廣州蓄能水電廠A廠地下廠房結構檢測與加固方案設計

蘇鵬力，華丕龍

(1.中國南方電網調峰調頻發電公司廣州蓄能水電廠，廣東廣州510000；2.中國南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東廣州510000)

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廣州蓄能水電廠A廠地下廠房結構檢測與加固方案設計

蘇鵬力1，華丕龍2

(1.中國南方電網調峰調頻發電公司廣州蓄能水電廠，廣東廣州510000；2.中國南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東廣州510000)

廣州蓄能水電廠A廠主廠房發電機層、中間層、水泵水輪機層的梁、板等多處出現裂縫。通過采用裂縫檢測、碳化深度檢測、鋼筋保護層厚度檢測、結構承載力驗算等現場結構檢測手段及結構靜力復核、疲勞驗算、共振復核等工作驗證了結構整體是安全的。為減少廠房長期振動可能帶來的危害，提出對強度偏低、已經出現裂縫的梁、板采取化學灌漿、粘貼碳纖維布、粘貼鋼肋板等修復補強措施。

鋼筋混凝土結構；裂縫；結構檢測；結構加固；廣州蓄能水電廠

1 工程概況

廣州蓄能水電廠(以下簡稱“廣蓄電廠”)A廠地下廠房主體結構為鋼筋混凝土框架結構，經過多年運行，A廠廠房在框架結構的某些部位，如梁、牛腿、牛腿與現澆板結合部位出現了一些裂縫。2011年6月，廣蓄電廠委托武漢大學土木建筑工程學院對A廠地下廠房進行了結構檢測，以確定廠房的安全性及受損程度。結構檢測的范圍包括廣蓄A廠地下廠房的發電機層、中間層和水輪機層，本文以發電機層為例，詳細介紹了結構檢測情況，并對開裂原因進行了初步分析，提出了結構加固的具體措施。

2 結構檢測成果及分析

2.1 檢測成果

對A廠地下廠房發電機層進行結構檢測的基本成果見表1。

2.2 混凝土強度檢測

采用超聲回彈綜合法，對A廠房地下結構的混凝土強度進行了抽樣檢測，檢測結果見表1。發電機層梁，板共進行了27點的混凝土強度檢測，強度推定值范圍為16.1～36.4 MPa，平均值為26.6 MPa。從檢測結果可以看出，大多數梁、板的混凝土強度滿足或接近滿足設計強度，但有的梁、板的混凝土強度明顯偏低，構件檢測數據統計的標準差為5.32，離散性較大，表明有些梁、板的各個部位的強度不均勻，可能存在微裂縫和氣泡等混凝土微缺陷。

表1 A廠發電機層混凝土檢測成果

檢測編號構件名稱及位置強度推定值/MPa保護層厚度平均值/mm碳化深度平均值/mm最大裂縫深度/mm最大裂縫寬度/mm裂縫數量統計上游側下游側底部L34L11?5A～6271230451010151212L54L10?6～4A17123235194018142L124L10?9A～9B21716830已貫穿04013L144L11?9B～1029418930018718L214L33?11A～11B30823020025242L224L21?A～A33332352002269B1A2～A3、9A～9B26217325018111

注：共檢測27個構件，僅選取部分構件的檢測結果作為示例，構件混凝土的設計標號均為250號，對應設計強度等級為24.33 MPa(C24)。

2.3 保護層厚度及碳化深度檢測

按照GB50204—2002《混凝土結構工程施工質量驗收規范》要求，對發電機層的梁、板底面受力鋼筋的保護層厚度和碳化深度進行檢測，檢測結果見表1。從表1可以看出，大部分梁鋼筋保護層厚度未達到25 mm的設計值且有一定的差異，但都在規范允許的誤差范圍內，混凝土內的鋼筋沒有受到銹蝕的威脅；板的保護層厚度均大于10 mm，滿足設計要求；混凝土碳化深度在1.0～4.5 mm之間，混凝土碳化速率很慢，處于輕微碳化階段。

