廣州蓄能水電廠A廠地下廠房結(jié)構(gòu)檢測與加固方案設(shè)計

蘇鵬力，華丕龍

(1.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司廣州蓄能水電廠，廣東廣州510000；2.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東廣州510000)

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廣州蓄能水電廠A廠地下廠房結(jié)構(gòu)檢測與加固方案設(shè)計

蘇鵬力1，華丕龍2

(1.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司廣州蓄能水電廠，廣東廣州510000；2.中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東廣州510000)

廣州蓄能水電廠A廠主廠房發(fā)電機(jī)層、中間層、水泵水輪機(jī)層的梁、板等多處出現(xiàn)裂縫。通過采用裂縫檢測、碳化深度檢測、鋼筋保護(hù)層厚度檢測、結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算等現(xiàn)場結(jié)構(gòu)檢測手段及結(jié)構(gòu)靜力復(fù)核、疲勞驗(yàn)算、共振復(fù)核等工作驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)整體是安全的。為減少廠房長期振動可能帶來的危害，提出對強(qiáng)度偏低、已經(jīng)出現(xiàn)裂縫的梁、板采取化學(xué)灌漿、粘貼碳纖維布、粘貼鋼肋板等修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)措施。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；結(jié)構(gòu)檢測；結(jié)構(gòu)加固；廣州蓄能水電廠

1 工程概況

廣州蓄能水電廠(以下簡稱“廣蓄電廠”)A廠地下廠房主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年運(yùn)行，A廠廠房在框架結(jié)構(gòu)的某些部位，如梁、牛腿、牛腿與現(xiàn)澆板結(jié)合部位出現(xiàn)了一些裂縫。2011年6月，廣蓄電廠委托武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院對A廠地下廠房進(jìn)行了結(jié)構(gòu)檢測，以確定廠房的安全性及受損程度。結(jié)構(gòu)檢測的范圍包括廣蓄A(yù)廠地下廠房的發(fā)電機(jī)層、中間層和水輪機(jī)層，本文以發(fā)電機(jī)層為例，詳細(xì)介紹了結(jié)構(gòu)檢測情況，并對開裂原因進(jìn)行了初步分析，提出了結(jié)構(gòu)加固的具體措施。

2 結(jié)構(gòu)檢測成果及分析

2.1 檢測成果

對A廠地下廠房發(fā)電機(jī)層進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測的基本成果見表1。

2.2 混凝土強(qiáng)度檢測

采用超聲回彈綜合法，對A廠房地下結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了抽樣檢測，檢測結(jié)果見表1。發(fā)電機(jī)層梁，板共進(jìn)行了27點(diǎn)的混凝土強(qiáng)度檢測，強(qiáng)度推定值范圍為16.1～36.4 MPa，平均值為26.6 MPa。從檢測結(jié)果可以看出，大多數(shù)梁、板的混凝土強(qiáng)度滿足或接近滿足設(shè)計強(qiáng)度，但有的梁、板的混凝土強(qiáng)度明顯偏低，構(gòu)件檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計的標(biāo)準(zhǔn)差為5.32，離散性較大，表明有些梁、板的各個部位的強(qiáng)度不均勻，可能存在微裂縫和氣泡等混凝土微缺陷。

表1 A廠發(fā)電機(jī)層混凝土檢測成果

檢測編號構(gòu)件名稱及位置強(qiáng)度推定值/MPa保護(hù)層厚度平均值/mm碳化深度平均值/mm最大裂縫深度/mm最大裂縫寬度/mm裂縫數(shù)量統(tǒng)計上游側(cè)下游側(cè)底部L34L11?5A～6271230451010151212L54L10?6～4A17123235194018142L124L10?9A～9B21716830已貫穿04013L144L11?9B～1029418930018718L214L33?11A～11B30823020025242L224L21?A～A33332352002269B1A2～A3、9A～9B26217325018111

注：共檢測27個構(gòu)件，僅選取部分構(gòu)件的檢測結(jié)果作為示例，構(gòu)件混凝土的設(shè)計標(biāo)號均為250號，對應(yīng)設(shè)計強(qiáng)度等級為24.33 MPa(C24)。

