220kV变电站操作天桥加固补强技术的应用与实践

陈 植，陈长杰，潘益伟，雷 欢

（国网浙江省电力公司温州供电公司，浙江 温州 325000）

0 引言

在变电站配电装置布置方式中，半高型配置由于具有安装和运行检修较方便，节省占地和控制投资等特点，在变电站设计中得到广泛应用。然而由于缺少维护、风化腐蚀、外力破坏等影响，操作天桥荷载标准降低，危及到电网及设备的安全运行。

采用半高型配置的慈湖变电站（简称慈湖变，以下类推），作为温州电网首个被划入华东大电网的220kV变电站，于1983年投运至今已有30年，站内110kV操作天桥服役已久，风化腐蚀严重，危及电气设备安全运行，难以满足供电可靠性的需求。

通过综合利用粘贴碳纤维、植入化学锚栓等建筑工艺方法对操作天桥进行加固补强，这也是温州电网首次对110kV操作天桥进行加固补强，提高了天桥的承载能力和抗腐蚀性能，延长了使用年限，有效保证了电网及设备安全稳定运行。

1110kV操作天桥安全隐患分析

此操作天桥呈南北向布置，合计13跨，总长约110 m，每跨长度约8.0 m，各跨长度略有不同；桥面宽度约为1.9 m，距地面高度约7.5 m。其外观如图1所示。

图1110kV操作天桥

天桥结构为混凝土预制构件装配式，基础为混凝土杯形基础，现场基础埋设较好，未见外露情况，且整体未见不良沉降情况。天桥支撑柱子采用直径约30 cm的等径杆，未发现柱子有严重风化，局部有露筋现象。

等径杆顶部设置预埋铁件，桥面混凝土预制梁搁置于柱子顶部的预埋铁件上，其搁置长度约10 cm左右，与现行相关要求偏差较大，梁的稳定性较差，且预制梁混凝土常年暴露在空气中，已经发生风化。

天桥桥板底部存在渗水痕迹，且出现大面积起砂、掉皮等现象，局部细石混凝土中的瓜子片已经全部露出。板端部粉刷层已经开始剥落，局部粉刷层已经全部脱落，裸露出部分钢筋及钢板。由于天桥上放置了隔离开关，板面有局部后置集中力存在。

在板端位置采用细石混凝土浇筑100 cm×100 cm的挡水翻边，翻边内埋设扶手的连接件后向上设置镀锌铁管形成扶手，已锈蚀严重。

2 天桥维护加固措施

操作天桥维修加固即对有缺陷的天桥主要承重构件进行补强，改善结构性能，恢复和提高其结构的安全度和承载能力，以延长使用寿命，使整个桥梁结构可满足规定的荷载要求，并满足规定的使用功能需求。与新建天桥不同，维护加固天桥需要全面考虑天桥自身的结构形式、老化（风化）特点、天桥的功能等多方面考虑。在此次维护加固过程中，综合利用了结构力学原理及化学防腐手段，主要对4个部分进行如下具体的维护加固措施。

2.1 梁柱结合点加固补强

由于梁搁置在等径杆预埋铁上长度偏短，需对其进行整体加强，整体效果如图2所示。采用在梁和等径杆上分别固定U型抱箍和圆形抱箍，在U型抱箍和圆形抱箍之间新增斜支撑如图3所示进行梁柱节点加强，斜撑采用12号槽钢肢背双拼固定方式，其作用力相互抵消，不会对等径杆产生额外弯矩；柱间与梁间的抱箍横向加装水平支撑如图4所示进行拉结的纵向加强，水平支撑同样采用12号槽钢肢背双拼固定方式。由于安装螺孔为长眼孔，所装槽钢在不受力的情况下拧紧，同样不会对等径杆产生额外弯矩，使等径杆之间相互拉结提高天桥整体性。

图2 梁柱结合点整体加固示意

图4 水平支撑对梁柱进行横向加固

2.2 梁表面抗老化（风化）措施

将梁面风化层打磨除尽，采用环氧砂浆对梁上的孔洞进行修补填充平整；对外露的钢筋，先除去锈蚀层再涂以防锈漆。然后使用有机硅侵入型混凝土保护剂1号液与2号液及砼基固材料，分别涂刷2遍进行防腐保护，使得混凝土梁表面形成一道保护膜，防止雨水对混凝土构件产生的破坏。

由于该混凝土梁已经历时30年，其承载力在原有的基础上受风化影响已经有所降低，采用碳纤维布粘贴的办法补充该梁的承载能力，提高其整体性和抗破坏性。

图3 斜撑对梁柱进行纵向加固

2.3 桥面抗老化（风化）措施

将桥面已经松动的及粘结不牢固的粉刷层打磨处理完成，然后采用聚合物抗裂砂浆进行再次填充。并采用水泥砂浆修补坑洼处，向排水口做水泥砂浆找坡，使得排水畅通。对部分已经外露的板端铁件采用环氧防锈漆进行防锈处理，然后采用有机硅侵入型混凝土保护剂1号液与2号液及砼基固材料，分别涂刷2遍进行防腐保护。将镀锌铁管扶手的锈蚀层打磨除去，并涂以防锈漆防止进一步锈蚀。

