富春江水电站220kV开关站混凝土构架的检测及修补技术

朱德康，孙志恒

（1.国网新源水电有限公司，北京市 100761；2.中国水利水电科学研究院，北京市 100038）

富春江水电站220kV开关站混凝土构架的检测及修补技术

朱德康1，孙志恒2

（1.国网新源水电有限公司，北京市 100761；2.中国水利水电科学研究院，北京市 100038）

富春江水电站运行40多年，电站开关站混凝土构架出现混凝土剥蚀和裂缝。针对实际情况，对混凝土构架进行无损检测，检测内容包括凝土裂缝深度、混凝土强度、混凝土碳化深度、构架内部钢筋保护层厚度和构架内部钢筋锈蚀检测等，并根据检测的情况提出了补强加固方案。该技术对于水电站混凝土构架的检测和加固具有一定指导意义。

混凝土构架；裂缝；无损检测

0 引言

富春江水电站是一座低水头、大流量、河床式水电站，以发电为主，兼有航运、灌溉等综合利用效益。电站水工建筑物有发电厂房、渔道、溢流坝、船闸以及220kV开关站等。电站运行40多年来，由于户外高温的原因，开关站内混凝土构架出现了剥蚀裂缝等现象。为了全面了解裂缝的情况和掌握混凝土结构的承载能力，对开关站的钢筋混凝土构架进行全面检测，并根据现行规范对构架现在的承载能力进行相应的复核计算，根据复核结果进行补强加固。对于南方高温地区和北方低温区域，混凝土构架裂缝、剥蚀是普遍现象。

1 检测内容及检测方法

开关站混凝土构架的检测内容包括：混凝土裂缝深度检测；混凝土强度检测；混凝土碳化深度检测；构架内部钢筋保护层厚度检测；构架内部钢筋锈蚀检测等。检测依据《水工混凝土试验规程》（DL/T 5150—2001）和《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T 23—2001）等。检测方法如下：

（1）混凝土裂缝普查及裂缝深度检测：对混凝土产生裂缝的形式、长度、宽度、发生的部位和分布情况进行普查。混凝土裂缝宽度检测采用读数显微镜测量，其精度达到0.1mm。对于典型裂缝的深度则采用超声波法进行检测。

（2）混凝土强度检测：混凝土强度检测的方法可分为无损检测和有损检测两种。无损检测是指在不破坏混凝土结构整体的情况下，通过测定某些与混凝土抗压强度具有一定相关的物理参量来推定混凝土强度，适用于混凝土结构进行大面积的检测。有损检测是指对被检测的混凝土进行局部破坏以推算混凝土强度的一种方法。本次对开关站构架混凝土强度检测采用无损检测中的回弹法，它是根据混凝土表面硬度推导出混凝土强度的一种方法。

（3）混凝土碳化深度检测：测量混凝土碳化深度的方法是，用电钻在混凝土表面造一小孔，吹净孔内粉尘和碎屑，喷入1%的酚酞酒精溶液，然后用游标卡尺测量碳化和未碳化交界面的垂直距离，测量多点取其平均值。

（4）钢筋锈蚀状态检测：对钢筋锈蚀状态的测量采用国外引进的GECOR8钢筋锈蚀测量仪进行，其原理是通过半电池电位法来判断钢筋锈蚀的状态。混凝土中钢筋半电池电位是测点处钢筋表面微阳极和微阴极的混合电位，当构件中钢筋表面阴极极化性能变化不大时，钢筋半电池电位主要决定于阳极性状：阳极钝化，电位偏正；阳极活化，电位偏负。

2 现场检测成果分析

2.1 现场普查结果

现场普查结果表明，构架钢筋混凝土保护层普遍存在胀裂、脱落现象。构架缺陷表现为：横筋保护层胀裂、脱落位置大多出现在构架中部至顶部，个别构架出现在底部，且构架内侧横筋保护层胀裂、脱落现象比外侧严重，保护层脱落处横筋外露锈蚀严重；纵筋保护层脱落主要出现在构架的角壁处，脱落处钢筋外露锈蚀严重。

2.2 典型裂缝深度检测

构架混凝土裂缝，主要出现构架的斜杆上，且只有少数斜杆出现了裂缝。为了解裂缝的发展状况，现场选择了4条典型裂缝进行了深度检测。其中，处于斜杆中间部位的裂缝深度用仪器进行了测量，处于斜杆根部的裂缝因无法布置探头，所以采用微破损法凿开混凝土进行实测。现场用超声波仪测量时，典型裂缝的深度测值见表1。

表1 杆架典型裂缝深度统计表

从表1可以看出，构架斜杆上出现的裂缝为表面裂缝，深度很浅，在2cm左右。用钢筋定位仪测量发现，在斜杆出现裂缝处，底部都有一条箍筋，因此，可以断定斜杆上出现的裂缝是由于环向箍筋锈蚀胀裂所致。