2.3 保護(hù)層厚度及碳化深度檢測

按照GB50204—2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》要求，對發(fā)電機(jī)層的梁、板底面受力鋼筋的保護(hù)層厚度和碳化深度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表1。從表1可以看出，大部分梁鋼筋保護(hù)層厚度未達(dá)到25 mm的設(shè)計值且有一定的差異，但都在規(guī)范允許的誤差范圍內(nèi)，混凝土內(nèi)的鋼筋沒有受到銹蝕的威脅；板的保護(hù)層厚度均大于10 mm，滿足設(shè)計要求；混凝土碳化深度在1.0～4.5 mm之間，混凝土碳化速率很慢，處于輕微碳化階段。

2.4 混凝土裂縫檢測

2.4.1 裂縫深度和裂縫寬度檢測

按照CES21∶2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》，抽取裂縫寬度較大或裂縫較多的梁進(jìn)行裂縫深度和寬度的檢測，檢測結(jié)果(見表1)表明，裂縫寬度大于0.3 mm的僅有L12，并且其裂縫深度已經(jīng)貫穿梁的橫斷面。L12梁位于3號機(jī)發(fā)電機(jī)層球閥吊物孔的下游，搭接在風(fēng)罩混凝土上，沿廠房長軸向布置。其余梁測得的裂縫寬度均小于0.3 mm，裂縫深度在84～202 mm之間。

2.4.2 裂縫分布情況

出現(xiàn)裂縫的梁主要集中在吊物孔，樓梯口附近。發(fā)電機(jī)層梁上裂縫的走向與梁的軸線垂直或接近垂直。板裂縫則與板邊呈約45°相交。根據(jù)裂縫統(tǒng)計(見表1)，大部分梁的裂縫分布在梁側(cè)，只有L5、L21的梁底分別分布有2條裂縫。這兩根梁分別搭接在2號機(jī)和4號機(jī)的風(fēng)罩上，沿廠房長軸方向布置。值得注意的是，L3、L14和L22的梁側(cè)分布較多的裂縫(不少于10條)，而這3根梁均位于發(fā)電機(jī)層吊物孔的邊上。L3位于1、2號機(jī)的頂蓋吊物孔下游側(cè)，L14位于3、4號機(jī)的頂蓋吊物孔下游側(cè)，均沿廠房長軸方向布置；L22位于4號機(jī)球閥吊物孔靠安裝間一側(cè)，沿廠房上下游方向布置。

2.4.3 構(gòu)件裂縫與檢測強(qiáng)度關(guān)系分析

發(fā)電機(jī)層樓板共檢測了27個構(gòu)件，檢測到裂縫的構(gòu)件有24個。有裂縫的構(gòu)件中有8個檢測強(qiáng)度推定值低于設(shè)計等級250號，占裂縫構(gòu)件的29.6%。裂縫寬度大于0.3 mm，深度貫穿梁橫斷面的L12梁，其強(qiáng)度推定值(修正后)只有21.7 MPa，小于設(shè)計等級250號。出現(xiàn)裂縫最多的L3、L14和L22梁，其強(qiáng)度推定值均達(dá)到了設(shè)計值。檢測結(jié)果表明，大多數(shù)梁的裂縫數(shù)量較少，貫穿性裂縫很少，說明梁的整體性雖然受到了一定的損害，但仍處在可控的范圍內(nèi)。

2.5 結(jié)構(gòu)檢測結(jié)論

根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果，結(jié)合結(jié)構(gòu)靜力復(fù)核、構(gòu)件疲勞驗(yàn)算、共振復(fù)核等計算成果來看，A廠主廠房結(jié)構(gòu)整體是安全的，不存在影響結(jié)構(gòu)正常使用的重大問題。結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)，與機(jī)組振動、施工縫設(shè)置及施工缺陷等多方面原因緊密相關(guān)。

