变电站混凝土构支架加固分析与设计研究

罗业雄

（广东省输变电工程公司，广州 510160）

0 引言

在20世纪八、九十年代及20世纪初，由于受经济条件和技术水平的限制，变电站户外构支架通常采用预制混凝土结构，由于受到自然环境、材料特性、施工质量及技术水平等因素的影响，经过多年使用后，通常会出现腐蚀、锈蚀等问题。据相关部门的统计数据显示，变电站混凝土构支架出现问题的超过90%，同时由于早期对混凝土构支架的耐久性和安全性缺乏足够的认识，忽视了对混凝土构支架的维护和保养，这些都给变电站的安全运行造成了一定的不良影响，因此，对变电站混凝土构支架进行修复、加固已刻不容缓[1]。笔者结合工作经验，对此问题进行探讨。

1 变电站混凝土构支架加固前期工作

1.1 资料收集

要对出现损坏的混凝土构支架进行加固，必须收集相关资料，通常要搜集以下两方面的资料：第一，混凝土构支架的原始设计资料，包括原设计图纸、地质资料、环境及气象资料等；第二，混凝土构支架的检测报告，检测报告的内容通常包括：混凝土的几何尺寸、受腐蚀程度、保护层厚度、裂缝开展、质量、钢筋的受腐蚀程度等，这些资料决定加固方案的选择。

1.2 现场勘测

对于设计人员来说，要对损坏的结构进行加固，还必须进行现场勘查，虽然检测报告可能已经非常详细，但不仅是方案在理论上满足，还要勘查方案在具体实施过程中是否存在一定的施工困难，对容易出现的错误及时进行提醒和规避。

变电站构支架加固施工过程需停电作业，由于变电站的停电关系到电网的调度与稳定，是一个复杂的过程。一般情况下，只能分区域停电施工，因此需针对现场的情况与停电方案相结合对整个站进行加固方案设计。

1.3 质量与耐久性评估

在资料收集完成后，还要对混凝土构支架后续的耐久性进行评估，以确定防腐补强加固方案的可靠性。对变电站混凝土构支架而言，本质属于建筑结构，现阶段我国对于建筑物结构的质量和耐久性评估尚缺乏明确的规范和计算方法，也没有专业的检测设备。因此，要对变电站的质量和耐久性进行评估，邹崇献[2]根据混凝土构支架的结构特点和工程实践得出的经验算式来进行计算，具体计算公式如下式（1）所示：

上式中，Ya、T分别代表结构的后续使用年限及原结构设计校核基准期，∑fs、∑fsk分别表示原结构总设计强度值及损失值，其中∑fsk=Vp·Ys、Vp、Ys分别表示腐蚀平均速率及腐蚀年限，K0、Y0分别表示结构重要性分析系数和实际使用年限。要保证电力系统的安全稳定运行，与之配合的土建结构起着重要的作用，因此对于结构后续的耐久性取值应该取下限值。

上述公式在应用时必须满足以下3个条件：第一，以现行设计规范为基础，根据原始资料设计的混凝土强度、等级等数据判定设计基准期；第二，结构重要性降至准安全系数的1.2～1.3；第三，评估时要根据受损坏最严重构支架进行评估。

2 变电站混凝土构支架加固设计处理

由于变电站长期暴露在风吹日晒、雪雨侵蚀下，造成其破损的原因多种多样，为了弥补破损的混凝土构支架，必须对其进行加固处理，从而确保构支架能够继续使用。

2.1 变电站混凝土构支架破坏形态分析

由于对变电站混凝土构支架造成损坏的原因多样，破坏形态也十分复杂，例如：裂缝、腐蚀、温度应力破坏、自然老化碳化等，对于不同类型的损坏，单靠一门技术很难解决所有的问题，因此必须对多种损坏进行统计、分类、划分主次，要研究不同的技术和材料对具体问题具体处理。变电站混凝土构支架的破坏形态可分为如下几类[3-6]：

1）变电站构支架混凝土不同部位炭化、老化程度不同，造成混凝土构支架强度不均匀。

2）变电站混凝土构支架存在纵向和环向裂缝，通常出现在支架的中、下部，给混凝土构支架的强度、刚度和耐久性造成破坏。

3）变电站混凝土构支架存在空鼓、鼓包、剥落等，这种破坏导致构件的强度有所下降。常见于焊口上下，钢筋保护层较薄等部位。

4）构支架纵向钢筋或者箍筋锈蚀，导致构架承载力下降。

5）设备支架和构架上预埋件锈蚀，松脱，这种破坏给设备安全带来一定隐患。

2.2 变电站混凝土构支架加固原则

为了弥补变电站混凝土构支架的破坏，在进行加固设计时必须遵循以下几个基本原则：

1）进行加固处理时施工简便，同时兼顾可靠性和安全性。

2）加固处理过程中尽量不影响供配电网的可靠性，尽量减少停电时间。

3）尽量充分使用原结构部分。

4）能消除破损，使变电站混凝土构支架能达到必须的强度和刚度。

5）尽量不改变原有的结构、自重和形状，同时提高观赏性。

2.3 具体加固技术分析

按照变电站混凝土构支架损坏部位、损坏程度等不同情况，可分别采用灌浆、高分子植物膜防护、高性能复合砂浆钢筋网加固以及碳纤维加固等措施进行加固处理，本节对各种技术进行详细分析，重点对碳纤维加固技术进行说明。

