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电线杆和铁塔基础的评估与维修
纳尔逊.G宾格尔 凯文.D利尔斯
[摘要]
在研究电线杆和格构式塔架的使用寿命时，会发现他们会因对他们的使用寿命有不利影响的有效的环境中的应力而屈服。基础都是传输系统的重要组成部分，因此是国家电网的关键。
正文：
在这些基础的日常检查中发现的腐蚀和评估应该归类为结构变形的特定级别。每个级别应该通过一个多样化的减缓腐蚀和维修选择的规则予以确定。
镀层法和阳极法是帮助防止腐蚀最常用的方法。维修选择包括但不仅限于螺栓钢修复，焊接钢修复，混凝土基础的钢筋混凝土套和直接的成分替换。
本文将着重论述电线杆及铁塔基础评估和维修的特性，包括结构的耐久性，腐蚀问题和标准维修方法。
电线杆传输结构
不论其结构，钢传输结构由两个基本部分组成：一是提供了对整个结构和结构本身，创建间隙和提供给架空电导体的基本结构支撑的基础，二是接地线及其相关的硬件支持。
大多数钢传输结构可被分成五个不同的基团：
自支撑钢格塔——这通常是由多个钢构件机械拼接构造，形成一个配套点阵网架。
拉线钢格塔——相似上述自支撑钢格结构，拉线塔明显不同是因为其上的多个依赖，以提供结构稳定性。
自承电线杆——这通常是构建只有少数大型部件焊接在一起以形成一个锥形中空“极点”。
拉线电线杆——类似于自我支撑电线杆，拉线电线杆依靠多个拉索提供稳定。
钢管H-框架 - 包括在相邻电线杆之间的距离放置横跨两个钢铁极点。
基础类型：
全钢结构类型需要适当的基础来支持所施加的负荷上的结构。因为在不同类型的环境和土壤条件下结构可以被定位，为了提供的结构的稳定的平台，利用不同类型的基础是有必要的。这些包括：
直接嵌入，它可以用于电线杆和钢管梁格，包括在地球的基础孔用钻机或类似设备的方式挖掘。挖掘是为了配合塔内的腿和梁格，并将其设置为挖掘和与任乡土，压实砾石，碎石或混凝土回填。
电线杆和杆系钢的直接嵌入有时可能优于其他基础选项，因为它们通常成本较低， 安装方便。但是，由于沙质土壤条件下或在土壤削弱水的影响，它们通常不用于浅岩和窗台或所在的地区土壤的稳定性是一个问题的地区。
混凝土地基可以包含很宽范围，根据他们正在使用的应用程序的变化。最常见的两种类型的是：
钻孔桩，也叫沉箱，这可能是最广泛使用的混凝土基础类型。这些基础是由具有大螺旋钻钻孔，然后用混凝土填充它们和钢筋安装。
在某些情况下，一个“喇叭口”的钻轴代替的直轴的钻轴，以帮助提供额外的容量，一个喇叭孔以相同的方式创建作为常规钻轴但具有不同的修改。孔的底部是中空出在它的基础建立一种锚或“钟”的。
墩砖（垫） - 包括一个广泛的应用，可以将其预先浇铸或形成，并且在地面倒出。通常，这些基础是在比较钻出基础相对较浅，大部分集以大约10“或更小的平均深度。这通常需要开挖大量的基础洞以及压实在地基上的大量非天然回填土。这些基础依靠其比表面积大，回填土的重量，为结构和抗隆起提供稳定的支持。
钢筋混凝土地基的最显著优点之一是结构钢构件由于混凝土的保护，它限制了其暴露于腐蚀和显著增加了它们的使用寿命的环境。
底板A-H-R螺栓和螺柱角
当使用钻轴或码头板地基时，有必要在钢筋和混凝土之间形成可靠的接口连接。
三种最常见的连接是：
底板和锚栓 - 晶格塔和电线杆已经使用两个基板和各种设计的锚螺栓固定到上支承结构再固定至地基。
短线角度 - 通常与剪切连接器相连的一小段角钢，它直接设置在混凝土中。
销座 - 多种设计方案已设计，以创建一个塔及其地基之间的引脚连接。这些通常与拉线结构例如拉线V型一起使用。
检查原因：
要明白，对所有的结构，都有必要定期检查，确保结构的完整性和公众安全是很重要的。钢结构及其地基也不例外，因为这些结构有时被放置在小于相对于它们的结构部件的寿命的理想环境。
环境条件可以在相对短的时间段上的钢材和混凝土的结构完整性产生重大影响。如农业活动不利的影响，从制造设施中从建筑土壤高程变化和排放都可以向结构部件的降解。这些效果可通过在施工时在结构构件，涂料和混凝土看不见缺陷进行复合。
通常，这些环境影响相结合，创造活跃的腐蚀细胞，不利于钢铁结构部件。
一个腐蚀电池的定义：