雖然A廠主廠房結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)尚未對結(jié)構(gòu)的安全造成明顯影響，但也存在施工縫設(shè)置不合理，施工縫及孔洞周邊結(jié)構(gòu)存在薄弱部位和受損情況，部分構(gòu)件混凝土存在缺陷，機(jī)組開停機(jī)工況結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)偏大等問題。鑒于抽水蓄能電站的機(jī)組起停機(jī)次數(shù)遠(yuǎn)比常規(guī)水電站頻繁，對機(jī)組和結(jié)構(gòu)振動問題更需重視，有必要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的加固方案研究，尋求解決上述問題的工程措施。

3 加固設(shè)計

3.1 正截面承載力及裂縫寬度驗(yàn)算

3.1.1 正截面承載力驗(yàn)算

對廣蓄A(yù)廠廠房部分構(gòu)件在承載力極限狀態(tài)下支座端部以及跨中的正截面承載力進(jìn)行計算，將構(gòu)件截面所具備的承載力值與設(shè)計荷載作用下引起的截面內(nèi)力值進(jìn)行比較，從而對構(gòu)件是否滿足正截面承載力要求作出評價。

選取強(qiáng)度推定值最小的梁構(gòu)件4L27、4L24進(jìn)行正截面承載力驗(yàn)算，混凝土梁正截面承載力復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果見表2、3，表中MR為承載力極限狀態(tài)下構(gòu)件的承載力特征值，MS為彎矩內(nèi)力設(shè)計值，當(dāng)MR>MS時，表明截面滿足受彎承載力要求，MR

表2 梁構(gòu)件4L27正截面承載力復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果 kN·m

注：1)受力類型欄中0表示純受彎，1表示大偏心受拉；2)為便于比較，表中MR以及MS均按絕對值給出．

表3 梁構(gòu)件4L24正截面承載力復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果 kN·m

注：同表2．

由表2、3可以看出，針對所驗(yàn)算的構(gòu)件截面，MR均較MS偏大許多，有些構(gòu)件截面的MR甚至可達(dá)MS的10倍以上?？梢?，在已給定的設(shè)計荷載組合下，擬驗(yàn)算梁的正截面承載力計算值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計荷載引起的內(nèi)力值。

3.1.2 裂縫寬度驗(yàn)算

對廠房部分構(gòu)件在正常使用階段的裂縫寬度進(jìn)行計算，將裂縫寬度計算值與其相應(yīng)的實(shí)測值以及規(guī)范規(guī)定的限值進(jìn)行比較，從而對相應(yīng)構(gòu)件是否滿足正常使用階段的裂縫寬度限制要求作出評價。鋼筋混凝土梁裂縫寬度計算結(jié)果見表4、5。

表4 4L10鋼筋混凝土梁裂縫寬度計算結(jié)果 10-3mm

注：受力類型欄中0表示純受彎，-1表示大偏心受壓．

表5 4L33鋼筋混凝土梁裂縫寬度計算結(jié)果 10-3mm

注：同表4．

從表4、5可以看出，各構(gòu)件的裂縫寬度計算值均很小，最大僅為0.01 mm。如假設(shè)廠房所處環(huán)境類別為二類，則可將混凝土梁構(gòu)件的裂縫寬度限值取為0.3 mm，裂縫寬度的計算值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于此限值?？梢?，在已給定的標(biāo)準(zhǔn)荷載組合下，所校核梁的混凝土裂縫寬度計算值均能滿足限制要求。

3.2 缺陷原因分析

廣蓄電站廠房按SD335—89《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》設(shè)計，規(guī)范要求廠房結(jié)構(gòu)的一般構(gòu)件均只作靜力計算，但對直接承受設(shè)備振動荷載的構(gòu)件如發(fā)電機(jī)支撐結(jié)構(gòu)等，必要時還應(yīng)進(jìn)行動力計算。鑒于當(dāng)時的條件，進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)的動力計算是非常困難的，規(guī)范也沒有作出較高的要求。

