广州蓄能水电厂A厂地下厂房结构检测与加固方案设计

苏鹏力，华丕龙

(1.中国南方电网调峰调频发电公司广州蓄能水电厂，广东广州510000；2.中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东广州510000)



广州蓄能水电厂A厂地下厂房结构检测与加固方案设计

苏鹏力1，华丕龙2

(1.中国南方电网调峰调频发电公司广州蓄能水电厂，广东广州510000；2.中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东广州510000)

广州蓄能水电厂A厂主厂房发电机层、中间层、水泵水轮机层的梁、板等多处出现裂缝。通过采用裂缝检测、碳化深度检测、钢筋保护层厚度检测、结构承载力验算等现场结构检测手段及结构静力复核、疲劳验算、共振复核等工作验证了结构整体是安全的。为减少厂房长期振动可能带来的危害，提出对强度偏低、已经出现裂缝的梁、板采取化学灌浆、粘贴碳纤维布、粘贴钢肋板等修复补强措施。

钢筋混凝土结构；裂缝；结构检测；结构加固；广州蓄能水电厂

1 工程概况

广州蓄能水电厂(以下简称“广蓄电厂”)A厂地下厂房主体结构为钢筋混凝土框架结构，经过多年运行，A厂厂房在框架结构的某些部位，如梁、牛腿、牛腿与现浇板结合部位出现了一些裂缝。2011年6月，广蓄电厂委托武汉大学土木建筑工程学院对A厂地下厂房进行了结构检测，以确定厂房的安全性及受损程度。结构检测的范围包括广蓄A厂地下厂房的发电机层、中间层和水轮机层，本文以发电机层为例，详细介绍了结构检测情况，并对开裂原因进行了初步分析，提出了结构加固的具体措施。

2 结构检测成果及分析

2.1 检测成果

对A厂地下厂房发电机层进行结构检测的基本成果见表1。

2.2 混凝土强度检测

采用超声回弹综合法，对A厂房地下结构的混凝土强度进行了抽样检测，检测结果见表1。发电机层梁，板共进行了27点的混凝土强度检测，强度推定值范围为16.1～36.4 MPa，平均值为26.6 MPa。从检测结果可以看出，大多数梁、板的混凝土强度满足或接近满足设计强度，但有的梁、板的混凝土强度明显偏低，构件检测数据统计的标准差为5.32，离散性较大，表明有些梁、板的各个部位的强度不均匀，可能存在微裂缝和气泡等混凝土微缺陷。

表1 A厂发电机层混凝土检测成果

检测编号构件名称及位置强度推定值/MPa保护层厚度平均值/mm碳化深度平均值/mm最大裂缝深度/mm最大裂缝宽度/mm裂缝数量统计上游侧下游侧底部L34L11⁃5A～6271230451010151212L54L10⁃6～4A17123235194018142L124L10⁃9A～9B21716830已贯穿04013L144L11⁃9B～1029418930018718L214L33⁃11A～11B30823020025242L224L21⁃A～A33332352002269B1A2～A3、9A～9B26217325018111

注：共检测27个构件，仅选取部分构件的检测结果作为示例，构件混凝土的设计标号均为250号，对应设计强度等级为24.33 MPa(C24)。

2.3 保护层厚度及碳化深度检测

按照GB50204—2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》要求，对发电机层的梁、板底面受力钢筋的保护层厚度和碳化深度进行检测，检测结果见表1。从表1可以看出，大部分梁钢筋保护层厚度未达到25 mm的设计值且有一定的差异，但都在规范允许的误差范围内，混凝土内的钢筋没有受到锈蚀的威胁；板的保护层厚度均大于10 mm，满足设计要求；混凝土碳化深度在1.0～4.5 mm之间，混凝土碳化速率很慢，处于轻微碳化阶段。

2.4 混凝土裂缝检测

2.4.1 裂缝深度和裂缝宽度检测

按照CES21∶2000《超声法检测混凝土缺陷技术规程》，抽取裂缝宽度较大或裂缝较多的梁进行裂缝深度和宽度的检测，检测结果(见表1)表明，裂缝宽度大于0.3 mm的仅有L12，并且其裂缝深度已经贯穿梁的横断面。L12梁位于3号机发电机层球阀吊物孔的下游，搭接在风罩混凝土上，沿厂房长轴向布置。其余梁测得的裂缝宽度均小于0.3 mm，裂缝深度在84～202 mm之间。

2.4.2 裂缝分布情况

出现裂缝的梁主要集中在吊物孔，楼梯口附近。发电机层梁上裂缝的走向与梁的轴线垂直或接近垂直。板裂缝则与板边呈约45°相交。根据裂缝统计(见表1)，大部分梁的裂缝分布在梁侧，只有L5、L21的梁底分别分布有2条裂缝。这两根梁分别搭接在2号机和4号机的风罩上，沿厂房长轴方向布置。值得注意的是，L3、L14和L22的梁侧分布较多的裂缝(不少于10条)，而这3根梁均位于发电机层吊物孔的边上。L3位于1、2号机的顶盖吊物孔下游侧，L14位于3、4号机的顶盖吊物孔下游侧，均沿厂房长轴方向布置；L22位于4号机球阀吊物孔靠安装间一侧，沿厂房上下游方向布置。