2.4 混凝土裂縫檢測

2.4.1 裂縫深度和裂縫寬度檢測

按照CES21∶2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術規程》，抽取裂縫寬度較大或裂縫較多的梁進行裂縫深度和寬度的檢測，檢測結果(見表1)表明，裂縫寬度大于0.3 mm的僅有L12，并且其裂縫深度已經貫穿梁的橫斷面。L12梁位于3號機發電機層球閥吊物孔的下游，搭接在風罩混凝土上，沿廠房長軸向布置。其余梁測得的裂縫寬度均小于0.3 mm，裂縫深度在84～202 mm之間。

2.4.2 裂縫分布情況

出現裂縫的梁主要集中在吊物孔，樓梯口附近。發電機層梁上裂縫的走向與梁的軸線垂直或接近垂直。板裂縫則與板邊呈約45°相交。根據裂縫統計(見表1)，大部分梁的裂縫分布在梁側，只有L5、L21的梁底分別分布有2條裂縫。這兩根梁分別搭接在2號機和4號機的風罩上，沿廠房長軸方向布置。值得注意的是，L3、L14和L22的梁側分布較多的裂縫(不少于10條)，而這3根梁均位于發電機層吊物孔的邊上。L3位于1、2號機的頂蓋吊物孔下游側，L14位于3、4號機的頂蓋吊物孔下游側，均沿廠房長軸方向布置；L22位于4號機球閥吊物孔靠安裝間一側，沿廠房上下游方向布置。

2.4.3 構件裂縫與檢測強度關系分析

發電機層樓板共檢測了27個構件，檢測到裂縫的構件有24個。有裂縫的構件中有8個檢測強度推定值低于設計等級250號，占裂縫構件的29.6%。裂縫寬度大于0.3 mm，深度貫穿梁橫斷面的L12梁，其強度推定值(修正后)只有21.7 MPa，小于設計等級250號。出現裂縫最多的L3、L14和L22梁，其強度推定值均達到了設計值。檢測結果表明，大多數梁的裂縫數量較少，貫穿性裂縫很少，說明梁的整體性雖然受到了一定的損害，但仍處在可控的范圍內。

2.5 結構檢測結論

根據結構檢測結果，結合結構靜力復核、構件疲勞驗算、共振復核等計算成果來看，A廠主廠房結構整體是安全的，不存在影響結構正常使用的重大問題。結構裂縫的出現，與機組振動、施工縫設置及施工缺陷等多方面原因緊密相關。

雖然A廠主廠房結構裂縫的出現尚未對結構的安全造成明顯影響，但也存在施工縫設置不合理，施工縫及孔洞周邊結構存在薄弱部位和受損情況，部分構件混凝土存在缺陷，機組開停機工況結構動力響應偏大等問題。鑒于抽水蓄能電站的機組起停機次數遠比常規水電站頻繁，對機組和結構振動問題更需重視，有必要進行結構的加固方案研究，尋求解決上述問題的工程措施。

3 加固設計

3.1 正截面承載力及裂縫寬度驗算

3.1.1 正截面承載力驗算

對廣蓄A廠廠房部分構件在承載力極限狀態下支座端部以及跨中的正截面承載力進行計算，將構件截面所具備的承載力值與設計荷載作用下引起的截面內力值進行比較，從而對構件是否滿足正截面承載力要求作出評價。

選取強度推定值最小的梁構件4L27、4L24進行正截面承載力驗算，混凝土梁正截面承載力復核驗算結果見表2、3，表中MR為承載力極限狀態下構件的承載力特征值，MS為彎矩內力設計值，當MR>MS時，表明截面滿足受彎承載力要求，MR

表2 梁構件4L27正截面承載力復核驗算結果 kN·m

注：1)受力類型欄中0表示純受彎，1表示大偏心受拉；2)為便于比較，表中MR以及MS均按絕對值給出．

表3 梁構件4L24正截面承載力復核驗算結果 kN·m

注：同表2．

由表2、3可以看出，針對所驗算的構件截面，MR均較MS偏大許多，有些構件截面的MR甚至可達MS的10倍以上。可見，在已給定的設計荷載組合下，擬驗算梁的正截面承載力計算值均遠遠超出設計荷載引起的內力值。

3.1.2 裂縫寬度驗算

對廠房部分構件在正常使用階段的裂縫寬度進行計算，將裂縫寬度計算值與其相應的實測值以及規范規定的限值進行比較，從而對相應構件是否滿足正常使用階段的裂縫寬度限制要求作出評價。鋼筋混凝土梁裂縫寬度計算結果見表4、5。

