輸電線路灌注樁基礎防腐措施經濟性研究

閆 生 鄭麗敏

(河北省電力勘測設計研究院，河北 石家莊 050031)

隨著我國電力事業的迅猛發展，大量電廠送出線路須通過濱海灘涂，線路鐵塔樁基礎受海水或鹽漬土腐蝕，產生不同于內陸地區塔基的腐蝕破壞。一旦發生事故，往往會造成較大損失，基礎受損后也不易更換修復。近年來混凝土受硫酸鹽侵蝕病害或鋼筋氯鹽銹蝕病害日益嚴重，而對輸電線路灌注樁基礎治理上述病害的理論認識和技術路線還不夠完備，治理效果往往事倍功半，收效甚微。近年來，隨著我國特高壓輸電線路工程建設的深入，鐵塔基礎防腐問題變得越來越突出，并且得到業內人士越來越多的關注。目前灌注樁基礎防腐措施各有其側重點，但均未具體對沿海腐蝕地區灌注樁的應用情況及其防腐措施給出明確的結論，建議的防腐措施和防腐工藝單一，防腐方案造價較高，推廣應用性不佳。本文針對幾種常用的灌注樁基礎防腐措施進行了經濟性分析，從而提出了一種經濟合理的防腐措施。

1 腐蝕機理的研究

灌注樁基礎主要的破壞形式有鋼筋的銹蝕和樁基混凝土的劣化。根據不同的鋼筋腐蝕形式，鋼筋腐蝕分為化學腐蝕與電化學腐蝕兩種，對于鋼混構件中的鋼筋，其主要的腐蝕形式為電化學腐蝕。電化學腐蝕兩個必備條件為:其一，鋼筋陽極部位的表面處于活性狀態，釋放電子;其二，鋼筋陰極部位的表面存在足夠的水和氧氣。當周邊環境為潮濕狀態時，鋼筋表面一直存在水膜與溶于水膜中的氧氣。Cl-所起的作用主要有以下三方面:1)破壞鈍化膜;2)Cl-的陽極去極化作用;3)Cl-的導電作用。由此可知，鋼筋銹蝕的前提是:1)必須有電解質(水+離子);2)必須有氧氣。因此，相應的阻銹的方法就是:隔絕水和隔絕氧。硫酸鹽侵蝕可使水泥水化物轉變為無膠凝能力的碳硫硅鈣石，當溶解時pH 值較低時，侵入到混凝土內的硫酸根離子與水化硅酸鈣反應生成石膏與無定型硅酸，從而會使混凝土喪失粘結性，其強度降低。硫酸鹽侵蝕會導致混凝土性能的劣化，其主要的表現形式為:膨脹開裂、強度損失、表面軟化、表面剝落與質量損失。氯離子腐蝕主要分布在東部沿海;西北地區的鹽漬土中硫酸鹽腐蝕和氯離子腐蝕大都同時存在;中性作用、碳化作用、堿骨料反應則廣泛存在于混凝土構件。

2 幾種不同的灌注樁防腐措施

腐蝕介質對構件的腐蝕是由外向內進行的，混凝土抗滲性能對腐蝕的速度有重要影響;另外，混凝土抗滲性又取決于混凝土密實度，水灰比與水泥用量對混凝土的密實度起控制作用;其中，水灰比起主要作用，水灰比與炭化系數也近似成線性關系。

2.1 對材料方面的要求

1)水泥。與普通的硅酸鹽水泥相比，抗硫酸鹽硅酸鹽水泥鋁酸三鈣(C3A)的含量受到限制，規范GB 748—2005 抗硫酸鹽硅酸鹽水泥有關條文規定:中抗硫酸鹽水泥的C3A 含量不得超過5%，高抗硫酸鹽水泥的C3A 含量不得超過3%。JTJ 275—2000 海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范卻未推薦抗硫酸鹽類水泥。經過研究表明，由于過早的接觸地下水灌注樁混凝土，抗硫酸鹽水泥代替普通硅酸鹽水泥沒有明顯提高抗硫酸鹽侵蝕的能力，而且抗硫酸鹽水泥的抵抗氯離子侵入的性能較差。而且，在干濕交替的惡劣環境中，抗硫酸鹽水泥混凝土的抗侵蝕性能并不比普硅水泥混凝土效果好。此外，抗硫酸鹽水泥混凝土較普硅水泥混凝土價格高出50%以上，經濟性也較差。2)摻合料。磨細高爐礦渣細度對活性指數影響很大，按規范要求其細度必須不小于4 000 cm2/g。混凝土中磨細礦渣摻量大于膠凝材料總量的50%時，可明顯提高混凝土抗氯離子的滲透性。普通硅酸鹽水泥，由于其本身摻有不大于15%的摻合料，規范要求其不宜小于膠凝材料總量的40%。由此可知:礦粉、粉煤灰兩者按大概1∶1 比例復摻，取長補短，強度發展適中，防腐效果顯著。因此，建議采用粉煤灰+磨細高爐礦渣+硅灰摻入混凝土中，以改善混凝土的性能，特別可改善混凝土的抗氯離子滲透性，可顯著提高混凝土的護筋性能。3)防腐外加劑。根據國標GB 8075—2005 混凝土外加劑定義、分類、命名與術語，定義外加劑為:混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中而摻放，可用于改善混凝土的性能的物質，摻量不大于水泥質量的5%。規范中列出了20 余種外加劑，但并沒有防腐劑，更沒有相關檢測標準。4)環氧涂層鋼筋。環氧涂層鋼筋表面光滑，膠結—摩阻力較低，咬合作用容易滑脫，粘結性能較弱，粘結強度較低。試驗研究表明:無粘結涂層鋼筋相比，有涂層鋼筋的粘結錨固強度可降低約10%。