2.4.3 构件裂缝与检测强度关系分析

发电机层楼板共检测了27个构件，检测到裂缝的构件有24个。有裂缝的构件中有8个检测强度推定值低于设计等级250号，占裂缝构件的29.6%。裂缝宽度大于0.3 mm，深度贯穿梁横断面的L12梁，其强度推定值(修正后)只有21.7 MPa，小于设计等级250号。出现裂缝最多的L3、L14和L22梁，其强度推定值均达到了设计值。检测结果表明，大多数梁的裂缝数量较少，贯穿性裂缝很少，说明梁的整体性虽然受到了一定的损害，但仍处在可控的范围内。

2.5 结构检测结论

根据结构检测结果，结合结构静力复核、构件疲劳验算、共振复核等计算成果来看，A厂主厂房结构整体是安全的，不存在影响结构正常使用的重大问题。结构裂缝的出现，与机组振动、施工缝设置及施工缺陷等多方面原因紧密相关。

虽然A厂主厂房结构裂缝的出现尚未对结构的安全造成明显影响，但也存在施工缝设置不合理，施工缝及孔洞周边结构存在薄弱部位和受损情况，部分构件混凝土存在缺陷，机组开停机工况结构动力响应偏大等问题。鉴于抽水蓄能电站的机组起停机次数远比常规水电站频繁，对机组和结构振动问题更需重视，有必要进行结构的加固方案研究，寻求解决上述问题的工程措施。

3 加固设计

3.1 正截面承载力及裂缝宽度验算

3.1.1 正截面承载力验算

对广蓄A厂厂房部分构件在承载力极限状态下支座端部以及跨中的正截面承载力进行计算，将构件截面所具备的承载力值与设计荷载作用下引起的截面内力值进行比较，从而对构件是否满足正截面承载力要求作出评价。

选取强度推定值最小的梁构件4L27、4L24进行正截面承载力验算，混凝土梁正截面承载力复核验算结果见表2、3，表中MR为承载力极限状态下构件的承载力特征值，MS为弯矩内力设计值，当MR>MS时，表明截面满足受弯承载力要求，MR

表2 梁构件4L27正截面承载力复核验算结果 kN·m

注：1)受力类型栏中0表示纯受弯，1表示大偏心受拉；2)为便于比较，表中MR以及MS均按绝对值给出．

表3 梁构件4L24正截面承载力复核验算结果 kN·m

注：同表2．

由表2、3可以看出，针对所验算的构件截面，MR均较MS偏大许多，有些构件截面的MR甚至可达MS的10倍以上。可见，在已给定的设计荷载组合下，拟验算梁的正截面承载力计算值均远远超出设计荷载引起的内力值。

3.1.2 裂缝宽度验算

对厂房部分构件在正常使用阶段的裂缝宽度进行计算，将裂缝宽度计算值与其相应的实测值以及规范规定的限值进行比较，从而对相应构件是否满足正常使用阶段的裂缝宽度限制要求作出评价。钢筋混凝土梁裂缝宽度计算结果见表4、5。

表4 4L10钢筋混凝土梁裂缝宽度计算结果 10-3mm

注：受力类型栏中0表示纯受弯，-1表示大偏心受压．

表5 4L33钢筋混凝土梁裂缝宽度计算结果 10-3mm

注：同表4．

从表4、5可以看出，各构件的裂缝宽度计算值均很小，最大仅为0.01 mm。如假设厂房所处环境类别为二类，则可将混凝土梁构件的裂缝宽度限值取为0.3 mm，裂缝宽度的计算值远远小于此限值。可见，在已给定的标准荷载组合下，所校核梁的混凝土裂缝宽度计算值均能满足限制要求。

3.2 缺陷原因分析

广蓄电站厂房按SD335—89《水电站厂房设计规范》设计，规范要求厂房结构的一般构件均只作静力计算，但对直接承受设备振动荷载的构件如发电机支撑结构等，必要时还应进行动力计算。鉴于当时的条件，进行大型结构的动力计算是非常困难的，规范也没有作出较高的要求。

广蓄电站水头高、容量大、机组转速大、水流频繁双向交替运行。因此，其动力作用比常规水电站更为显著，作用在厂房结构上的动力荷载种类繁多，厂房结构的振动不可避免。如果结构没有足够的抗力来承受这种振动，长期交变的低周运动就会逐渐导致钢筋与混凝土之间产生滑移、挤压，钢筋与混凝土之间的粘结锚固作用就会随着反复的运动逐渐退化，而混凝土内部本身就存在着细微裂缝，细微裂缝在交变力的作用下就会逐渐加大，进而演化成可见裂缝。

从被检测的构件抽取裂缝较大的构件，按结构的空间受力分析和平面受力分析来计算承载力和验算裂缝的宽度，都能大大满足相应的规范要求。检测、分析及计算结果表明，按结构承受静力荷载来说，是不应该出现裂缝的，根据地下厂房梁结构的受力情况、出现裂缝的形态来看，梁的裂缝主要分布在梁腰，以现行规范衡量，箍筋(构造筋)配置不足是导致梁结构混凝土开裂的主要原因。

