朱德康，孫志恒

（1.國網(wǎng)新源水電有限公司，北京市 100761；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京市 100038）

富春江水電站220kV開關(guān)站混凝土構(gòu)架的檢測及修補(bǔ)技術(shù)

朱德康1，孫志恒2

（1.國網(wǎng)新源水電有限公司，北京市 100761；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京市 100038）

富春江水電站運(yùn)行40多年，電站開關(guān)站混凝土構(gòu)架出現(xiàn)混凝土剝蝕和裂縫。針對(duì)實(shí)際情況，對(duì)混凝土構(gòu)架進(jìn)行無損檢測，檢測內(nèi)容包括凝土裂縫深度、混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化深度、構(gòu)架內(nèi)部鋼筋保護(hù)層厚度和構(gòu)架內(nèi)部鋼筋銹蝕檢測等，并根據(jù)檢測的情況提出了補(bǔ)強(qiáng)加固方案。該技術(shù)對(duì)于水電站混凝土構(gòu)架的檢測和加固具有一定指導(dǎo)意義。

混凝土構(gòu)架；裂縫；無損檢測

0 引言

富春江水電站是一座低水頭、大流量、河床式水電站，以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)、灌溉等綜合利用效益。電站水工建筑物有發(fā)電廠房、漁道、溢流壩、船閘以及220kV開關(guān)站等。電站運(yùn)行40多年來，由于戶外高溫的原因，開關(guān)站內(nèi)混凝土構(gòu)架出現(xiàn)了剝蝕裂縫等現(xiàn)象。為了全面了解裂縫的情況和掌握混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，對(duì)開關(guān)站的鋼筋混凝土構(gòu)架進(jìn)行全面檢測，并根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)構(gòu)架現(xiàn)在的承載能力進(jìn)行相應(yīng)的復(fù)核計(jì)算，根據(jù)復(fù)核結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。對(duì)于南方高溫地區(qū)和北方低溫區(qū)域，混凝土構(gòu)架裂縫、剝蝕是普遍現(xiàn)象。

1 檢測內(nèi)容及檢測方法

開關(guān)站混凝土構(gòu)架的檢測內(nèi)容包括：混凝土裂縫深度檢測；混凝土強(qiáng)度檢測；混凝土碳化深度檢測；構(gòu)架內(nèi)部鋼筋保護(hù)層厚度檢測；構(gòu)架內(nèi)部鋼筋銹蝕檢測等。檢測依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5150—2001）和《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23—2001）等。檢測方法如下：

（1）混凝土裂縫普查及裂縫深度檢測：對(duì)混凝土產(chǎn)生裂縫的形式、長度、寬度、發(fā)生的部位和分布情況進(jìn)行普查?；炷亮芽p寬度檢測采用讀數(shù)顯微鏡測量，其精度達(dá)到0.1mm。對(duì)于典型裂縫的深度則采用超聲波法進(jìn)行檢測。

（2）混凝土強(qiáng)度檢測：混凝土強(qiáng)度檢測的方法可分為無損檢測和有損檢測兩種。無損檢測是指在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)整體的情況下，通過測定某些與混凝土抗壓強(qiáng)度具有一定相關(guān)的物理參量來推定混凝土強(qiáng)度，適用于混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行大面積的檢測。有損檢測是指對(duì)被檢測的混凝土進(jìn)行局部破壞以推算混凝土強(qiáng)度的一種方法。本次對(duì)開關(guān)站構(gòu)架混凝土強(qiáng)度檢測采用無損檢測中的回彈法，它是根據(jù)混凝土表面硬度推導(dǎo)出混凝土強(qiáng)度的一種方法。

（3）混凝土碳化深度檢測：測量混凝土碳化深度的方法是，用電鉆在混凝土表面造一小孔，吹凈孔內(nèi)粉塵和碎屑，噴入1%的酚酞酒精溶液，然后用游標(biāo)卡尺測量碳化和未碳化交界面的垂直距離，測量多點(diǎn)取其平均值。

（4）鋼筋銹蝕狀態(tài)檢測：對(duì)鋼筋銹蝕狀態(tài)的測量采用國外引進(jìn)的GECOR8鋼筋銹蝕測量儀進(jìn)行，其原理是通過半電池電位法來判斷鋼筋銹蝕的狀態(tài)。混凝土中鋼筋半電池電位是測點(diǎn)處鋼筋表面微陽極和微陰極的混合電位，當(dāng)構(gòu)件中鋼筋表面陰極極化性能變化不大時(shí)，鋼筋半電池電位主要決定于陽極性狀：陽極鈍化，電位偏正；陽極活化，電位偏負(fù)。