表4 4L10鋼筋混凝土梁裂縫寬度計算結果 10-3mm

注：受力類型欄中0表示純受彎，-1表示大偏心受壓．

表5 4L33鋼筋混凝土梁裂縫寬度計算結果 10-3mm

注：同表4．

從表4、5可以看出，各構件的裂縫寬度計算值均很小，最大僅為0.01 mm。如假設廠房所處環境類別為二類，則可將混凝土梁構件的裂縫寬度限值取為0.3 mm，裂縫寬度的計算值遠遠小于此限值。可見，在已給定的標準荷載組合下，所校核梁的混凝土裂縫寬度計算值均能滿足限制要求。

3.2 缺陷原因分析

廣蓄電站廠房按SD335—89《水電站廠房設計規范》設計，規范要求廠房結構的一般構件均只作靜力計算，但對直接承受設備振動荷載的構件如發電機支撐結構等，必要時還應進行動力計算。鑒于當時的條件，進行大型結構的動力計算是非常困難的，規范也沒有作出較高的要求。

廣蓄電站水頭高、容量大、機組轉速大、水流頻繁雙向交替運行。因此，其動力作用比常規水電站更為顯著，作用在廠房結構上的動力荷載種類繁多，廠房結構的振動不可避免。如果結構沒有足夠的抗力來承受這種振動，長期交變的低周運動就會逐漸導致鋼筋與混凝土之間產生滑移、擠壓，鋼筋與混凝土之間的粘結錨固作用就會隨著反復的運動逐漸退化，而混凝土內部本身就存在著細微裂縫，細微裂縫在交變力的作用下就會逐漸加大，進而演化成可見裂縫。

從被檢測的構件抽取裂縫較大的構件，按結構的空間受力分析和平面受力分析來計算承載力和驗算裂縫的寬度，都能大大滿足相應的規范要求。檢測、分析及計算結果表明，按結構承受靜力荷載來說，是不應該出現裂縫的，根據地下廠房梁結構的受力情況、出現裂縫的形態來看，梁的裂縫主要分布在梁腰，以現行規范衡量，箍筋(構造筋)配置不足是導致梁結構混凝土開裂的主要原因。

3.3 加固方案設計

針對A廠主廠房梁、板出現裂縫的問題，為減少廠房長期振動可能帶來的危害，主要考慮對強度偏低、已經出現裂縫的梁、板采取修復補強的方法。具體措施如下：

(1)對發電機層和中間層的施工縫附近、吊物孔周邊等已發現有裂縫的梁板部位灌注改性環氧砂漿。

(2)在梁兩側面及底部采用粘貼碳纖維布補強，每隔0.5 m設置鋼箍板和鋼肋板與樓板連接，有針對性地加強梁與樓板的連接，充分利用樓板水平向剛度大的特點，增加梁構件側向剛度和抗彎拉、抗疲勞能力。

4 結 語

針對廣蓄電廠A廠地下廠房發電機層出現的結構裂縫，除了采用裂縫檢測、碳化深度檢測、鋼筋保護層厚度檢測、結構承載力驗算等現場結構檢測手段外，還進行了結構靜力復核、疲勞驗算、共振復核等工作。從計算復核的成果來看，A廠主廠房的結構整體是安全的，不存在影響結構正常使用的重大問題。

廣蓄電廠已于2014年9月完成了對A廠地下廠房的結構加固，從工程效果看，達到了修復補強混凝土結構缺陷，提高結構的承載能力，增加抗振和抗疲勞的強度儲備，限制結構裂縫進一步發展的設計目標。

[1]王逢慶. 廣州蓄能水電廠地下廠房結構檢測報告[R]. 武漢： 武漢大學土木建筑工程學院， 2011．

[2]薛繼樂， 段自力， 覃艷濤. 廣州抽水蓄能電站A廠主廠房結構評價與加固方案初步設計報告[R]. 廣州： 廣東省水利電力勘測設計研究院， 2012．

[3]DL/T 5057—2009 水工混凝土結構設計規范[S]．

[4]GB 50204—2002 混凝土結構工程施工質量驗收規范[S]．

[5]SD 335—89 水電站廠房設計規范[S]．

(責任編輯 焦雪梅)

