淺析變電站半高層結(jié)構(gòu)安全檢測及評估技術(shù)應(yīng)用

國網(wǎng)湖北省電力有限公司 張 洪 曾垂輝 鄂士平 國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院 王 楠

長期以來，變電站半高層建筑物作為安置刀閘、斷路器等設(shè)備的重要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建筑物，其安全性一直被運維管理單位所忽視。隨著使用年限的不斷增長和環(huán)境影響，變電站半高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、穩(wěn)定性、耐久性均出現(xiàn)衰弱及退化的現(xiàn)象，直接影響到結(jié)構(gòu)及設(shè)備正常運行。因此必須重新對其主體結(jié)構(gòu)進行檢測評估，并且根據(jù)評估情況，制定相應(yīng)的除險加固或者技改措施，以確保半高層結(jié)構(gòu)和其上方開關(guān)設(shè)備運行安全[1-2]。

1 評估依據(jù)、現(xiàn)場檢測結(jié)果及分析

半高層布置式變電站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是簡單的板、梁、柱支撐結(jié)構(gòu)體系，依據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，將變電站劃分為構(gòu)件（構(gòu)架柱）、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（地基基礎(chǔ)、承重結(jié)構(gòu)、圍護結(jié)構(gòu)）、鑒定單元（半高層結(jié)構(gòu)）三個層次，對構(gòu)件、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、鑒定單元進行評估等級劃分[3-4]。半高層布置式變電站構(gòu)架及其附屬結(jié)構(gòu)評估的內(nèi)容主要包括：結(jié)構(gòu)布置調(diào)查及主要構(gòu)件截面尺寸復(fù)核；混凝土結(jié)構(gòu)外觀缺陷踏勘普查；混凝土強度評估；混凝土碳化深度評估；混凝土裂縫性狀評估；混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕評估；混凝土保護層厚度評估；混凝土結(jié)構(gòu)的變形評估；變電站鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久年限評估。

本次評估工作開展過程中，評估小組發(fā)現(xiàn)該220kV 變電站半高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過多年運行，暴露出了眾多結(jié)構(gòu)缺陷問題，主要表現(xiàn)六類典型缺陷：構(gòu)架柱發(fā)生傾斜及鋼筋銹漲開裂、露筋與貫穿性裂縫等缺陷；樓梯底部混凝土破損露筋現(xiàn)象嚴(yán)重；天橋底梁破損及露筋缺陷；金屬連接部件銹蝕缺陷；天橋樓板露筋及裂縫缺陷；樓梯、天橋圍欄破損及銹蝕。檢測小組主要對該變電站半高層結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土圓管尺寸進行了復(fù)核性檢測；對鋼筋混凝土圓管支架位移進行了測量；對鋼筋混凝土圓管碳化深度、剩余強度及混凝土保護層厚度進行了檢測。

關(guān)于結(jié)構(gòu)截面尺寸。從檢測報告可看出，該變電站半高層結(jié)果立柱均由直徑為300mm 或400mm的預(yù)應(yīng)力混凝土環(huán)形等徑桿組成；關(guān)于構(gòu)架垂直度。在該變電站共抽檢10根柱構(gòu)件，所抽檢支架柱構(gòu)件傾斜率介于0.18～0.42%之間。從半高層布置式變電站圓管型鋼筋混凝土構(gòu)架柱、操作平臺（天橋）及樓梯結(jié)構(gòu)受力分析上看，電力支架傾斜位移是由于基礎(chǔ)不均勻沉降引起；關(guān)于構(gòu)架混凝土強度、碳化深度、混凝土保護層厚度。現(xiàn)場對半高層結(jié)構(gòu)的立柱、天橋和樓梯進行了抽檢，所抽檢混凝土柱構(gòu)件抗壓強度推定值介于33.8MPa～41.3MPa 之間，裂縫寬度介于0.45mm～2.42mm 之間，鋼結(jié)構(gòu)銹蝕率在7.2～18.8%之間。檢測結(jié)果表明該變電站各構(gòu)架柱強度基本達(dá)到350#混凝土強度等級，所抽檢部分立柱混凝土裂縫寬度超過0.3mm，鋼結(jié)構(gòu)銹蝕率超過原截面10%，部分檢測構(gòu)件屬于危險構(gòu)件，需要立即進行修復(fù)。

2 安全評估

2.1 半高層布置式變電站構(gòu)架設(shè)施狀態(tài)分析

鋼筋混凝土立柱。其主要缺陷及分析結(jié)果如下：部分構(gòu)架柱混凝土表面出現(xiàn)嚴(yán)重的貫穿性裂縫，部分構(gòu)架柱抱箍金屬構(gòu)件存在銹蝕現(xiàn)象。構(gòu)架柱表面都出現(xiàn)了混凝土裂縫現(xiàn)象，部分貫穿性裂縫已嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)安全、必須立即進行處理，從金屬構(gòu)件銹蝕缺陷的安全考慮必須進行除銹防腐處理。依據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》要求，構(gòu)架柱強度基本達(dá)到了350#混凝土強度等級，所抽檢部分混凝土裂縫寬度超過0.3mm，鋼結(jié)構(gòu)銹蝕率超過原截面10%，部分檢測構(gòu)件屬于危險構(gòu)件，對結(jié)構(gòu)的整體抗壓承載能力存在嚴(yán)重影響[5]。

