浅析变电站半高层结构安全检测及评估技术应用

国网湖北省电力有限公司 张 洪 曾垂辉 鄂士平 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 王 楠

长期以来，变电站半高层建筑物作为安置刀闸、断路器等设备的重要基础结构建筑物，其安全性一直被运维管理单位所忽视。随着使用年限的不断增长和环境影响，变电站半高层钢筋混凝土结构的力学性能、稳定性、耐久性均出现衰弱及退化的现象，直接影响到结构及设备正常运行。因此必须重新对其主体结构进行检测评估，并且根据评估情况，制定相应的除险加固或者技改措施，以确保半高层结构和其上方开关设备运行安全[1-2]。

1 评估依据、现场检测结果及分析

半高层布置式变电站钢筋混凝土结构是简单的板、梁、柱支撑结构体系，依据《工业建筑可靠性鉴定标准》规定，将变电站划分为构件（构架柱）、结构系统（地基基础、承重结构、围护结构）、鉴定单元（半高层结构）三个层次，对构件、结构系统、鉴定单元进行评估等级划分[3-4]。半高层布置式变电站构架及其附属结构评估的内容主要包括：结构布置调查及主要构件截面尺寸复核；混凝土结构外观缺陷踏勘普查；混凝土强度评估；混凝土碳化深度评估；混凝土裂缝性状评估；混凝土结构钢筋锈蚀评估；混凝土保护层厚度评估；混凝土结构的变形评估；变电站钢筋混凝土结构耐久年限评估。

本次评估工作开展过程中，评估小组发现该220kV 变电站半高层钢筋混凝土结构经过多年运行，暴露出了众多结构缺陷问题，主要表现六类典型缺陷：构架柱发生倾斜及钢筋锈涨开裂、露筋与贯穿性裂缝等缺陷；楼梯底部混凝土破损露筋现象严重；天桥底梁破损及露筋缺陷；金属连接部件锈蚀缺陷；天桥楼板露筋及裂缝缺陷；楼梯、天桥围栏破损及锈蚀。检测小组主要对该变电站半高层结构钢筋混凝土圆管尺寸进行了复核性检测；对钢筋混凝土圆管支架位移进行了测量；对钢筋混凝土圆管碳化深度、剩余强度及混凝土保护层厚度进行了检测。

关于结构截面尺寸。从检测报告可看出，该变电站半高层结果立柱均由直径为300mm 或400mm的预应力混凝土环形等径杆组成；关于构架垂直度。在该变电站共抽检10根柱构件，所抽检支架柱构件倾斜率介于0.18～0.42%之间。从半高层布置式变电站圆管型钢筋混凝土构架柱、操作平台（天桥）及楼梯结构受力分析上看，电力支架倾斜位移是由于基础不均匀沉降引起；关于构架混凝土强度、碳化深度、混凝土保护层厚度。现场对半高层结构的立柱、天桥和楼梯进行了抽检，所抽检混凝土柱构件抗压强度推定值介于33.8MPa～41.3MPa 之间，裂缝宽度介于0.45mm～2.42mm 之间，钢结构锈蚀率在7.2～18.8%之间。检测结果表明该变电站各构架柱强度基本达到350#混凝土强度等级，所抽检部分立柱混凝土裂缝宽度超过0.3mm，钢结构锈蚀率超过原截面10%，部分检测构件属于危险构件，需要立即进行修复。

2 安全评估

2.1 半高层布置式变电站构架设施状态分析

钢筋混凝土立柱。其主要缺陷及分析结果如下：部分构架柱混凝土表面出现严重的贯穿性裂缝，部分构架柱抱箍金属构件存在锈蚀现象。构架柱表面都出现了混凝土裂缝现象，部分贯穿性裂缝已严重影响到结构安全、必须立即进行处理，从金属构件锈蚀缺陷的安全考虑必须进行除锈防腐处理。依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》要求，构架柱强度基本达到了350#混凝土强度等级，所抽检部分混凝土裂缝宽度超过0.3mm，钢结构锈蚀率超过原截面10%，部分检测构件属于危险构件，对结构的整体抗压承载能力存在严重影响[5]。

天桥及楼梯。其主要缺陷分析结果如下：楼梯边角出现开裂及破损、护栏锈蚀，走道楼板存在裂缝，其底板露筋、护栏锈蚀。走道板表面混凝土出现破损。从天桥及楼梯的检查结果看，主要存在混凝土保护层剥落、护栏锈蚀等缺陷，并未严重影响到结构安全，需尽快对破损部位进行修复，对腐蚀栏杆进行防腐处理。

立柱的倾斜度。从变电站构架柱垂直度抽检结果看，检测区域所抽检构架柱的垂直度均满足《架空输电线路检测技术导则》（DL/T1367-2014）规定的“混凝土电杆倾斜度最大允许值1.5%”要求。

2.2 半高层布置式变电站构架设施状态评估

主体单元结构评级。依据《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB 50144-2008)规定，构架混凝土柱的强度推定值基本达到了350#混凝土强度等级。但立柱混凝土裂缝宽度超过0.3mm，钢结构锈蚀率超过原截面10%，部分检测构件属于危险构件，故混凝土柱的安全性等级评定为D；地基基础结构评级。该变电站地基基础结构目前使用状况尚可，未发现有明显的沉降裂缝，电力设备运行正常。故地基基础安全性等级评定为B。

半高层上部结构评级。依据《工业建筑可靠性鉴定标准》规定，上部结构的安全性等级应按结构整体性和承载能力两个项目评定，并取其中较低的评定等级作为上部承重结构的安全性等级。从被检测半高层布置式变电站结构分析看，变电站结构布置基本合理，形成完整的体系，传力路径明确，结构形式和构件选型、整体性构造和连接等基本符合国家现行标准规范的规定，结构的整体性不影响安全，故整体性等级评为B 级。承载功能评级依据某变电站安全性等级D 的评级结果进行，依据《工业建筑可靠性鉴定标准》规定，上部结构使用性可根据构件最低使用性等级确定，综合评定该半高层布置式变电站上部承重结构鉴定等级为结构整体性B、承载能力D、综合等级D。

附属及围护结构评级。据《工业建筑可靠性鉴定标准》规定，附属及围护结构应按连接构造及使用功能综合评定，并取其中最低一级作为该构件安全性等级。从天桥及楼梯的检查结果看，该变电站主要存在混凝土保护层剥落、钢结构连接件锈蚀等缺陷，露筋及锈胀等严重影响天桥及楼梯混凝土强度与整体性的现象，必须及时采取措施修复，因此评定爬梯及天桥结构为C 级。

综合以上的分析，某220kV 变电站安全评价结论如下：项目级别为三级，其中主体单元结构D、地基基础B、半高层上部结构D、附属及围护结构C。总体看，不符合国家现行标准规范的可靠性要求，已影响整体安全和整体正常使用，构架柱裂缝及天桥破损及锈蚀必须立即采取措施。

3 结语

依据安全评估结论，建议对该变电站半高层结果进行相应的加固处理，处理措施如下：立柱。对出现裂缝的混凝土立柱采用外粘碳纤维布进行加固，处理方法是先打磨处理掉构件老化的混凝土表层，再采用外粘碳纤维布加固以提高混凝土强度，并在工程加固完工后进行防腐处理，对整个构件混凝土表面涂刷WSP 防水防腐结构胶；栈桥及楼梯。主要存在混凝土保护层剥落，栏杆锈蚀、裂缝等缺陷，对锈蚀围栏构件进行防腐处理，对出现裂缝、露筋的混凝土面板进行填补修复，对楼板侧边锈蚀部位进行除锈防腐处理。