《水電行業技術標準體系研究》課題順利通過國家能源局驗收

2016年7月19日，《水電行業技術標準體系研究》項目通過國家能源局委托水電水利規劃設計總院驗收。 專家組認為，該課題的研究方法和技術路線正確，圓滿完成了委托書規定的研究任務。課題研究從水電工程規劃設計、建設、運行管理、退役全生命周期理念出發，對水電行業標準進行全面梳理、識別、歸類，建立了一套全面權威、系統協調、科學合理、操作性強的水電行業技術標準體系，滿足水電行業技術標準建設和管理的需要。同時，課題中針對水電行業標準化管理的現狀，為適應深化標準化改革的要求，提出水電行業的標準化技術委員會應由一家技術力量強的標準化管理機構進行統一管理、水電行業標準化技術委員會設置、將能源領域水電行業技術標準代號確定為“NB/SD”、進一步提升水電行業標準化核心工作能力、加快部分重要亟需技術標準制修訂進程等建議合理。

為貫徹落實國家深化標準化工作改革精神，統籌協調能源領域水電行業技術標準體系建設，系統解決水電行業技術標準化建設中存在的問題，國家能源局2015年2月正式委托我院開展水電行業技術標準課題研究工作。自接到任務后，水電水利規劃設計總院積極調動整個水電行業各領域、各專業、各單位的大量專家，共有21個單位、360余位專家參與課題研究，先后召開近百次討論會，5 200多人天參加討論工作。

國家能源局李冶總經濟師出席并發表重要講話。李冶同志指出，要充分認識構建中國水電行業標準體系的重要意義。黨的十八屆三中全會提出“政府要加強發展戰略、規劃、政策、標準等制定和實施”。標準作為政府行政管理重要抓手的意義更加凸顯。行業標準管理則需著重抓好三個方面，即抓重點領域、抓體系建設、抓推廣應用。水電作為當前技術最成熟、開發最經濟、調度最靈活的清潔可再生能源，在節能減排、應對氣候變化的背景下，對實現能源結構調整、能源低碳綠色發展具有重要意義。因此，水電行業技術標準就是我們要重點抓好的重要領域。水電水利規劃設計總院用一年多的時間，全面梳理并系統分析我國水電行業技術標準現狀與存在的主要問題，首次按水電工程全生命周期的理念系統地建立了水電行業技術標準體系框架和體系表，對規范和指導我國水電產業和水電行業發展，推動中國水電“走出去”意義重大！他提出，下一步要在專家討論的基礎上，進一步對體系進行修改完善，推動組建更加合理的能源行業水電標準化技術委員會，圍繞體系建設抓緊開展重要水電技術標準的制修訂工作，并著重抓好水電技術標準的推廣應用。

(水電水利規劃設計總院)

Structure Detection and Reinforcement Design of Underground Powerhouse in Guangzhou Pumped-storage Power Station Plant A

SU Pengli1, HUA Pilong2

(1. Guangzhou Pumped-storage Power Station, Power Generation Corporation, CSG, Guangzhou 510000, Guangdong, China; 2. Maintenance and Test Center, Power Generation Corporation, CSG, Guangzhou 510000, Guangdong, China)

A few of cracks have appeared in the beams and slabs of generator layer, middle layer and pump-turbine layer in main powerhouse of Guangzhou Pumped-storage Power Station Plant A. The whole structure of underground powerhouse is proved to be safe through crack detection, carbonization depth detection, reinforcement cover thickness inspection and checking computations for the bearing capacity of structure, as well as structural static checking, fatigue checking and resonance checking. In order to reduce the harm caused by powerhouse resonance,the reinforcement measures of chemical grouting, pasting carbon fiber cloth and pasting steel ribbed slabs to the beams and slabs with lower strength and cracks are put forward．

reinforced concrete structure; crack; structure detection; structure reinforcement; Guangzhou Pumped-storage Power Station

2015- 12- 17

蘇鵬力(1985—)，男，廣東大埔人，助理工程師，從事大壩安全監測，水工建筑物維護等工作，廣蓄A廠地下廠房結構加固工程項目負責人．

TV731.6(265)

B

0559- 9342(2016)09- 0064- 04