220kV變電站操作天橋加固補強技術的應用與實踐

陳 植，陳長杰，潘益偉，雷 歡

（國網浙江省電力公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

在變電站配電裝置布置方式中，半高型配置由于具有安裝和運行檢修較方便，節省占地和控制投資等特點，在變電站設計中得到廣泛應用。然而由于缺少維護、風化腐蝕、外力破壞等影響，操作天橋荷載標準降低，危及到電網及設備的安全運行。

采用半高型配置的慈湖變電站（簡稱慈湖變，以下類推），作為溫州電網首個被劃入華東大電網的220kV變電站，于1983年投運至今已有30年，站內110kV操作天橋服役已久，風化腐蝕嚴重，危及電氣設備安全運行，難以滿足供電可靠性的需求。

通過綜合利用粘貼碳纖維、植入化學錨栓等建筑工藝方法對操作天橋進行加固補強，這也是溫州電網首次對110kV操作天橋進行加固補強，提高了天橋的承載能力和抗腐蝕性能，延長了使用年限，有效保證了電網及設備安全穩定運行。

1110kV操作天橋安全隱患分析

此操作天橋呈南北向布置，合計13跨，總長約110 m，每跨長度約8.0 m，各跨長度略有不同；橋面寬度約為1.9 m，距地面高度約7.5 m。其外觀如圖1所示。

圖1110kV操作天橋

天橋結構為混凝土預制構件裝配式，基礎為混凝土杯形基礎，現場基礎埋設較好，未見外露情況，且整體未見不良沉降情況。天橋支撐柱子采用直徑約30 cm的等徑桿，未發現柱子有嚴重風化，局部有露筋現象。

等徑桿頂部設置預埋鐵件，橋面混凝土預制梁擱置于柱子頂部的預埋鐵件上，其擱置長度約10 cm左右，與現行相關要求偏差較大，梁的穩定性較差，且預制梁混凝土常年暴露在空氣中，已經發生風化。

天橋橋板底部存在滲水痕跡，且出現大面積起砂、掉皮等現象，局部細石混凝土中的瓜子片已經全部露出。板端部粉刷層已經開始剝落，局部粉刷層已經全部脫落，裸露出部分鋼筋及鋼板。由于天橋上放置了隔離開關，板面有局部后置集中力存在。

在板端位置采用細石混凝土澆筑100 cm×100 cm的擋水翻邊，翻邊內埋設扶手的連接件后向上設置鍍鋅鐵管形成扶手，已銹蝕嚴重。

2 天橋維護加固措施

操作天橋維修加固即對有缺陷的天橋主要承重構件進行補強，改善結構性能，恢復和提高其結構的安全度和承載能力，以延長使用壽命，使整個橋梁結構可滿足規定的荷載要求，并滿足規定的使用功能需求。與新建天橋不同，維護加固天橋需要全面考慮天橋自身的結構形式、老化（風化）特點、天橋的功能等多方面考慮。在此次維護加固過程中，綜合利用了結構力學原理及化學防腐手段，主要對4個部分進行如下具體的維護加固措施。

2.1 梁柱結合點加固補強

由于梁擱置在等徑桿預埋鐵上長度偏短，需對其進行整體加強，整體效果如圖2所示。采用在梁和等徑桿上分別固定U型抱箍和圓形抱箍，在U型抱箍和圓形抱箍之間新增斜支撐如圖3所示進行梁柱節點加強，斜撐采用12號槽鋼肢背雙拼固定方式，其作用力相互抵消，不會對等徑桿產生額外彎矩；柱間與梁間的抱箍橫向加裝水平支撐如圖4所示進行拉結的縱向加強，水平支撐同樣采用12號槽鋼肢背雙拼固定方式。由于安裝螺孔為長眼孔，所裝槽鋼在不受力的情況下擰緊，同樣不會對等徑桿產生額外彎矩，使等徑桿之間相互拉結提高天橋整體性。

圖2 梁柱結合點整體加固示意

圖4 水平支撐對梁柱進行橫向加固

2.2 梁表面抗老化（風化）措施

將梁面風化層打磨除盡，采用環氧砂漿對梁上的孔洞進行修補填充平整；對外露的鋼筋，先除去銹蝕層再涂以防銹漆。然后使用有機硅侵入型混凝土保護劑1號液與2號液及砼基固材料，分別涂刷2遍進行防腐保護，使得混凝土梁表面形成一道保護膜，防止雨水對混凝土構件產生的破壞。

由于該混凝土梁已經歷時30年，其承載力在原有的基礎上受風化影響已經有所降低，采用碳纖維布粘貼的辦法補充該梁的承載能力，提高其整體性和抗破壞性。

圖3 斜撐對梁柱進行縱向加固

2.3 橋面抗老化（風化）措施

將橋面已經松動的及粘結不牢固的粉刷層打磨處理完成，然后采用聚合物抗裂砂漿進行再次填充。并采用水泥砂漿修補坑洼處，向排水口做水泥砂漿找坡，使得排水暢通。對部分已經外露的板端鐵件采用環氧防銹漆進行防銹處理，然后采用有機硅侵入型混凝土保護劑1號液與2號液及砼基固材料，分別涂刷2遍進行防腐保護。將鍍鋅鐵管扶手的銹蝕層打磨除去，并涂以防銹漆防止進一步銹蝕。