2.2 不同樁型的比較

1)布袋樁。布袋樁適用于淤泥、淤泥質土、粘土、粉質粘土、粉土等土層中，也可用于砂土層與全風化巖層中。布袋樁也能承受一定的垂直荷載與水平荷載，可用作新建工程的樁基礎，還可應用于地基加固和基礎補強工程。這種工藝相較于常規灌注樁，在施工方面增加了兩個工序:下沉防腐袋與注排漿，施工工藝略復雜。由于長樁內袋注漿過程中的活塞效應影響，施工難度相對較大，增加了工料機的費用，因此，在經濟效益方面布袋樁較普通混凝土樁無優勢。2)預制方樁。預制方樁的防腐蝕措施大都在預制過程中就可以結束，方樁基礎的配筋是正常配筋，具有一定的韌性，破壞為延性破壞。預制方樁為實心樁，只需考慮樁身外表面腐蝕情況，而這方面處理起來較為簡單，增加保護層厚度、刷防腐涂料等都可以解決。預制方樁的施工較為簡便，施工速率高，可以節約施工時間，降本增效。3)預應力管樁。預應力管樁基礎本體造價較高，且由于管樁基礎采用預應力筋，其破壞過程屬于脆性破壞，危害較大。管樁基礎在濱海強中腐蝕地區使用時的防護措施復雜，任何一環出現問題都會使管樁基礎出現脆性破壞，危害輸電鐵塔安全，且防護措施的防護效果難以按要求實現、不易監測。

3 典型塔基礎防腐方案經濟性比較

通過對不同樁型及防腐措施的研究，本文對灌注樁、預制方樁、布袋樁進行經濟性對比，針對典型的塔型(5E3-SZ2，5E3-SJ1)、地下水豐富、強中腐蝕等資料，設計計算了灌注樁基礎、預制方樁基礎、布袋樁基礎，并進行了不同樁型防護方案比較。

3.1 選用5E3-SZ2 直線塔比較

1)設計尺寸及材料用量見表1。2)技術經濟分析見表2，表3。

表1 5E3-SZ2 三種樁基礎本體材料量/基

表2 5E3-SZ2 中腐蝕環境下三種樁型技術經濟比較

表3 5E3-SZ2 強腐蝕環境下兩種樁型技術經濟比較

由表2 可以看出中等腐蝕地區，預制方樁造價為灌注樁基礎造價的1.12 倍，布袋樁造價為灌注樁基礎造價的1.26 倍，因此推薦中腐蝕地區首選摻加防腐劑的灌注樁基礎。

由表3 可以看出強腐蝕地區，布袋樁造價為預制方樁基礎造價的1.11 倍，因此推薦強腐蝕地區首選布袋樁基礎。

3.2 選用5E3-SJ1 轉角塔比較

1)設計尺寸及材料用量見表4。

表4 5E3-SJ1 三種樁基礎本體材料量/基

2)技術經濟分析見表5，表6。

表5 5E3-SJ1 中腐蝕環境下三種樁型技術經濟比較

由表5 可以看出中等腐蝕地區，預制方樁造價為灌注樁基礎造價的1.31 倍，布袋樁造價為灌注樁基礎造價的1.15 倍，因此推薦中腐蝕地區首選摻加防腐劑的灌注樁基礎。

由表6 可以看出強腐蝕地區，布袋樁造價為預制方樁基礎造價的1.17 倍，因此推薦強腐蝕地區首選布袋樁基礎。

4 結語

本文從腐蝕機理出發對輸電線路灌注樁基礎主要防腐措施進行了對比。對水泥、摻合料、防腐外加劑、環氧涂層鋼筋等基本材料的防腐要求進行了詳細介紹;對不同樁型的防腐性能及施工點進行了比較。對典型的直線塔及耐張塔進行了經濟性比較，經比較在強、中腐蝕地區灌注樁基礎的防腐方案，與常規方案相比，具有明顯的經濟優勢。以典型500 kV 雙回鐵塔為例，中等腐蝕地區直線塔灌注樁基礎推薦方案較常規方案最多可節省造價約12%，耐張塔樁基礎推薦方案較常規方案最多可節省造價15%左右;強腐蝕地區直線塔灌注樁基礎推薦方案較常規方案最多可節省造價約11%，耐張塔樁基礎推薦方案較常規方案最多可節省造價17%左右。從全壽命周期管理角度講，還節省了常規方案維護修補費用，經濟效益非常可觀。