基本电化学腐蚀电池由四个部分组成;阴极和阳极，电解质和金属路径。小区内的腐蚀的存在是因为这些部件之间的电子和离子的流动。
阳极 - 在腐蚀发生在细胞内发生由于带正电的离子远离它的流动点。
阴极 - 负电荷的离子从阴极，它创建一个偏振有助于保护阴极免受腐蚀迁移。
Electrolyte-是一种物质或能够导电的溶液。
金属通路是从阳极到阴极的电子。
在钢塔和电线杆中的腐蚀电池，电解质是结构埋设在土壤中。金属路径是通过和沿着钢柱的表面，其中有腐蚀电位的两者之间的差表示的金属点。
腐蚀检测的发展：
在19世纪中后期最早的一些研究到的腐蚀发生在英格兰，附加详细的测试发生在20世纪初。这种早期的研究腐蚀的化学开发而使用的研究和检查一直沿用至今。
腐蚀检测主要用于天然气，石油和其他类似的行业，腐蚀检测是一个成熟的科学成功的悠久历史。检验程序和设备已经被开发并完善了多年，尽管他们的一些基本原则并没有改变。
近年来，检验方法和缓解技术已被用于多个行业，公共和私营部门，并在保护其基础设施方面有可观的经济利益。电力企业也不例外，并且已开始认识到腐蚀检查和减灾工作纳入其定期维修方案的必要性。
直接检验程序：
大多数腐蚀检查是通过视觉和身体评估。这些检查方法包括：
视觉评估 - 通过从业内公认的专家提供的各种分级标准，对金属的腐蚀可以通过各种档次进行量化。用于此目的的标准方法是，由防护涂料协会制定了“涂漆钢表面锈蚀评价程度SSPC VIS2标准方法”。这允许检验员在现有标准基础上通过表面腐蚀比较样品，所以腐蚀可由两个类型和严重程度进行分类。
物理测量 - 允许审查员测量结构的不同组件，以帮助确定所造成的腐蚀的部分损失的量。对于这些测量中最常见的设备是卡尺，千分尺和坑压力表。照片有时也用于支持记录在字段中的物理测量。
挖掘 - 因为钢塔和电线杆可以埋在土中，常常需要挖较浅的检查孔。开挖穿过土界面的初始过渡区进行视觉评估和物理测量。一般检查发掘限于18-24米的深度，但如果有必要确定可见腐蚀的程度的话，偶尔会更深。
超声测量 - 当目视检查和物理测量，由于仅限于结构设计或位置，超声可以成功地利用在某些应用中，以帮助进一步评估结构的条件。
电磁超声换能器（EMAT）技术已扩大利用从基本的横向扫描通过结构读取沿其表面的长度纵向扫描超声检测。该方法可以检测到低于地腐蚀上电线杆。
间接检测方法
环境因素对腐蚀处理的显著影响。间接检查方法已经开发了量化，在特定位置及其影响。这些方法已成为在管道行业的标准程序，并使用在评估周围钢结构的环境条件中。
pH值 - 可能是最容易理解的影响环境的一种，围绕塔土壤的pH测量确定土壤酸碱性，并有助于确定其在腐蚀过程潜在影响。约7的pH测量显示相对中性环境而为5.5或更小的测量被认为是酸性的。 8.0以上的pH值读数通常表明碱性环境中，通常较少，因为它通常对小钢腐蚀作用值得关注的。
氧化还原 - 也称为氧化还原措施氧，测量在土壤中的溶解氧含量的方法。在含氧土的周围埋入电线杆，土壤中有明显的差异，可指示微生物活性的腐蚀的潜在影响。
虽然细菌本身通常不直接攻击金属，各种发生在氧化还原环境中的细菌，可以通过由产品创建腐蚀来影响腐蚀进程。游离氧的环境中支持厌氧细菌的存在，而富氧环境倾向于支持需氧细菌。在刻度的中间存在某处环境是相对中性的，而且往往不支持微生物活性有损钢。在靠近结构收集的氧化还原的测量可以帮助确定一个结构是否存在微生物影响的风险。
小于100毫伏的氧化还原测量可表明需氧细菌的存在和用于腐蚀活性的增加的潜力。虽然100和350毫伏之间的氧化还原的测量往往会支持更多的无氧运动更趋于中性。
土壤电阻率 - 是确定土壤环境如何腐蚀是一个显著的指标。具有低电阻率的土壤允许电流在阳极和阴极产生腐蚀活性的更高水平之间的易流动。为1000欧姆 - 厘米或更小的电阻率的土壤往往具有非常强的腐蚀性，而10000欧姆 - 厘米的电阻率的土壤被认为是少得多的影响腐蚀。
半电池测量 - 测量环境内的结构在环境土壤中的潜力。通常情况下，这样做是利用数字或模拟电位计。越负的测量（lt; - 850毫伏），更可能的是，该结构将有腐蚀降低的潜力。少负的测量（gt;- 400毫伏），越有可能是腐蚀。
