浅谈超高性能特种大弯矩电杆的应用

王福康 1 吴永江 2

海南电网有限责任公司建设分公司 海南海口 570106

摘要：本文结合了多年的工作经验，主要对超高性能特种大弯矩电杆的应用进行了探讨分析，可供大家参考交流。

关键词：水泥电杆 现存问题 技术原理 应用前景

1、前言

目前我国的输配电线路建设逐步向超高压、特高压、大档距、大线径、多回路方向发展，我国常规的水泥电杆可以应用在220kV及以下的输配电线路中，改革开放前期，我国高压输电线路以10kV、35kV、66 kV 输电线路为主，这些等级的输电线路对线路器材的要求相对较低，所以常规水泥电杆可以满足要求。如果线径加粗、回路增加、增大档距对水泥杆及金具的要求就要提高，所以普通水泥杆的力学性能很难满足线路安全运行的要求。随着高强度大弯矩环形部分预应力混凝土电杆的出现、推广及使用，可以肯定在今后相当长的一个时期内，在35kV-220kV架空输电和10kV配电线路，以及城市电网建设中，水泥电杆不但不会被钢结构杆塔所淘汰，相反，还会取代相当一部分钢结构杆塔。

2、背景及现存问题

目前，由于受海南当地气候环境等条件影响，35kV、110kV新建或改造线路设计基本以铁塔为主,且塔型多采用高跨设计，铁塔呼高较高，耐张塔比例大，10kV线路设计基本以普通电杆为主。随着塔基占地问题的凸显，包括线路走廊受限、占地理赔难度大、营商环境要求高、线路路径选择难度大等矛盾，选择使用占地面积小的塔基，可有效调和塔基占地问题。从减小塔基占地面积的角度出发，若不改变杆塔输电线路性能，减小塔基占地面积，需增强杆塔自身材料特性，即采用超高性能度、高耐久性、高韧性和体积稳定性良好的超高性能混凝土电杆材料，使杆塔具有更超高强度的优良性能，耐碳化腐蚀、耐盐腐蚀、抗渗透、耐化学指标等指标高等特点，且操作简单。最终可达到杆塔占地面积小、施工简单、具有承载负荷大、节约费用、使用寿命长且无需二次维护、防腐能力强、抗台风能力强的特点，组装高度最高可达48m，能减少线路青赔，满足高电压线路大跨越，若遇自然灾害，由于大弯矩杆重量轻质，搬运方便可加快线路恢复抢修进度。

3、采用的技术原理与技术关键点及创新点

3.1电杆结构设计的参考标准。在对电杆结构设计时，《电杆标准》第5.2.1.1条款仅规定纵向受力钢筋用量，应由设计计算确定。《电杆标准》中没有给出配筋设计加工图等具体要求，仅对荷载等级、力学性能检验方法和出厂检验进行规定，这样便于生产厂家充分利用新材料、新技术、新工艺、新装备。在具体的杆型设计中必须符合GB5010《混凝土结构设计规范》、DL/T5154-2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》及《电杆标准》的要求。

3.2 具有更超高强度的优良性能，且它的耐老化、耐火性能均优于其他杆塔材料，且价格也远低于其他杆塔材料。近年来，由于广泛采用高强度钢筋和高等级混凝土，钢筋混凝土电杆的抗弯强度值很容易满足，但挠度通常满足不了，如φ190×12×M级钢筋混凝土电杆，如果仅从抗弯强度计算完全满足标准要求，但是如果过度抽筋，挠度就满足不了，配筋10根12米长、两根10.5米长、两根9米长、两根7.5米长，方可满足挠度要求；而许多大弯矩部分预应力混凝土电杆抗弯强度和挠度能满足，但开裂检验系数满足不了。因此，在设计、生产、检验混凝土电杆时，抗弯强度、开裂检验系数、裂缝宽度、挠度等指标必须同时符合标准要求，方可判定为力学性能合格。随着低碳、环保、高效、节能、降耗、资源共享等政策的提出，普通水泥和等径预应力混凝土电杆因其开裂弯距较小，在许多情况下，普通混凝土电杆需要打拉线来满足线路使用要求，而打拉线会占用大面积的土地，为节约土地资源，需要能承受更大弯距的电杆出现。一般大弯矩混凝土电杆属于部分预应力结构，电杆直径为230-290mm的大弯矩电杆，无拉线，多应用在承力杆型中，要求在长期荷载作用下不能出现裂缝，电杆在运行过程中，长期荷载一般为短期荷载的50%-70%，不超过80%，所以部分预应力电杆开裂检验系数允许值≥0.8，这也要求大弯矩部分预应力电杆的开裂检验系数必须合格。因此在研究超高强混凝土电杆在直线杆和转角杆的试验方案中，侧重对杆进行真型力学试验分析试验荷载，对杆身风荷载、杆身风荷载和地线荷载叠加、杆身风荷载和导线荷载叠加三种方式增加50%、75%、90%、95%、100%顺序的纵向荷载，垂直荷载一次缓加至100%，垂直荷载一次卸至0%，以验证杆设计的正确性、合理性、可靠性。经过对混凝土大弯矩电杆与钢管杆的比较可发现，大弯矩混凝土电杆在做直线杆时，单基重量比钢管杆单基重60%-70%；大弯矩混凝土电杆在做直线耐张杆时，单基重量比钢管杆重1倍，但大弯矩混凝土电杆比钢管杆节省钢材80%左右，单基价格要比钢管杆降低20%-30%。

