高压输电线路杆塔基础混凝土的质量检测与加固处理

建筑聚焦
DOI :10.12203/j.xclxzs.1671-9344.202005001
作者简介：张煜（1975—），男，汉族，江苏无锡人，工程师，学士。

研究方向：
混凝土主体结构检测、基桩检测。

高压输电线路杆塔基础混凝土的
质量检测与加固处理
张煜
（上海同丰工程咨询有限公司，上海，200444）
摘要:文章分别选取了云南丽水、贵州毕节和陕西西安三个不同地点列举了三个工程实例，对杆塔基础混凝土不同种类的病害进行了描述；介绍了高压输电线路杆塔基础混凝土的质量检测；分析了高压输电线路杆塔基础混凝土的加固处理管理及技术特点。

关键词:杆塔基础；混凝土病害；质量检测；加固处理中图分类号:TU755.7
文献标志码:A
文章编号:1671-9344(2020)05-0001-05我国目前的超高压输电线路骨干网架由800kV 、500kV 直流输电线路及500kV 、330kV 交流输电线路组成，按地理区域划分为东北、华北、华东、华中、西北区域电网和南方电网，其中东北、华北、华东、华中区域电网和南方电网主网架均为500kV 交、直流输电线路，而西北电网主网架正在由330kV 网架向750kV 网架交、直流输电线路更新。

此外，以1000kV 及以上的交流电和±800kV 及以上的直流电为代表的特高压输电线路骨干网架目前已基本形成“四横四纵”的能源大通道。

超高压、特高压输电线路主要由架空输电线路组成。

架空输电线路工程可分为杆塔基础、钢质杆塔、输电电缆、绝缘装置、线路金具、拉线、接地装置等分项工程，根据电压差异架设在不同高度的地面上，其中杆塔基础多采用钢筋混凝土柱、墩、桩结构。

基础顶面一般设计有一定的出露地面的标高。

作为输电线路结构重要组成部分的杆塔基础，据统计，其工期、运输和劳动消耗量、造价等占整个架空输电线路工程项目的比重较大，其运输量约占总工程运输量的60%，施工工期约占项目总工期的50%，工程造价占工程总造价的20%～35%，其设计方案和施工质量的优劣对线路工程的建设有直接影响。

特别是在线路投入运行后，任何一个基杆塔基础的混凝土病害如果不及时进行妥善处理，将直接危害整个线路的运行安全，从而造成不可估量的损失。

因此，各大电网运营单位均对杆塔基础的混凝土病害十分重视。

1工程实例
高压输电线路杆塔基础混凝土施工的主要特点为：以自拌混凝土为主、浇筑点分散且方量少、模板型式多样、浇筑及养护质量较难控制、浇筑及养护受外界自然条件影响大等。

从混凝土质量评价角度可分为外观质量评价和内部完整性评价。

杆塔基础混凝土病害一般分类如下：①外观质量，表现为外表面蜂窝、麻面、孔洞、露筋等一般及严重缺陷；②内部完整性，表现为内部孔洞、
离析等一般及严重缺陷。

下面通过各种工程实例来具体阐述。

1.1浙北—浙中—浙南—福州1000kV 交流线路某基杆塔D 腿基础（浙江丽水境内）
经外观质量检查、低应变检测和顶部附近超声波对测检测，根据现场目测及从运管单位了解，该基杆塔D 腿基础整体未出现倾斜、结构性裂缝、不均匀沉降等不利的严重缺陷，而且露筋区域钢筋基本未发生锈蚀、锈涨等情况（图1）。

可以推测，在前期使用中该混凝土病害区域基本与外界环境处于隔离封闭状态。

该基D 腿基础目前发现的混凝土内部缺陷为不连续小孔洞（图2和图3），经评估未对上部杆塔结构的正常使用产生不利影响。

图1混凝土病害外观质量（
蜂窝麻面及露筋）
图2钻芯取样反映的内部完整性
（不连续小孔洞）1--
进一步分析混凝土质量病害的主要成因，是施工中混凝土拌合物中粗骨料颗粒级配不合理，造成振捣过程中局部范围的混凝土无法包裹钢筋笼造成蜂窝麻面及露筋等外观质量缺陷，混凝土内部也不易振捣密实，造成小孔洞等内部完整性缺陷。

