淺析變電站半高層結構安全檢測及評估技術應用

國網湖北省電力有限公司 張 洪 曾垂輝 鄂士平 國網湖北省電力有限公司電力科學研究院 王 楠

長期以來，變電站半高層建筑物作為安置刀閘、斷路器等設備的重要基礎結構建筑物，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境影響，變電站半高層鋼筋混凝土結構的力學性能、穩定性、耐久性均出現衰弱及退化的現象，直接影響到結構及設備正常運行。因此必須重新對其主體結構進行檢測評估，并且根據評估情況，制定相應的除險加固或者技改措施，以確保半高層結構和其上方開關設備運行安全[1-2]。

1 評估依據、現場檢測結果及分析

半高層布置式變電站鋼筋混凝土結構是簡單的板、梁、柱支撐結構體系，依據《工業建筑可靠性鑒定標準》規定，將變電站劃分為構件（構架柱）、結構系統（地基基礎、承重結構、圍護結構）、鑒定單元（半高層結構）三個層次，對構件、結構系統、鑒定單元進行評估等級劃分[3-4]。半高層布置式變電站構架及其附屬結構評估的內容主要包括：結構布置調查及主要構件截面尺寸復核；混凝土結構外觀缺陷踏勘普查；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；混凝土結構鋼筋銹蝕評估；混凝土保護層厚度評估；混凝土結構的變形評估；變電站鋼筋混凝土結構耐久年限評估。

本次評估工作開展過程中，評估小組發現該220kV 變電站半高層鋼筋混凝土結構經過多年運行，暴露出了眾多結構缺陷問題，主要表現六類典型缺陷：構架柱發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象嚴重；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構鋼筋混凝土圓管尺寸進行了復核性檢測；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。

關于結構截面尺寸。從檢測報告可看出，該變電站半高層結果立柱均由直徑為300mm 或400mm的預應力混凝土環形等徑桿組成；關于構架垂直度。在該變電站共抽檢10根柱構件，所抽檢支架柱構件傾斜率介于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架柱、操作平臺（天橋）及樓梯結構受力分析上看，電力支架傾斜位移是由于基礎不均勻沉降引起；關于構架混凝土強度、碳化深度、混凝土保護層厚度。現場對半高層結構的立柱、天橋和樓梯進行了抽檢，所抽檢混凝土柱構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，鋼結構銹蝕率在7.2～18.8%之間。檢測結果表明該變電站各構架柱強度基本達到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，鋼結構銹蝕率超過原截面10%，部分檢測構件屬于危險構件，需要立即進行修復。

2 安全評估

2.1 半高層布置式變電站構架設施狀態分析

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

天橋及樓梯。其主要缺陷分析結果如下：樓梯邊角出現開裂及破損、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破損。從天橋及樓梯的檢查結果看，主要存在混凝土保護層剝落、護欄銹蝕等缺陷，并未嚴重影響到結構安全，需盡快對破損部位進行修復，對腐蝕欄桿進行防腐處理。

立柱的傾斜度。從變電站構架柱垂直度抽檢結果看，檢測區域所抽檢構架柱的垂直度均滿足《架空輸電線路檢測技術導則》（DL/T1367-2014）規定的“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架設施狀態評估

主體單元結構評級。依據《工業建筑可靠性鑒定標準》(GB 50144-2008)規定，構架混凝土柱的強度推定值基本達到了350#混凝土強度等級。但立柱混凝土裂縫寬度超過0.3mm，鋼結構銹蝕率超過原截面10%，部分檢測構件屬于危險構件，故混凝土柱的安全性等級評定為D；地基基礎結構評級。該變電站地基基礎結構目前使用狀況尚可，未發現有明顯的沉降裂縫，電力設備運行正常。故地基基礎安全性等級評定為B。

半高層上部結構評級。依據《工業建筑可靠性鑒定標準》規定，上部結構的安全性等級應按結構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構的安全性等級。從被檢測半高層布置式變電站結構分析看，變電站結構布置基本合理，形成完整的體系，傳力路徑明確，結構形式和構件選型、整體性構造和連接等基本符合國家現行標準規范的規定，結構的整體性不影響安全，故整體性等級評為B 級。承載功能評級依據某變電站安全性等級D 的評級結果進行，依據《工業建筑可靠性鑒定標準》規定，上部結構使用性可根據構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構鑒定等級為結構整體性B、承載能力D、綜合等級D。

附屬及圍護結構評級。據《工業建筑可靠性鑒定標準》規定，附屬及圍護結構應按連接構造及使用功能綜合評定，并取其中最低一級作為該構件安全性等級。從天橋及樓梯的檢查結果看，該變電站主要存在混凝土保護層剝落、鋼結構連接件銹蝕等缺陷，露筋及銹脹等嚴重影響天橋及樓梯混凝土強度與整體性的現象，必須及時采取措施修復，因此評定爬梯及天橋結構為C 級。

綜合以上的分析，某220kV 變電站安全評價結論如下：項目級別為三級，其中主體單元結構D、地基基礎B、半高層上部結構D、附屬及圍護結構C。總體看，不符合國家現行標準規范的可靠性要求，已影響整體安全和整體正常使用，構架柱裂縫及天橋破損及銹蝕必須立即采取措施。

3 結語

依據安全評估結論，建議對該變電站半高層結果進行相應的加固處理，處理措施如下：立柱。對出現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，對整個構件混凝土表面涂刷WSP 防水防腐結構膠；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，對銹蝕圍欄構件進行防腐處理，對出現裂縫、露筋的混凝土面板進行填補修復，對樓板側邊銹蝕部位進行除銹防腐處理。