防腐等级
单独考虑时，前面所讨论的因素仅供参考。它们必须以它们如何与彼此在特定的环境中进行评价。要做到这一点，必须确定一个构造的潜在腐蚀或它的“腐蚀等级”一起测量这些因素。
这些评级分特定类别来量化每个结构的未来腐蚀电位，如下所示：
低 - 腐蚀的可能性低，此时不需要进一步的行动。典型地，对于这些结构的建议是在下一个十年重新检查。
轻度 - 腐蚀的电位稍微升高，虽然它可能无法在视觉上明显的，这是可能的，轻微的腐蚀活性存在。类似于评为低的结构，因此建议在下一个十年重新检查这些结构。
中度 - 定级为中等的结构通常显示出积极的因素表明腐蚀即使只有轻微的腐蚀当前可能是可见的。这种腐蚀可能会轻微的表面腐蚀在此条件下凹陷结构，此时应该在特定位置很快缓解工作，以帮助避免进一步腐蚀退化。一旦这些措施落实到位，这些塔应该在下一个十年内再检查。
严重 - 金属损失，这些塔是显著腐蚀，迹象显现，如大点蚀，边缘损失和变薄。在严重的情况下结构构件的大穿孔都存在。
减排替代
相似的检查方法，减缓腐蚀方法已经在燃气，石油等行业中使用多年。因此，许多这些产品可以容易地适于类似的应用中。
最常见和实用的减排措施是防护涂料的应用。涂层保护钢免于暴露到其周围的环境中，提供抗湿气和其他腐蚀机理的屏障。
一个良好的涂层应用程序包括一个较大的基坑和在涂层应用之前的表面彻底清洁。这些表面制剂的涂层系统的整体性能是至关重要的，并且许多ASTM和NACE标准都包括在内。在各种应用中，涂层可用在几种不同类型中。正确的材料被用于与推荐的应用程序，以达到保护的期望的水平是非常重要的。
当单独涂层不足以保护结构免受腐蚀时，可以应用于一个附加的保护措施是牺牲阳极。
牺牲牺牲阳极放弃本身的电偶反应，是以钢和阳极之间发生的手段来保护免受腐蚀钢的结构。由于阳极是在电势序比钢高，当它被放置在与钢结构带负电荷的离子的损失，从电线杆传送到阳极直接接触，从而使该阳极腐蚀代替钢。
阳极通常通过将它们放置在沟槽或预示孔在靠近结构施加。然后阳极通过导线的装置直接连接到电线杆。
因为许多电线杆暴露在地面，而保护阳极系统，或许多基础，都是为保护结构而特殊设计的。阳极的不当通常会导致对结构的保护不足，将可能导致阳极系统的早期失效。
一般维修
在大多数情况下，已经破损不堪涂料和阳极通常的保护功能，通过结构及其配套结构件或基础的部分损失会显著减弱，就地修理可以避免更换的成本高，单独设计用于整个结构。
混凝土基础维修
混凝土基础的维修，通常可以通过简单的装箱在新的混凝土退化基础来实现。这通常涉及地基周围挖掘到足够的深度，以除去任何松散或破碎混凝土，然后放置形式代替，以适应新的混凝土。一旦混凝土浇注并固化充分的形式被去除，新的基础被回填。
电线杆维修
弱化的电线杆部件必须更换或加强，继续向结构提供足够的支持。有许多与此做法不同的方法：
部件更换 - 拆除和更换一个完整的结构涉及到结构的临时支撑，当正在修复时，为塔提供临时支持。一旦支撑，弱化构件能够被除去，在大多数情况下，通过简单地从周围结构打开与其具有相同的原始设计的一个部件，它可以被螺栓固定在原位替换它。一旦修理完成的支撑可以去掉。
部件螺栓更换部分 - 类似于整体更换，塔一般是在修理过程中支撑。代替更换整个部件仅构件的削弱部分被除去。这部分被通过锚杆支护一块新的类似尺寸的电线杆在特定位置取代。一般，有许多部件被取代，以容纳螺栓的应用。
焊接部件更换 - 在此修塔被暂时支撑并削弱部分被除去，然而代替螺栓连接的新的部分通常将替换一部分构件对接到原来构件和切割端焊接到位。
部件装箱 - 在这种修复，而不是被删除的削弱电线杆在混凝土中包裹。
螺栓接头修复 - 这种维修留下类似于套装修复弱化的部件。然而，在该修复弱化构件被夹在两个同样大小的电线杆中间，其中钻出和螺栓代替减弱构件有效地传递到两个新的电线杆之间的载荷。
由于美国的国家电网有老化的基础设施，所以它对轻实践和方法的电力行业提高有关其长期耐久性的实际经济决策是非常重要的。
在本文中，对一些最常见的评估与修复技术和钢塔和电线杆基础提供的具体程序进行
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