基于以上具体分析，在后期有针对性地对该基杆塔D 腿基础修复加固处理采用了自流平灌浆料外部围套处理及内部钻孔注结构胶处理。

外部围套采用碳纤维包裹以起到增强配筋的效果。

加固处理后的外观质量及内部完整性效果分别见图4和图5。

1.2±500kV 牛从甲线某基杆塔D 腿基础（贵州毕节境内）
根据现场目测及从运管单位了解，
目前该基杆塔D 腿基础整体未出现倾斜、结构性裂缝、不均匀沉降等不利的严重缺陷，而且露筋区域钢筋基本未发生严重锈蚀、锈涨等情况。

可以推测，在前期使用中上述露筋区域基本与外界环境处于隔离封闭状态。

当时发现的该基础混凝土内部缺陷未对前期上部结构的正常使用产生不利影响。

混凝土内部缺陷在桩顶面以下60cm 至桩底范围均有分布，缺陷程度及分布也不均匀，桩体中下部混凝土内部缺陷较上部混凝土内部缺陷更为严重。

在同一截面高度上，下坡方向较上坡方向混凝土内部缺陷更为严重。

该基杆塔D 腿基础外观质量缺陷情况具体见图6，内部完整性情况具体见图7和图8。

建筑聚焦
图4
处理后外观质量
图6混凝土病害外观质量
（疏松及露筋）桩号：D -1桩径：2200mm
波速：3615m/s
强度等级：C25
日期：2019-1-20
mv 236.1
0.00
5.2410.48
15.7220.97
26.2131.4536.6941.93L （m ）
15.2m 桩径：2200mm 波速：3602m/s 强度等级：C25
日期：2019-1-20
215.7
0.00
5.2210.45
15.6720.89
26.1231.3436.5641.79桩号：D -1桩径：2200mm 波速：3615m/s 强度等级：C25
日期：2019-1-20
mv
163.1桩号：D -1
桩径：2200mm
波速：3615m/s 强度等级：C25
日期：2019-1-20
mv 140.8
0.00 5.2410.4815.7220.9726.2131.4536.6941.93mv 图5处理后低应变检测反映混凝土内部缺陷减少
15.2m 0.00
5.2410.48
15.7220.97
26.2131.4536.6941.9315.2m L （m ）
L （m ）
L （m ）
桩号：5RD -2
桩号：D -2
桩径：2200mm 波速：3506m/s 强度等级：C25日期：2018-12-16
mv 572.2
0.00
2.63
5.25
7.89
10.52
13.15
15.7818.4121.04L （m ）
15.2m
4.2m
7.4m
桩号：D -3
桩径：2200mm 波速：3512m/s 强度等级：C25日期：2018-12-16
mv 572.2
0.00
2.63
5.27
7.90
10.54
13.17
15.8118.4421.07L （m ）
15.2m
4.1m
6.5m
桩号：D -4
桩径：2200mm 波速：3512m/s 强度等级：C25日期：2018-12-16
mv 572.2
0.00
2.63
5.27
7.90
10.54
13.17
15.8118.4421.07L （m ）
15.2m
4.2m
6.6m
图3低应变检测反映内部存在一定的小缺陷
桩号：D -1桩径：2200mm
波速：3500m/s
强度等级：C25
日期：2018-12-16
mv 624.2
0.00
2.63
5.25
7.88
10.50
13.13
15.7518.3821.00L （m ）
15.2m
2.8m
5.4m 2--
建筑聚焦
结合周边地质钻探的结果进一步分析，该基杆塔D 腿基础处坡度较陡。