2 現(xiàn)場檢測成果分析

2.1 現(xiàn)場普查結(jié)果

現(xiàn)場普查結(jié)果表明，構(gòu)架鋼筋混凝土保護(hù)層普遍存在脹裂、脫落現(xiàn)象。構(gòu)架缺陷表現(xiàn)為：橫筋保護(hù)層脹裂、脫落位置大多出現(xiàn)在構(gòu)架中部至頂部，個(gè)別構(gòu)架出現(xiàn)在底部，且構(gòu)架內(nèi)側(cè)橫筋保護(hù)層脹裂、脫落現(xiàn)象比外側(cè)嚴(yán)重，保護(hù)層脫落處橫筋外露銹蝕嚴(yán)重；縱筋保護(hù)層脫落主要出現(xiàn)在構(gòu)架的角壁處，脫落處鋼筋外露銹蝕嚴(yán)重。

2.2 典型裂縫深度檢測

構(gòu)架混凝土裂縫，主要出現(xiàn)構(gòu)架的斜桿上，且只有少數(shù)斜桿出現(xiàn)了裂縫。為了解裂縫的發(fā)展?fàn)顩r，現(xiàn)場選擇了4條典型裂縫進(jìn)行了深度檢測。其中，處于斜桿中間部位的裂縫深度用儀器進(jìn)行了測量，處于斜桿根部的裂縫因無法布置探頭，所以采用微破損法鑿開混凝土進(jìn)行實(shí)測。現(xiàn)場用超聲波儀測量時(shí)，典型裂縫的深度測值見表1。

表1 桿架典型裂縫深度統(tǒng)計(jì)表

從表1可以看出，構(gòu)架斜桿上出現(xiàn)的裂縫為表面裂縫，深度很淺，在2cm左右。用鋼筋定位儀測量發(fā)現(xiàn)，在斜桿出現(xiàn)裂縫處，底部都有一條箍筋，因此，可以斷定斜桿上出現(xiàn)的裂縫是由于環(huán)向箍筋銹蝕脹裂所致。

2.3 混凝土碳化深度檢測

除拉線架構(gòu)架混凝土標(biāo)號(hào)為200號(hào)（強(qiáng)度等級(jí)為C19），其他構(gòu)架混凝土標(biāo)號(hào)為250號(hào) （強(qiáng)度等級(jí)為C24）?，F(xiàn)場檢測時(shí)，對(duì)拉線架構(gòu)架一共檢測了36點(diǎn)，平均碳化深度17.5mm，最小碳化深度8.4mm，最大碳化深度31.9mm。對(duì)其他型式構(gòu)架一共檢測了276點(diǎn)，平均碳化深度10.1mm，最小碳化深度5.8mm，最大碳化深度18.4mm。構(gòu)架主筋凈保護(hù)層厚度為20mm，箍筋凈保護(hù)層厚度為14～16mm，可見，混凝土碳化深度已接近或超過鋼筋保護(hù)層厚度。

表2 構(gòu)架混凝土強(qiáng)度回彈法檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2.4 混凝土強(qiáng)度回彈法檢測

現(xiàn)場檢測時(shí)，在每個(gè)構(gòu)架支柱上取兩個(gè)測區(qū)，對(duì)6種結(jié)構(gòu)型式分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，檢測結(jié)果見表2。

由表2可見，構(gòu)架混凝土強(qiáng)度平均值在35.23～44.14MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。且圓環(huán)形斷面構(gòu)架以及進(jìn)線架、出線架混凝土強(qiáng)度分布比較均勻，強(qiáng)度變異系數(shù)在10%以內(nèi)。其他型式構(gòu)架混凝土強(qiáng)度分布不均勻，變異系數(shù)在20%左右。

2.5 鋼筋保護(hù)層厚度檢測

鋼筋保護(hù)層厚度的檢測使用國外進(jìn)口儀器PROFOMETER 5 鋼筋定位儀來測量，檢測結(jié)果表明，6種型式構(gòu)架鋼筋保護(hù)層厚度均滿足設(shè)計(jì)要求。拉線架橫筋保護(hù)層厚度雖然比設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度小，但減小數(shù)值小于設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度5%，所以也滿足要求。但保護(hù)層厚度普遍分布不均勻，變異系數(shù)基本在6.09%～17.13%。

2.6 構(gòu)架內(nèi)部鋼筋銹蝕程度檢測

現(xiàn)場測量鋼筋銹蝕程度時(shí)，首先在測量區(qū)域劃分網(wǎng)格，然后用GECOR8鋼筋銹蝕測量儀進(jìn)行檢測。測量時(shí)，可得到每一測點(diǎn)的銹蝕電位和混凝土電阻率數(shù)值，儀器可根據(jù)測得的這兩項(xiàng)參數(shù)綜合評(píng)價(jià)而得到其銹蝕風(fēng)險(xiǎn)水平。鋼筋銹蝕程度評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）半電池電位正向大于-200mV，則此區(qū)域發(fā)生鋼筋腐蝕概率小于10%；