3.3 超高性能度、高耐久性、高韧性和体积稳定性良好的超高性能混凝土电杆材料，使用独特的专利工艺技术研制而成。近几年钢筋混凝土制品用原材料飞速发展，工艺不断完善，选择范围越来越广，如减水剂、减气剂，耐腐蚀添加剂，水泥纤维的应用，高强度钢筋的出现，预应力混凝土用钢棒的应用，高标号水泥的应用等为水泥电杆的发展提供了基础条件。改进混凝土配合比，掺入特殊外加剂及活性材料，提高混凝土强度等级，大大提高了产品抗腐蚀性和耐久性，延长产品的使用寿命。本项目采用超高强混凝土，是通过砼配合比试验，将水泥强度由C80提高到C100。

3.4 操作简单，组装杆分焊接组装和法兰组装，焊接杆采用钢板圈焊接方式组装，法兰杆是以镀锌法兰圈作为连接头的组装电杆，不打拉线，完全可以替代钢管杆、铁塔，可作直线、转角和终端杆。该电杆是根据国际GB462-94《环形预应力混凝土电杆》技术标准设计制造，钢筋采用直径20mm螺纹钢，其外观与一般混凝土拔梢杆基本相同，锥度为75:1；杆头直径为270mm，杆段制造长度为9m和6m两种，可根据需要任意组合，杆段与杆段之间钢圈焊接，焊接方法以电焊为宜。混凝土大弯矩电杆最大的特点就是弯矩大，其根部允许弯矩是相同杆型普通混凝土拔梢杆的2至4倍。与普通混凝土拔梢杆不同的是，混凝土大弯矩电杆的根部采用法兰盘与地脚螺栓相连接，其基础采用现浇混凝土梯形基础。横担是钢板焊接的弧形横担，焊接抱箍与杆体固定，两只组合为一层横担，现场安装非常方便，这种电杆适合做直线杆使用，也可以做直线耐张杆使用。

3.5 中间连接法兰设计应注意四方面问题。《电杆标准》第5.2.2.1条款规定：电杆接头可采用法兰盘连接，法兰盘应按设计图纸制造，其质量应符合GB50205-2012《钢结构工程施工质量验收规范》的规定，法兰盘应进行热浸镀锌或热喷涂锌防腐处理。许多企业的法兰盘没有委托专业设计院设计，多为自行设计或模仿制造。

3.5.1在满足螺栓间最小容许距离的情况下，尽量增加法兰连接螺栓的数量，因为根据DL/T5130-2001《架空送电线路钢管杆设计技术规定》8.3.3中有关计算公式可知，螺栓数量越多，法兰板上均布荷载越小，法兰板及加劲板的板厚越薄。这样不仅能增加法兰盘的承载能力，还可以减轻法兰重量，节约成本。

3.5.2法兰螺栓尽可能采用高强度螺栓，以减少螺栓直径规格。因螺栓直径越小，法兰盘的宽度才能减得越小，螺栓更能接近管壁，附加弯矩值随之减小，对提高法兰承载力，减小法兰盘厚度很有利，而且加工出来的法兰更加经济、小巧、美观。10.9级高强螺栓建议谨慎使用，因DL/T284-2012《输电线路杆塔及电力金具用热浸镀锌螺栓与螺母》中指出，10.9级螺栓热浸镀锌后，氢脆风险较大，设计时要谨慎选用，采用时供需双方应探讨采取有效的预防氢脆措施。

3.5.3平面法兰分为有加劲板法兰即刚性法兰和无加劲板法兰即柔性法兰两种。刚性法兰由法兰盘、加劲板及钢管端部焊接成整体，具有较大的强度和刚度，能够较好地满足承载力要求。建议设计中采用刚性法兰连接方式。

3.5.4中间连接法兰分为内法兰和外法兰两种，建议弯矩值较大的、杆长超过21米的部分预应力混凝土电杆采用外法兰连接。

4 能解决的主要问题及应用前景

目前，已有类似超高强混凝土电杆在河北省任丘市临河至七间房35kV等项目应用。当前研究的超高性能特种大弯矩电杆，在电力线路应用中属于较为实用的新型设备，设计出来的大弯矩电杆和传统用的混凝土电杆，从外形上看并没有很大的区别。从角度方面来看，锥度比是75：1，混凝土的弯矩电杆杆头的直径大约在265mm左右。用混凝土弯矩电杆可以更好的进行电力线路设计的铺设，主要因为混凝土大弯矩电杆的最大的特点就是弯矩大，电杆组合起来就会非常便捷。在进行电力线路施工建设的时候，我们可以把多个混凝土大弯矩电杆自由的进行组合，多个电杆相互之间能够直接用电焊等来焊接，有效提高了电杆质量，由于弯矩电杆弯矩比较大，电力线路在施工建设的过程中，混凝土大弯矩电杆安装起来比传统混凝土弯矩电杆相比有着简单、快速、省时等特点，适合用在工程力度比较大，工程项目比较紧的高压电力工程项目。实现具有线路土建占地面积小、免打拉线、节约占地补偿费用，施工简单、缩短工期，具有承载负荷大的优势，可根据用户提供的线路条件选定杆型。大弯矩电杆采用套筒插入技术，开挖量小，无需钢筋基础，使用寿命长且无需二次维护，避免钢结构杆塔因长时间而生锈所导致的影响市容。采用特殊生产工艺，防腐能力强、抗台风能力强。组装高度最高可达48m，能减少线路青赔，能解决高电压线路大跨越，若遇自然灾害，由于大弯矩杆重量轻质，搬运方便可加快线路恢复抢修进度。

5 结语

随着社会的不断发展，输配电线路建设越来越多，高强度大弯矩电杆的生产一定会给工程带来更好的运行保障，使之成本更低、应用更耐久、运行更安全，在节能、降耗、资源共享、节约土地等方面更符合政策要求，相信高强度大弯矩电杆的推广及使用，必将产生明显的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]曹文典,吴婷.超高强混凝土研究现状及在电杆中的应用研究[J].江西电力,2020(10):49-53.