地层岩性1.5m 以下为灰岩，厚层状，溶蚀裂隙充分发育。

混凝土浇筑过程中又无有效措施防止漏浆而造成混凝土结构外表面蜂窝、疏松、露筋；混凝土结构内部存在连续孔洞，内部振捣不密实。

后期有针对性地对该基杆塔D 腿进行基础修复加固处理，采用自流平灌浆料外部围套扩大截面处理及内部钻孔注结构胶处理。

扩大截面部分下部采用预埋锚杆进行固定，扩大截面部分与原混凝土部分应采用种植钢筋横向连接，并和环向箍筋及纵向架立筋形成钢筋网片，并且留有足够的钢筋保护层厚度。

为防止漏浆，
在混凝土结构加固前，在下坡方向基岩中钻孔并埋设劈裂注浆管。

先灌注水泥浆形成止水帷幕后，再进行混凝土结构部分的灌浆和注胶工序。

加固处理后外观质量及内部完整性效果见图9和图10。

1.3港务区（新筑）330kV 输变电工程某基基础
（陕西西安境内）对该基杆塔基础现状进行分析。

该基基础立柱（桩）外围混凝土剥落范围为原钻孔灌注桩结构。

该结构在施工时
应位于渭河河岸范围内，混凝土桩体按原设计使用状态应为埋入土体地下环境中。

经过多年水流长期冲蚀使混凝土桩体周围土体流失，导致目前混凝土桩体处于渭河河道内干湿交替的水工环境中。

根据现场目测及从运管单位了解，目前该基杆塔基础整体未出现倾斜、
结构性裂缝、不均匀沉降等不利严重缺陷。

对下部桩体混凝土结构采用了超声波对测法进行了完整性无损检测，
未发现混凝土内部（水上部分）有不利缺陷存在，测试点波速均在合理范围内，混凝土碳化深度达到主筋以下。

病害外观质量情况见图11。

图9
加固处理后的外观质量
图7钻芯取样及孔内摄像反映的内部完整性
（内部连续孔洞）图8低应变检测反映的内部存在较严重缺陷
桩号：D -3桩径：1800mm
波速：3322m/s
强度等级：C25
日期：2019-7-26
mv 286.1
0.00
3.0m
6.31
9.47
（m ）
12.629.5m
3.16
桩号：D -6
桩径：1800mm
波速：3268m/s
强度等级：C25
日期：2019-7-26
mv 286.1
0.00
1.9m
6.21
9.31
L （m ）
9.5m
3.10
桩号：D -8
桩径：1800mm
波速：3247m/s
强度等级：C25
日期：2019-7-26
mv
286.1 1.6m
0.00
3.08
6.17
9.25
L （m ）
9.5m
桩号：D -10
桩径：1800mm
波速：3322m/s
强度等级：C25
日期：2019-7-26
mv 286.1
2.3m
0.00
3.16
6.31
9.4712.62L （m ）
9.5m
3--
进一步分析，参照《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）（2015年版）对耐久性设计的要求[1]，该立柱（桩）结构所处的混凝土结构的环境类别原设计为二（a ）（严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境），实际使用环境为二（b ）（干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境）及三（a ）（严寒和寒冷地区冬季水位变动环境）。

对应结构混凝土材料的耐久性基本要求见表1（设计使用年限为50年）。

经现场检测，混凝土实际推定强度为C25，已不能达到
上述规范规定的目前结构混凝土所处环境所对应最低强度等级的要求。

为此，有针对性地对该基杆塔4个腿基础采用自流平灌浆料外部围套扩大截面加固处理。

扩大截面部分与原混凝土部分应采用种植钢筋横向连接，
并和环向箍筋及纵向架立筋形成钢筋网片，
并且留有足够的钢筋保护层厚度。

在围套加固体外还涂刷了抗渗型浓缩剂灰浆，在加固后围套结构外部填充细小孔洞，
形成致密抗渗层，进一步加强了加固后结构在干湿交替环境及水位频繁变动环境中的耐久性[2]。

加固处理后的外观质量见图12。

2高压输电线路杆塔基础混凝土的质量检测2.1混凝土病害诊治的检测方法及技术要点
高压输电线路杆塔基础混凝土质量检测的三大主要内容及检测方法如下。

（1）混凝土抗压强度检测方法包括回弹法（含钻芯法修正）、钻芯法、超声—回弹法。

（2）完整性检测方法包括低应变检测、跨孔法超声波检测、钻芯法检测和孔内摄像及局部开挖验证等辅助手段。

（3）耐久性检测方法包括碳化深度检测、钢筋锈蚀及有效截面检测。

上面所述主要检测方法的几点注意事项如下。

（1）混凝土抗压强度检测。

①考虑到粗细骨料对非破损检测的影响，回弹法及超声—回弹法应优先采用地区测强曲线；②碳化深度较深（≥6mm ）时，应进行钻芯法修正。

（2）完整性检测。

低应变检测时应注意以下几点。

①根据《建筑基桩检测技术规范》
（JGJ 106—2014）第8.1.2条规定：对桩身截面多变且变化幅度较大的灌注桩，应采用其他方法辅助验证低应变法检测的有效性[3]。