2.4 橋面底部抗老化（風化）措施

在橋面底部發現有滲漏水痕跡處，對應板面地坪鑿開進行2次橋面面層施工，地坪施工前涂2遍JS防水涂料做防水處理。板底采用磨光機磨除水痕及其他風化面層后，用聚合物抗裂砂漿進行修平，同樣采用有機硅侵入型混凝土保護劑1號液與2號液及砼基固材料，分別涂刷2遍進行防腐保護。在集中力處的板底采用碳纖維布粘貼，提高其承載能力。

3 天橋維護加固效果檢查

3.1 天橋維護加固方案實施

針對所提出的維護加固措施，通過加固技術方案論證比選和停電施工方案的多次優化，將停電工期從25天縮減為13天，并按照設備精益化管理要求結合停電機會開展相關一、二次設備綜合整治。此次工程實行項目負責制，為確保工程優質、按期完成，以精干人員在現場組成項目管理團隊，對工程實行全面管理。項目部對本工程綜合檢修施工全過程的質量、安全、進度、文明施工等進行嚴格的管理和控制。具體天橋維護加固施工方案如圖5所示。

圖5 天橋維護加固施工方案

由于天橋位置的特殊性，包括在搭腳手架等施工過程中必須始終采取措施保護好天橋下斷路器等設備，如將斷路器絕緣子外部包裹上防水篷布進行保護。

3.2 梁柱結合點加固補強

在U型抱箍和圓形抱箍之間新增斜支撐，利用三角形的穩定性進行縱向加強；橫向柱間與梁間的抱箍加裝水平支撐，進行拉結提高天橋整體性。由此很好地解決了梁擱置在等徑桿上長度偏短的問題，使得橋梁整體結構加強，綜合對比照片如圖6所示。

圖6 梁柱結合點補強前后效果對比

3.3 碳纖維加固

碳纖維布具有抗拉強度大、彈性模量小、比重小、抗疲勞強度高、能與混凝土形成一體共同受力的特性，是一種混凝土結構外部補強加固較為理想的加固新技術[1]。施工簡便迅速，后期不需要養護，尤其是對于跨徑較大，所受拉應力、剪應力較大的橋梁，受力部位出現裂縫、混凝土剝落等問題時，可采用粘貼碳纖維布進行加固[2]。其碳纖維加固效果見圖7。

3.4 涂刷有機硅混凝土保護劑

有機硅混凝土保護劑能侵入到混凝土材料表層內，賦予材料表面永久的憎水結構保護層，可提高混凝土的密實性，減少侵蝕性介質對混凝土的滲透，提高鋼筋混凝土結構的使用壽命，從而最大程度降低了未來維護費用[3-4]。此次工程對天橋橋面、橋面底部、梁柱側面等均涂刷了2次有機硅混凝土保護劑，其對比效果如圖8所示。

圖7 碳纖維補強效果

圖8 涂刷混凝土保護劑前后效果對比

3.5 植入高強度化學錨栓

原混凝土經強度檢測適合使用化學錨栓，因此在固定U型箍時，所采用的均為高強度化學錨栓，其位置如圖9所示?；瘜W錨栓由化學膠管、螺桿、墊圈和螺母組成。化學膠管由膠粘劑、固化劑和骨料組成。膠粘劑大多為熱固性高分子材料；固化劑是一種使粘合劑在一定外界條件下，由液態變成固態的材料；骨料大多由石英砂組成。

圖9 高強度化學錨栓

用高強粘結劑將高強螺桿與結構本體粘結后，再通過螺帽把連接件連結固定。高強粘結劑利用粘著和鎖鍵的作用產生固結力，不僅產生摩擦力，還會形成鎖鍵效果[5-6]。它與具有很高抗剪強度的高強螺桿共同組成牢固的連接系統，使得U型箍的附著強度和完整度都得到滿足。

4 結論

110kV操作天橋加固大修工程中重點對現有的天橋梁柱結合點等進行了補強，通過運用粘貼碳纖維布、涂刷有機硅混凝土保護劑等技術，大大提高天橋整體穩定性和其結構的承載能力和抗腐蝕性能，延長了使用年限，同時也節約了大量的建設資金。

根據現場查勘及檢測，結合國家行業標準及其他相關標準規范，對該操作天橋維護施工后的效果進行鑒定，結果表明慈湖變110kV操作天橋維護施工符合維護設計方案要求，提高了天橋的荷載能力，結構得到加強；抗腐蝕性能有效提高，使用壽命得到延長。

實踐證明110kV操作天橋維修加固技術具有良好的實用性、安全性和可操作性，是保障設備運行安全性的有效手段；同時通過全面分析和實踐天橋維修加固技術，積累了大量的現場寶貴經驗，推進了天橋維修加固作業的程序化、規范化和標準化作業。

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