廣蓄電站水頭高、容量大、機(jī)組轉(zhuǎn)速大、水流頻繁雙向交替運(yùn)行。因此，其動力作用比常規(guī)水電站更為顯著，作用在廠房結(jié)構(gòu)上的動力荷載種類繁多，廠房結(jié)構(gòu)的振動不可避免。如果結(jié)構(gòu)沒有足夠的抗力來承受這種振動，長期交變的低周運(yùn)動就會逐漸導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生滑移、擠壓，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)錨固作用就會隨著反復(fù)的運(yùn)動逐漸退化，而混凝土內(nèi)部本身就存在著細(xì)微裂縫，細(xì)微裂縫在交變力的作用下就會逐漸加大，進(jìn)而演化成可見裂縫。

從被檢測的構(gòu)件抽取裂縫較大的構(gòu)件，按結(jié)構(gòu)的空間受力分析和平面受力分析來計算承載力和驗(yàn)算裂縫的寬度，都能大大滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。檢測、分析及計算結(jié)果表明，按結(jié)構(gòu)承受靜力荷載來說，是不應(yīng)該出現(xiàn)裂縫的，根據(jù)地下廠房梁結(jié)構(gòu)的受力情況、出現(xiàn)裂縫的形態(tài)來看，梁的裂縫主要分布在梁腰，以現(xiàn)行規(guī)范衡量，箍筋(構(gòu)造筋)配置不足是導(dǎo)致梁結(jié)構(gòu)混凝土開裂的主要原因。

3.3 加固方案設(shè)計

針對A廠主廠房梁、板出現(xiàn)裂縫的問題，為減少廠房長期振動可能帶來的危害，主要考慮對強(qiáng)度偏低、已經(jīng)出現(xiàn)裂縫的梁、板采取修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的方法。具體措施如下：

(1)對發(fā)電機(jī)層和中間層的施工縫附近、吊物孔周邊等已發(fā)現(xiàn)有裂縫的梁板部位灌注改性環(huán)氧砂漿。

(2)在梁兩側(cè)面及底部采用粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)，每隔0.5 m設(shè)置鋼箍板和鋼肋板與樓板連接，有針對性地加強(qiáng)梁與樓板的連接，充分利用樓板水平向剛度大的特點(diǎn)，增加梁構(gòu)件側(cè)向剛度和抗彎拉、抗疲勞能力。

4 結(jié) 語

針對廣蓄電廠A廠地下廠房發(fā)電機(jī)層出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)裂縫，除了采用裂縫檢測、碳化深度檢測、鋼筋保護(hù)層厚度檢測、結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算等現(xiàn)場結(jié)構(gòu)檢測手段外，還進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力復(fù)核、疲勞驗(yàn)算、共振復(fù)核等工作。從計算復(fù)核的成果來看，A廠主廠房的結(jié)構(gòu)整體是安全的，不存在影響結(jié)構(gòu)正常使用的重大問題。

廣蓄電廠已于2014年9月完成了對A廠地下廠房的結(jié)構(gòu)加固，從工程效果看，達(dá)到了修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)缺陷，提高結(jié)構(gòu)的承載能力，增加抗振和抗疲勞的強(qiáng)度儲備，限制結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)一步發(fā)展的設(shè)計目標(biāo)。

[1]王逢慶. 廣州蓄能水電廠地下廠房結(jié)構(gòu)檢測報告[R]. 武漢： 武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院， 2011．

[2]薛繼樂， 段自力， 覃艷濤. 廣州抽水蓄能電站A廠主廠房結(jié)構(gòu)評價與加固方案初步設(shè)計報告[R]. 廣州： 廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院， 2012．

[3]DL/T 5057—2009 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]．

[4]GB 50204—2002 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]．

[5]SD 335—89 水電站廠房設(shè)計規(guī)范[S]．

(責(zé)任編輯 焦雪梅)