②根据《既有建筑地基基础检测技术标准》
（JGJ/T 422—2018）第6.4.9条第2款规定分析判断时应考虑桩顶结构对测试信号的影响；第3款规定“测试曲线复杂无法判断桩身完整性时，报告中应明确低应变无法判断的结论和采用其他检测方法补充检
测的结论”[4]。

其他检测方法包括：跨孔法超声波检测、
钻芯法、孔内摄像及局部开挖验证等。

③检测中低应变锤击点与传感器信号采集点和规范规定要求有所不同，
其检测结果存在检测盲区，对不同平面位置缺陷的反射情况也会产生不同影响。

反映在测试曲线上结果为不同测试点采集
的
建筑聚焦
桩号：D -1
桩径：1800mm
波速：3774m/s
强度等级：C25
日期：2019-9-25
mv
340.10.00
3.58
7.17
10.75
L （m ）
14.34
9.5m 桩号：D -4桩径：1800mm
波速：3676m/s
强度等级：C25
日期：2019-9-25
mv 525.1
0.00
3.49
6.99
10.48
L （m ）
9.5m
桩号：D -6
桩径：1800mm
波速：3610m/s
强度等级：C25
日期：2019-9-25
mv 425.6
0.00
6.86
10.29L （m ）
13.72桩径：1800mm
波速：3623m/s 强度等级：C25日期：2019-9-25
mv 543.2
0.00 6.88
10.33
L （m ）
13.77图10处理后低应变检测反映混凝土内部缺陷明显减少
9.5m
9.5m
3.44桩号：D -7
3.43
13.97图11
混凝土病害外观质量（剥落及露筋、
钢筋锈涨）图12加固处理后的外观质量
表1
结构混凝土材料的耐久性基本要求
环境等级最大水胶比
最低强度等级
二（a ）
0.55C25二（b ）0.50C30三（a ）
0.45
C35
4--
建筑聚焦
信号重复性较差，反映的缺陷程度也会有较大差异，见图13。

如果基础桩（墩）长径比≤10，则为非典型一维线性杆件，横向尺寸效应明显。

检测分析时应充分考虑其对检测结果的影响。

（3）多种检测方法和手段的运用。

应尽可能采用多种测试方法和手段对混凝土的质量情况进行全面检查。

多种测试方法所测得的结果应基本能够相互印证，又能避免单一测试方法和手段在实际检测中的局限性。

2.2加固处理后的验证检测方法及技术要点
（1）低应变动测。

采用低应变动测测试加固后杆塔基础的完整性，应注意与加固处理前的检测数据进行比对。

在采集数据时，应注意与加固处理前设置相同的锤击点和采集点。

（2）新旧混凝土（灌浆料）结合面的结合质量检测。

可以采用超声波对测法、平测法对新旧混凝土（灌浆料）结合面的结合质量进行检测。

检测前应采集新混凝土
（灌浆料）的同条件试块的对测及平测波速以及密实状态下的旧混凝土的对测及平测波速，通过计算来确定跨结合面对测及平测波速的合理范围，并与实测跨结合面对测及平测波速进行比对来评价新旧混凝土（灌浆料）
结合面的结合质量检测。

（3）钻孔注浆（胶）加固效果的检测。

可以在注浆（胶）孔内各预埋钢筋或锚杆，通过钢筋或锚杆的抗拔试验来检测注浆的饱满度及强度。

在检测过程中，应正确判断混凝土锥体破坏、混合型破坏、劈裂破坏、拔出破坏、穿出破坏、胶筋界面破坏、胶混界面破坏等破坏形态，从而准确分析钻孔注浆（胶）加固效果。

3加固处理管理及技术特点3.1加固处理方案的制定与评审
制定杆塔基础混凝土病害的加固处理方案前，应对混凝土质量进行全面检测和现状评估；
在对设计、施工、地质情况、外部自然环境等方面进行全面分析的基础上，有针对性地采取加固措施。