3.3 加固方案设计

针对A厂主厂房梁、板出现裂缝的问题，为减少厂房长期振动可能带来的危害，主要考虑对强度偏低、已经出现裂缝的梁、板采取修复补强的方法。具体措施如下：

(1)对发电机层和中间层的施工缝附近、吊物孔周边等已发现有裂缝的梁板部位灌注改性环氧砂浆。

(2)在梁两侧面及底部采用粘贴碳纤维布补强，每隔0.5 m设置钢箍板和钢肋板与楼板连接，有针对性地加强梁与楼板的连接，充分利用楼板水平向刚度大的特点，增加梁构件侧向刚度和抗弯拉、抗疲劳能力。

4 结 语

针对广蓄电厂A厂地下厂房发电机层出现的结构裂缝，除了采用裂缝检测、碳化深度检测、钢筋保护层厚度检测、结构承载力验算等现场结构检测手段外，还进行了结构静力复核、疲劳验算、共振复核等工作。从计算复核的成果来看，A厂主厂房的结构整体是安全的，不存在影响结构正常使用的重大问题。

广蓄电厂已于2014年9月完成了对A厂地下厂房的结构加固，从工程效果看，达到了修复补强混凝土结构缺陷，提高结构的承载能力，增加抗振和抗疲劳的强度储备，限制结构裂缝进一步发展的设计目标。

[1]王逢庆. 广州蓄能水电厂地下厂房结构检测报告[R]. 武汉： 武汉大学土木建筑工程学院， 2011．

[2]薛继乐， 段自力， 覃艳涛. 广州抽水蓄能电站A厂主厂房结构评价与加固方案初步设计报告[R]. 广州： 广东省水利电力勘测设计研究院， 2012．

[3]DL/T 5057—2009 水工混凝土结构设计规范[S]．

[4]GB 50204—2002 混凝土结构工程施工质量验收规范[S]．

[5]SD 335—89 水电站厂房设计规范[S]．

(责任编辑 焦雪梅)

《水电行业技术标准体系研究》课题顺利通过国家能源局验收

2016年7月19日，《水电行业技术标准体系研究》项目通过国家能源局委托水电水利规划设计总院验收。 专家组认为，该课题的研究方法和技术路线正确，圆满完成了委托书规定的研究任务。课题研究从水电工程规划设计、建设、运行管理、退役全生命周期理念出发，对水电行业标准进行全面梳理、识别、归类，建立了一套全面权威、系统协调、科学合理、操作性强的水电行业技术标准体系，满足水电行业技术标准建设和管理的需要。同时，课题中针对水电行业标准化管理的现状，为适应深化标准化改革的要求，提出水电行业的标准化技术委员会应由一家技术力量强的标准化管理机构进行统一管理、水电行业标准化技术委员会设置、将能源领域水电行业技术标准代号确定为“NB/SD”、进一步提升水电行业标准化核心工作能力、加快部分重要亟需技术标准制修订进程等建议合理。

为贯彻落实国家深化标准化工作改革精神，统筹协调能源领域水电行业技术标准体系建设，系统解决水电行业技术标准化建设中存在的问题，国家能源局2015年2月正式委托我院开展水电行业技术标准课题研究工作。自接到任务后，水电水利规划设计总院积极调动整个水电行业各领域、各专业、各单位的大量专家，共有21个单位、360余位专家参与课题研究，先后召开近百次讨论会，5 200多人天参加讨论工作。

国家能源局李冶总经济师出席并发表重要讲话。李冶同志指出，要充分认识构建中国水电行业标准体系的重要意义。党的十八届三中全会提出“政府要加强发展战略、规划、政策、标准等制定和实施”。标准作为政府行政管理重要抓手的意义更加凸显。行业标准管理则需着重抓好三个方面，即抓重点领域、抓体系建设、抓推广应用。水电作为当前技术最成熟、开发最经济、调度最灵活的清洁可再生能源，在节能减排、应对气候变化的背景下，对实现能源结构调整、能源低碳绿色发展具有重要意义。因此，水电行业技术标准就是我们要重点抓好的重要领域。水电水利规划设计总院用一年多的时间，全面梳理并系统分析我国水电行业技术标准现状与存在的主要问题，首次按水电工程全生命周期的理念系统地建立了水电行业技术标准体系框架和体系表，对规范和指导我国水电产业和水电行业发展，推动中国水电“走出去”意义重大！他提出，下一步要在专家讨论的基础上，进一步对体系进行修改完善，推动组建更加合理的能源行业水电标准化技术委员会，围绕体系建设抓紧开展重要水电技术标准的制修订工作，并着重抓好水电技术标准的推广应用。

(水电水利规划设计总院)

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

苏鹏力(1985—)，男，广东大埔人，助理工程师，从事大坝安全监测，水工建筑物维护等工作，广蓄A厂地下厂房结构加固工程项目负责人．

TV731.6(265)

B

0559- 9342(2016)09- 0064- 04