2.3.1 新型灌浆材料

对不同种类的灌浆材料进行选择，改进配方，组成新型的GE灌浆材料。这种材料能够很好的加固裂缝变形、具有很好地可灌注性，对超过0.1 mm以上的裂缝具有很好的效果。使用这种分析能够对变电站混凝土构支架的纵向和环向裂缝进行灌浆，消除此种破坏造成的破坏，恢复整个支架的强度和刚度；这种技术还能抑制有害气体和水分的渗透，减缓混凝土构支架的炭化、腐蚀及破坏等。

2.3.2 高分子植物膜防护技术

该技术的关键是通过选择和优化高分子材料及和其匹配的材料，制造出一种抑制有害气体和水分进行混凝土构支架内部，但并不抑制内部水分向外排出，采用这种技术措施能够抑制土构支架的老化、炭化，同时增强土构支架的强度，使其实现强度分布和使用寿命均匀化。

2.3.3 水泥复合砂浆钢筋网加固技术[7]

水泥能复合砂浆钢筋网加固混凝土结构是一种应用范围较广的加固方法，该方法同样适用于变电站混凝土构支架的加固，具有效果好、施工简单等特点。加固层厚度一般为25～45 mm，对原结构截面增加较小，水泥复合砂浆钢筋网薄层通过水泥基界面剂及剪切销钉使加固部分和原结构共同受力，同时能对原结构混凝土的剥落、空鼓起到修复作用。

该方法的施工步骤如下：原结构表面处理→布置钢筋网→刷涂界面剂→抹水泥复合砂浆→养护。相比传统的增加截面法加固，该方法不需要使用模板，水泥复合砂浆通过人工直接抹在原结构表面，具有更好的可操作性。

2.3.4 碳纤维加固技术

碳纤维加固技术具有节省空间、施工简便、不需要现场固定设施、施工质量易保证、基本不增加结构尺寸及自重、耐腐蚀、耐久性能好等优点，在近年来得到了广泛的应用，本文对其进行重点介绍。

1）碳纤维加固是通过利用碳纤维优异的物理力学性能，配置了一种新型的基于碳纤维技术的底胶和找平材料，通过使用将具有高强度的碳纤维单向排列，同时采用微量的树脂浸渗后及时弥补混凝土构支架抗拉材料及锈蚀而造成钢筋应力的不足，同时也能提高支架的抗压强度，另外还能抑制采用其他材料加固修复而引发的氧化生锈的缺陷。该种技术的抗拉强度为普通钢筋抗拉强度的10倍，同时具有重力小、弹性强、耐久时间长等特征。

2）采用碳纤维加固技术的原理过程如下：将该种材料粘贴于变电站混凝土构支架表面，目的在于将原结构进行补强和改善支架的受力性能。同时根据混凝土构支架的受力特征，选择专用的胶粘剂粘贴在强度不足的构件外部，以确保满足构件的承载力。

3）采用碳纤维加固技术对变电站混凝土构支架进行加固修复具有以下几方面的优点：第一，没有改变土构支架的横载和截面尺寸；第二，对于不同形状的构支架都适用，成型也简洁；第三，施工过程方便快捷；第四，不会对原支架结构造成新的损伤；第五，能有效弥补变电站混凝土支架的裂缝；第六，该技术具有很好的耐腐蚀性能；第七，对混凝土构支架的外形不会造成任何影响。

2.3.5 节点加固处理

混凝土构架梁与构架柱采用节点板焊接连接，经过现场调查，梁柱节点板及焊缝存在锈蚀的现象，导致了节点强度的降低。根据构支架梁柱节点的外形及特点，节点加固可采用槽钢加对拉螺栓把梁柱节点抱箍在一起。该方法在阳江220 kV某变电站构支架加固改造中得到应用并取得了良好的加固效果。

3 结语

综上所述，本文是作者结合多年工作经验，对变电站混凝土构支架防腐加固进行成功处理的经验总结，具有相对可靠的理论基础和实际应用的参考价值。然而，更为重要的是，希望行内专家能够对变电站混凝土构支架的腐蚀机理与加固设计进行更深入、更广泛的研究与实践，更好的解决混凝土构支架加固的问题，确保供电设备的安全稳定运行。

[1]孙昌玲，潘峰.置换混凝土加固法在隧道病害治理中的应用[J].铁道建筑，2010，20（8）：45-47.

[2]邹崇献.变电站户外构支架腐蚀机理研究及防腐补强措施[J].工业建筑，2012，19（03）：78-80.

[3]李明露.变电站混凝土构件裂缝的修复加固[J].科技创新导报，2012，15（12）：90-92.

[4]邹崇献.变电站户外构支架大面积沉偏机理研究与设计处理[J].广东输电与变电技术，2006，22（04）：92-94.

[5]石勇.变电站户外构支架腐蚀原因及防腐补强措施[J].科技论坛，2009，15（03）：27-28.

[6]司振朝.电厂升压站混凝土构件补强防腐[J].工业建筑，2010，15（04）：362-265.

[7]中国工程建设标准化协会.CECS 242：2008水泥复合砂浆钢筋网加固混凝土结构技术规程[S].北京：中国计划出版社，2008.