对于较复杂的加固处理方案，应组织设计、施工、地勘、检测、监理等各参建方进行方案评审。

3.2加固处理施工的安全要素
由于杆塔基础混凝土病害的加固处理往往处于线路带电运行中，在施工全过程中，应始终重视各安全要素的控制和管理，特别应注意以下几点。

①在加固处理前应对原有杆塔结构进行临时固定处理。

可采用设置抱杆、
拉索等措施防止在加固过程中不利荷载组合作用对原杆塔结构的不利影响。

②在加固处理过程中，应全程对杆塔的变形和倾斜进行监测，应根据相关规范要求设置日变形（倾斜）及总变形（倾斜）的报警值。

③在加固处理过程中、应对所有相关施工机具
设备设置安全可靠的接地措施，
防止感应电流对机具设备和施工人员的伤害。

④在山岳地区应注意采取森林防火的安全措施；在陡崖、河岸区域应采取防坠跌、
防溺水等安全措施。

3.3加固处理的常用方法
根据杆塔基础混凝土病害的一般特点，
借鉴房屋结构、地基基础、公路桥梁工程方面加固的经验，常用加固处理方法如下。

（1）围套置换。

在清除表面缺陷的情况下，一般采用围套加固法。

可以等截面或扩大截面进行置换加固。

外围重新支模后一般采用灌浆法，灌入主要由灌浆料拌合而成的自流平砂浆或混凝土。

（2）钻孔及孔道内填充注浆。

对于混凝土内部缺陷，一般采用钻芯及填充注浆法进行加固。

一般混凝土桩在水泥浆流失后，可以看作结构受力模型退化为碎石桩，通过钻孔注浆可使结构受力模型变成树根桩，从而提高结构承载力和耐久性。

注浆材料一般采用灌浆料拌合而成的自流平砂浆或结构胶，也可以两者结合使用。

注浆方法主要采用劈裂注浆和压密注浆法。

劈裂注浆填充效果好于压密注浆，对于内部存在严重缺陷的优先采用劈裂注浆法，对于内部孔洞与外部有联通（钻孔内无法存水）的情况，在结构内部注浆前还应进行结构外部注浆止水处理。

（3）植筋及碳纤维加固。

对于钢筋锈蚀造成钢筋有效截面降低时，在围套加固时，可采用横向植筋和设置钢筋网片的方法；在孔道填充注浆时，采用在注浆孔内植筋的方法来提高结构的配筋率达到或超过原设计要求。

在结构外围采用碳纤维包裹施工可以起到增加结构约束力、替代部分配筋、增加防水层等综合效果。

（1）杆塔基础的混凝土病害类型多样，成因复杂。

如果不及时处理，会造成严重后果，一旦发现应及时诊治及处理。

（2）杆塔基础的混凝土病害全面质量检测应采用多种检测手段进行，在检测过程中应重视各种检测方法的限制条件，结合既有结构使用现状进行综合评价。

（3）对特高压杆塔基础最好在施工时预埋超声波声测管，
采用超声波透射法能够全面详细地进行混凝土内部完整性检测。

据了解，目前在新建特高压杆塔基础施工中已逐步推广采用。

（4）对杆塔基础的混凝土病害的成因主要从设计、施工、地质情况、外部自然环境等方面进行全面分析，并在此基础上有针对性地制定加固方案。

加固方案可以因地制宜地采用多种加固手段。

（5）加固处理施工过程中应始终重视安全生产要素的控制和管理。

参考文献院
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.混凝土结构设计规范(GB 50010—2010)(2015年版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.混凝土结构加固设计规范(GB 50367—2013)[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基桩检测技术规范(JGJ 106—2014)[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.
[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.既有建筑地基基础检测技术标准(JGJ/T 422—2018)[S].北京:中国建筑工业出版社,2018.图13锤击点及测点布置
锤击点
传感器信号采集点
盲区
盲区
实际检测的锤击点及测点布置
规范要求的锤击点及测点布置
5--。