔腿地脚螺栓的面积4M27为：
As=4*459=1836mm2
每根塔腿植筋选用8根直径22毫米HRB400钢筋；
As=8*π*d*d=2512mm2＞1836mm2
综上所述，选用8根直径22毫米HRB400钢筋满足杆塔与基础之间的连接要求。
4.2 植筋锚固长度计算
根据《混凝土结构加固设计规范》钢筋植筋深度按下式计算：
Lz=0.2*αzpt*d*fy/fbd
式中：αzpt—为防止混凝土劈裂应用的计算系数，按《混凝土结构加固设计规范》确定；
d—植筋公称直径（mm）；
fbd—植筋用胶粘剂的粘结强度设计值（N/mm2），按《混凝土结构加固设计规范》确定；
本加固方案钢筋植筋深度：Lz=0.2*1.0*20*360/（3.7*0.8）=486.49mm，Lz取500mm。综上所述每根塔腿采用8根直径22毫米HRB400钢筋进行植筋，植筋深度为500mm。
4.3 铁塔与加固钢筋混凝土有效连接计算
为保证铁塔与基础之间的有效连接，根据《架空输电线路基础设计技术规程》7.11.11-4插入角钢可直接锚固到基础底板中，也可按插入角钢买入混凝土的最小深度锚固。插入角钢埋入混凝土的最小深度应满足式7.11.11-6及其他构造要求：
式中：d—插入角钢截面换算成相同截面圆钢的直径（mm）；
—钢材最低抗拉或抗压强度标准值（N/mm2）。
经查阅原铁塔设计资料，本铁塔的塔腿角钢采用的主材为1根16MnL90X7（fyk=343N/mm2），辅材为2根L63X5（fyk=215N/mm2）
钢材16MnL90X7其截面面积为12.3cm2，换算截面面积为1230mm2
其插入角钢截面换算成相同截面圆钢的直径：
钢材L63X5 其截面面积为6.14cm2，换算截面面积为614mm2
其插入角钢截面换算成相同截面圆钢的直径：
因塔腿主材与塔腿主材不等长，辅材距基础顶面约180mm，所以采用钢筋混凝土包封加固塔腿时，其包封高度不小于600mm。
根据以上分析及计算，当采用钢筋混凝土植筋加固方案时，其植筋钢筋采用8根直径22毫米HRB400钢筋，植筋深度为500mm，钢筋混凝土包封塔腿高度为600mm。本钢筋混凝土加固体体积自本塔台阶基础第二层基面浇筑形成一个为边长1米的立方体。
4.4 锈蚀铁塔除锈
采用钢筋混凝土植筋加固前应对已锈蚀塔材进行除锈，防腐处理。对生锈的塔腿板、主材、螺杆采用手工除锈法，用刮刀、钢刷、砂布（纸）、砂轮等工具，进行铲、磨、刮等除掉其表面锈污。除锈后涂2道富环氧底漆，1道丙烯酸聚氨酯面漆。待油漆风干后，方能浇筑混凝土加固铁塔及基础。
5 结语
长期运行的铁塔因环境原因，塔材容易锈蚀。被锈蚀的塔材是引起倒塔断线的重要因素。分析塔材锈蚀原因及修复加固塔材，对电网的安全运行具有重要意义。本案中出现的塔腿板及螺杆的锈蚀问题，在各种受限情况下，采用钢筋混凝土植筋加固塔腿与基础的措施，解决塔材锈蚀带来的潜在倒塔断线风险。本塔至今运行良好，未发生任何运行问题。此措施施工简便，技术要求低，无须停电具有一定的推广意义。架空铁塔作为架空导线及其通讯设施的重要支撑物，对其进行加固是作为优化其结构网架的重要基础，加固应从本体及基础两方面考虑，结合现场实际作出有效的施工方案，保证铁塔的经济性、稳定性、安全性。
参考文献：
[1]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].
[2]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].
[3]DL/T5219-2014，架空输电线路基础设计技术规程[S].
[4]陈云，强春媚，王国刚，苗文华.输电铁塔的腐蚀和防护[J].电力建设，2010，31（8）：55-58.
论文作者:叶伟力
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/13
标签：铁塔论文; 锈蚀论文; 基础论文; 杆塔论文; 钢筋混凝土论文; 截面论文; 方案论文; 《基层建设》2018年第30期论文;