2.3 混凝土碳化深度检测

除拉线架构架混凝土标号为200号（强度等级为C19），其他构架混凝土标号为250号 （强度等级为C24）。现场检测时，对拉线架构架一共检测了36点，平均碳化深度17.5mm，最小碳化深度8.4mm，最大碳化深度31.9mm。对其他型式构架一共检测了276点，平均碳化深度10.1mm，最小碳化深度5.8mm，最大碳化深度18.4mm。构架主筋净保护层厚度为20mm，箍筋净保护层厚度为14～16mm，可见，混凝土碳化深度已接近或超过钢筋保护层厚度。

表2 构架混凝土强度回弹法检测结果统计表

2.4 混凝土强度回弹法检测

现场检测时，在每个构架支柱上取两个测区，对6种结构型式分别进行了统计，检测结果见表2。

由表2可见，构架混凝土强度平均值在35.23～44.14MPa，均满足设计要求。且圆环形断面构架以及进线架、出线架混凝土强度分布比较均匀，强度变异系数在10%以内。其他型式构架混凝土强度分布不均匀，变异系数在20%左右。

2.5 钢筋保护层厚度检测

钢筋保护层厚度的检测使用国外进口仪器PROFOMETER 5 钢筋定位仪来测量，检测结果表明，6种型式构架钢筋保护层厚度均满足设计要求。拉线架横筋保护层厚度虽然比设计保护层厚度小，但减小数值小于设计保护层厚度5%，所以也满足要求。但保护层厚度普遍分布不均匀，变异系数基本在6.09%～17.13%。

2.6 构架内部钢筋锈蚀程度检测

现场测量钢筋锈蚀程度时，首先在测量区域划分网格，然后用GECOR8钢筋锈蚀测量仪进行检测。测量时，可得到每一测点的锈蚀电位和混凝土电阻率数值，仪器可根据测得的这两项参数综合评价而得到其锈蚀风险水平。钢筋锈蚀程度评估标准为：

（1）半电池电位正向大于-200mV，则此区域发生钢筋腐蚀概率小于10%；

（2）半电池电位负向大-350mV，则此区域发生钢筋腐蚀概率大于90%；

（3） 半电池电位在-200～-350mV范围内，则此区域发生钢筋腐蚀性状不确定。

现场发现构架内部局部钢筋有锈蚀现象。用微破损法进行验证，为安全计，取较大的钢筋锈蚀量。发现Ⅰ～Ⅳ种型式构架主筋直径由于钢筋锈蚀减小1mm左右，箍筋减小0.5mm左右；Ⅴ、Ⅵ两种型式构架主筋直径减小1.5mm左右，箍筋减小0.5mm左右。

3 检测结论

（1）外观检查发现构架钢筋的保护层普遍出现胀裂、脱落现象。其中，横向箍筋保护层缺陷以拉线架最为严重，而纵向主筋保护层缺陷以旁路母线架和一榀出线架最为严重，进线架和出线架也存在少量纵筋保护层剥落现象，主要分布在角壁部位。保护层脱落部位钢筋外露锈蚀严重。

（2）开关站构架出现的裂缝主要分布在构架斜杆上，现场检测发现：裂缝深度不大，深度在1.42～3.02cm，为钢筋锈蚀胀裂而引起的浅层裂缝。

（3）拉线架混凝土平均碳化深度为17.5mm，其他型式构架混凝土平均碳化深度为10.1mm，混凝土碳化深度已接近或超过钢筋保护层厚度，需要尽快对构架混凝土进行全面防碳化处理。

（4）构架混凝土强度满足设计要求，但强度分布不均匀；钢筋保护层厚度满足设计要求。

（5）现场检测发现构架内部钢筋局部已出现锈蚀现象，必须尽快进行加固处理。

4 修补加固方案

通过现场检测结果，对当时存在缺陷的混凝土构架制定了如下补强加固及防护表面处理方案：

（1）将混凝土剥蚀部分凿除，对钢筋锈蚀部位进行除锈防护处理，涂刷界面剂，用聚合物水泥砂浆恢复原保护层。

（2）在钢筋锈蚀严重部位的混凝土表面粘贴一层XEC-300碳纤维布进行补强。碳纤维加固技术是利用高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍形成碳纤维增强复合材料片材，将片材用专用环氧树脂胶粘贴在结构外表面受拉或有裂缝部位，固化后与原结构形成一整体，碳纤维即可与原结构共同受力。

（3）在处理后的混凝土构件表面涂刷PCS-1型防碳化涂料，厚度大于0.8mm，与混凝土的粘接强度大于1.0MPa。该材料可以全面提高混凝土的抗渗能力，防止防渗层混凝土的碳化，提高混凝土的耐久性。

根据检测的结果，该厂220kV开关站混凝土构架采用碳纤维材料进行加固。运行10年以来，碳纤维材料经过户外高温暴晒和风吹雨淋的自然考验，没有发生脱落破损现象，经过处理后的混凝土构件也未再发生混凝土胀裂、裂缝及脱落现象，处理效果很好。

朱德康（1975—），男，工程师，主要研究方向：水电站大坝安全管理，水工建筑物的补强加固以及水电站防汛的工作等。E-mail：fcjzdk@163.com

孙志恒，男，教授级高级工程师，主要研究方向：水工建筑物的补强加固。

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