天橋及樓梯。其主要缺陷分析結(jié)果如下：樓梯邊角出現(xiàn)開裂及破損、護欄銹蝕，走道樓板存在裂縫，其底板露筋、護欄銹蝕。走道板表面混凝土出現(xiàn)破損。從天橋及樓梯的檢查結(jié)果看，主要存在混凝土保護層剝落、護欄銹蝕等缺陷，并未嚴(yán)重影響到結(jié)構(gòu)安全，需盡快對破損部位進行修復(fù)，對腐蝕欄桿進行防腐處理。

立柱的傾斜度。從變電站構(gòu)架柱垂直度抽檢結(jié)果看，檢測區(qū)域所抽檢構(gòu)架柱的垂直度均滿足《架空輸電線路檢測技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T1367-2014）規(guī)定的“混凝土電桿傾斜度最大允許值1.5%”要求。

2.2 半高層布置式變電站構(gòu)架設(shè)施狀態(tài)評估

主體單元結(jié)構(gòu)評級。依據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50144-2008)規(guī)定，構(gòu)架混凝土柱的強度推定值基本達(dá)到了350#混凝土強度等級。但立柱混凝土裂縫寬度超過0.3mm，鋼結(jié)構(gòu)銹蝕率超過原截面10%，部分檢測構(gòu)件屬于危險構(gòu)件，故混凝土柱的安全性等級評定為D；地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)評級。該變電站地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)目前使用狀況尚可，未發(fā)現(xiàn)有明顯的沉降裂縫，電力設(shè)備運行正常。故地基基礎(chǔ)安全性等級評定為B。

半高層上部結(jié)構(gòu)評級。依據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，上部結(jié)構(gòu)的安全性等級應(yīng)按結(jié)構(gòu)整體性和承載能力兩個項目評定，并取其中較低的評定等級作為上部承重結(jié)構(gòu)的安全性等級。從被檢測半高層布置式變電站結(jié)構(gòu)分析看，變電站結(jié)構(gòu)布置基本合理，形成完整的體系，傳力路徑明確，結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件選型、整體性構(gòu)造和連接等基本符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，結(jié)構(gòu)的整體性不影響安全，故整體性等級評為B 級。承載功能評級依據(jù)某變電站安全性等級D 的評級結(jié)果進行，依據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，上部結(jié)構(gòu)使用性可根據(jù)構(gòu)件最低使用性等級確定，綜合評定該半高層布置式變電站上部承重結(jié)構(gòu)鑒定等級為結(jié)構(gòu)整體性B、承載能力D、綜合等級D。

附屬及圍護結(jié)構(gòu)評級。據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，附屬及圍護結(jié)構(gòu)應(yīng)按連接構(gòu)造及使用功能綜合評定，并取其中最低一級作為該構(gòu)件安全性等級。從天橋及樓梯的檢查結(jié)果看，該變電站主要存在混凝土保護層剝落、鋼結(jié)構(gòu)連接件銹蝕等缺陷，露筋及銹脹等嚴(yán)重影響天橋及樓梯混凝土強度與整體性的現(xiàn)象，必須及時采取措施修復(fù)，因此評定爬梯及天橋結(jié)構(gòu)為C 級。

綜合以上的分析，某220kV 變電站安全評價結(jié)論如下：項目級別為三級，其中主體單元結(jié)構(gòu)D、地基基礎(chǔ)B、半高層上部結(jié)構(gòu)D、附屬及圍護結(jié)構(gòu)C?？傮w看，不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的可靠性要求，已影響整體安全和整體正常使用，構(gòu)架柱裂縫及天橋破損及銹蝕必須立即采取措施。

3 結(jié)語

依據(jù)安全評估結(jié)論，建議對該變電站半高層結(jié)果進行相應(yīng)的加固處理，處理措施如下：立柱。對出現(xiàn)裂縫的混凝土立柱采用外粘碳纖維布進行加固，處理方法是先打磨處理掉構(gòu)件老化的混凝土表層，再采用外粘碳纖維布加固以提高混凝土強度，并在工程加固完工后進行防腐處理，對整個構(gòu)件混凝土表面涂刷WSP 防水防腐結(jié)構(gòu)膠；棧橋及樓梯。主要存在混凝土保護層剝落，欄桿銹蝕、裂縫等缺陷，對銹蝕圍欄構(gòu)件進行防腐處理，對出現(xiàn)裂縫、露筋的混凝土面板進行填補修復(fù)，對樓板側(cè)邊銹蝕部位進行除銹防腐處理。