2.4 桥面底部抗老化（风化）措施

在桥面底部发现有渗漏水痕迹处，对应板面地坪凿开进行2次桥面面层施工，地坪施工前涂2遍JS防水涂料做防水处理。板底采用磨光机磨除水痕及其他风化面层后，用聚合物抗裂砂浆进行修平，同样采用有机硅侵入型混凝土保护剂1号液与2号液及砼基固材料，分别涂刷2遍进行防腐保护。在集中力处的板底采用碳纤维布粘贴，提高其承载能力。

3 天桥维护加固效果检查

3.1 天桥维护加固方案实施

针对所提出的维护加固措施，通过加固技术方案论证比选和停电施工方案的多次优化，将停电工期从25天缩减为13天，并按照设备精益化管理要求结合停电机会开展相关一、二次设备综合整治。此次工程实行项目负责制，为确保工程优质、按期完成，以精干人员在现场组成项目管理团队，对工程实行全面管理。项目部对本工程综合检修施工全过程的质量、安全、进度、文明施工等进行严格的管理和控制。具体天桥维护加固施工方案如图5所示。

图5 天桥维护加固施工方案

由于天桥位置的特殊性，包括在搭脚手架等施工过程中必须始终采取措施保护好天桥下断路器等设备，如将断路器绝缘子外部包裹上防水篷布进行保护。

3.2 梁柱结合点加固补强

在U型抱箍和圆形抱箍之间新增斜支撑，利用三角形的稳定性进行纵向加强；横向柱间与梁间的抱箍加装水平支撑，进行拉结提高天桥整体性。由此很好地解决了梁搁置在等径杆上长度偏短的问题，使得桥梁整体结构加强，综合对比照片如图6所示。

图6 梁柱结合点补强前后效果对比

3.3 碳纤维加固

碳纤维布具有抗拉强度大、弹性模量小、比重小、抗疲劳强度高、能与混凝土形成一体共同受力的特性，是一种混凝土结构外部补强加固较为理想的加固新技术[1]。施工简便迅速，后期不需要养护，尤其是对于跨径较大，所受拉应力、剪应力较大的桥梁，受力部位出现裂缝、混凝土剥落等问题时，可采用粘贴碳纤维布进行加固[2]。其碳纤维加固效果见图7。

3.4 涂刷有机硅混凝土保护剂

有机硅混凝土保护剂能侵入到混凝土材料表层内，赋予材料表面永久的憎水结构保护层，可提高混凝土的密实性，减少侵蚀性介质对混凝土的渗透，提高钢筋混凝土结构的使用寿命，从而最大程度降低了未来维护费用[3-4]。此次工程对天桥桥面、桥面底部、梁柱侧面等均涂刷了2次有机硅混凝土保护剂，其对比效果如图8所示。

图7 碳纤维补强效果

图8 涂刷混凝土保护剂前后效果对比

3.5 植入高强度化学锚栓

原混凝土经强度检测适合使用化学锚栓，因此在固定U型箍时，所采用的均为高强度化学锚栓，其位置如图9所示。化学锚栓由化学胶管、螺杆、垫圈和螺母组成。化学胶管由胶粘剂、固化剂和骨料组成。胶粘剂大多为热固性高分子材料；固化剂是一种使粘合剂在一定外界条件下，由液态变成固态的材料；骨料大多由石英砂组成。

图9 高强度化学锚栓

用高强粘结剂将高强螺杆与结构本体粘结后，再通过螺帽把连接件连结固定。高强粘结剂利用粘着和锁键的作用产生固结力，不仅产生摩擦力，还会形成锁键效果[5-6]。它与具有很高抗剪强度的高强螺杆共同组成牢固的连接系统，使得U型箍的附着强度和完整度都得到满足。

4 结论

110kV操作天桥加固大修工程中重点对现有的天桥梁柱结合点等进行了补强，通过运用粘贴碳纤维布、涂刷有机硅混凝土保护剂等技术，大大提高天桥整体稳定性和其结构的承载能力和抗腐蚀性能，延长了使用年限，同时也节约了大量的建设资金。

根据现场查勘及检测，结合国家行业标准及其他相关标准规范，对该操作天桥维护施工后的效果进行鉴定，结果表明慈湖变110kV操作天桥维护施工符合维护设计方案要求，提高了天桥的荷载能力，结构得到加强；抗腐蚀性能有效提高，使用寿命得到延长。

实践证明110kV操作天桥维修加固技术具有良好的实用性、安全性和可操作性，是保障设备运行安全性的有效手段；同时通过全面分析和实践天桥维修加固技术，积累了大量的现场宝贵经验，推进了天桥维修加固作业的程序化、规范化和标准化作业。

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