（2）半電池電位負(fù)向大-350mV，則此區(qū)域發(fā)生鋼筋腐蝕概率大于90%；

（3） 半電池電位在-200～-350mV范圍內(nèi)，則此區(qū)域發(fā)生鋼筋腐蝕性狀不確定。

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)構(gòu)架內(nèi)部局部鋼筋有銹蝕現(xiàn)象。用微破損法進(jìn)行驗(yàn)證，為安全計(jì)，取較大的鋼筋銹蝕量。發(fā)現(xiàn)Ⅰ～Ⅳ種型式構(gòu)架主筋直徑由于鋼筋銹蝕減小1mm左右，箍筋減小0.5mm左右；Ⅴ、Ⅵ兩種型式構(gòu)架主筋直徑減小1.5mm左右，箍筋減小0.5mm左右。

3 檢測結(jié)論

（1）外觀檢查發(fā)現(xiàn)構(gòu)架鋼筋的保護(hù)層普遍出現(xiàn)脹裂、脫落現(xiàn)象。其中，橫向箍筋保護(hù)層缺陷以拉線架最為嚴(yán)重，而縱向主筋保護(hù)層缺陷以旁路母線架和一榀出線架最為嚴(yán)重，進(jìn)線架和出線架也存在少量縱筋保護(hù)層剝落現(xiàn)象，主要分布在角壁部位。保護(hù)層脫落部位鋼筋外露銹蝕嚴(yán)重。

（2）開關(guān)站構(gòu)架出現(xiàn)的裂縫主要分布在構(gòu)架斜桿上，現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)：裂縫深度不大，深度在1.42～3.02cm，為鋼筋銹蝕脹裂而引起的淺層裂縫。

（3）拉線架混凝土平均碳化深度為17.5mm，其他型式構(gòu)架混凝土平均碳化深度為10.1mm，混凝土碳化深度已接近或超過鋼筋保護(hù)層厚度，需要盡快對(duì)構(gòu)架混凝土進(jìn)行全面防碳化處理。

（4）構(gòu)架混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，但強(qiáng)度分布不均勻；鋼筋保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)構(gòu)架內(nèi)部鋼筋局部已出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，必須盡快進(jìn)行加固處理。

4 修補(bǔ)加固方案

通過現(xiàn)場檢測結(jié)果，對(duì)當(dāng)時(shí)存在缺陷的混凝土構(gòu)架制定了如下補(bǔ)強(qiáng)加固及防護(hù)表面處理方案：

（1）將混凝土剝蝕部分鑿除，對(duì)鋼筋銹蝕部位進(jìn)行除銹防護(hù)處理，涂刷界面劑，用聚合物水泥砂漿恢復(fù)原保護(hù)層。

（2）在鋼筋銹蝕嚴(yán)重部位的混凝土表面粘貼一層XEC-300碳纖維布進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。碳纖維加固技術(shù)是利用高強(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用環(huán)氧樹脂浸漬形成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材，將片材用專用環(huán)氧樹脂膠粘貼在結(jié)構(gòu)外表面受拉或有裂縫部位，固化后與原結(jié)構(gòu)形成一整體，碳纖維即可與原結(jié)構(gòu)共同受力。

（3）在處理后的混凝土構(gòu)件表面涂刷PCS-1型防碳化涂料，厚度大于0.8mm，與混凝土的粘接強(qiáng)度大于1.0MPa。該材料可以全面提高混凝土的抗?jié)B能力，防止防滲層混凝土的碳化，提高混凝土的耐久性。

根據(jù)檢測的結(jié)果，該廠220kV開關(guān)站混凝土構(gòu)架采用碳纖維材料進(jìn)行加固。運(yùn)行10年以來，碳纖維材料經(jīng)過戶外高溫暴曬和風(fēng)吹雨淋的自然考驗(yàn)，沒有發(fā)生脫落破損現(xiàn)象，經(jīng)過處理后的混凝土構(gòu)件也未再發(fā)生混凝土脹裂、裂縫及脫落現(xiàn)象，處理效果很好。

朱德康（1975—），男，工程師，主要研究方向：水電站大壩安全管理，水工建筑物的補(bǔ)強(qiáng)加固以及水電站防汛的工作等。E-mail：fcjzdk@163.com

孫志恒，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向：水工建筑物的補(bǔ)強(qiáng)加固。

Technology for Detecting and Repairing of 220kV Switching Station Concrete Frame in Fuchunjiang Hydropower Station

ZHU Dekang1，SUN Zhiheng2
（1.State Grid Xin Yuan Hydopower limited company，Beijing 100761，China；2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038）

Fuchunjiang hydropower station has run for more than 40 years，Switching station concrete frames emerge denudation and crevices. In terms of the actual situation，we detect concrete frames with nondestructive testing method，and testing content including fissure depth、concrete strength、carbonation depth、depth of cover to reinforcement、corrosion testing of reinforcement，etc. we come up with reinforcement scheme on the basis of testing report. The technology must have guiding significance to certain for concrete frame in hydropower station.

concrete frame；fissure；nondestructive testing