《水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究》課題順利通過國家能源局驗(yàn)收

2016年7月19日，《水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究》項(xiàng)目通過國家能源局委托水電水利規(guī)劃設(shè)計總院驗(yàn)收。 專家組認(rèn)為，該課題的研究方法和技術(shù)路線正確，圓滿完成了委托書規(guī)定的研究任務(wù)。課題研究從水電工程規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)行管理、退役全生命周期理念出發(fā)，對水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面梳理、識別、歸類，建立了一套全面權(quán)威、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、科學(xué)合理、操作性強(qiáng)的水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，滿足水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和管理的需要。同時，課題中針對水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理的現(xiàn)狀，為適應(yīng)深化標(biāo)準(zhǔn)化改革的要求，提出水電行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會應(yīng)由一家技術(shù)力量強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)化管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一管理、水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會設(shè)置、將能源領(lǐng)域水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)代號確定為“NB/SD”、進(jìn)一步提升水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化核心工作能力、加快部分重要亟需技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制修訂進(jìn)程等建議合理。

為貫徹落實(shí)國家深化標(biāo)準(zhǔn)化工作改革精神，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能源領(lǐng)域水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，系統(tǒng)解決水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)中存在的問題，國家能源局2015年2月正式委托我院開展水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)課題研究工作。自接到任務(wù)后，水電水利規(guī)劃設(shè)計總院積極調(diào)動整個水電行業(yè)各領(lǐng)域、各專業(yè)、各單位的大量專家，共有21個單位、360余位專家參與課題研究，先后召開近百次討論會，5 200多人天參加討論工作。

國家能源局李冶總經(jīng)濟(jì)師出席并發(fā)表重要講話。李冶同志指出，要充分認(rèn)識構(gòu)建中國水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的重要意義。黨的十八屆三中全會提出“政府要加強(qiáng)發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃、政策、標(biāo)準(zhǔn)等制定和實(shí)施”。標(biāo)準(zhǔn)作為政府行政管理重要抓手的意義更加凸顯。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)管理則需著重抓好三個方面，即抓重點(diǎn)領(lǐng)域、抓體系建設(shè)、抓推廣應(yīng)用。水電作為當(dāng)前技術(shù)最成熟、開發(fā)最經(jīng)濟(jì)、調(diào)度最靈活的清潔可再生能源，在節(jié)能減排、應(yīng)對氣候變化的背景下，對實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源低碳綠色發(fā)展具有重要意義。因此，水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就是我們要重點(diǎn)抓好的重要領(lǐng)域。水電水利規(guī)劃設(shè)計總院用一年多的時間，全面梳理并系統(tǒng)分析我國水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與存在的主要問題，首次按水電工程全生命周期的理念系統(tǒng)地建立了水電行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系框架和體系表，對規(guī)范和指導(dǎo)我國水電產(chǎn)業(yè)和水電行業(yè)發(fā)展，推動中國水電“走出去”意義重大！他提出，下一步要在專家討論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對體系進(jìn)行修改完善，推動組建更加合理的能源行業(yè)水電標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，圍繞體系建設(shè)抓緊開展重要水電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，并著重抓好水電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用。

(水電水利規(guī)劃設(shè)計總院)

Structure Detection and Reinforcement Design of Underground Powerhouse in Guangzhou Pumped-storage Power Station Plant A

SU Pengli1, HUA Pilong2

(1. Guangzhou Pumped-storage Power Station, Power Generation Corporation, CSG, Guangzhou 510000, Guangdong, China; 2. Maintenance and Test Center, Power Generation Corporation, CSG, Guangzhou 510000, Guangdong, China)

A few of cracks have appeared in the beams and slabs of generator layer, middle layer and pump-turbine layer in main powerhouse of Guangzhou Pumped-storage Power Station Plant A. The whole structure of underground powerhouse is proved to be safe through crack detection, carbonization depth detection, reinforcement cover thickness inspection and checking computations for the bearing capacity of structure, as well as structural static checking, fatigue checking and resonance checking. In order to reduce the harm caused by powerhouse resonance,the reinforcement measures of chemical grouting, pasting carbon fiber cloth and pasting steel ribbed slabs to the beams and slabs with lower strength and cracks are put forward．

reinforced concrete structure; crack; structure detection; structure reinforcement; Guangzhou Pumped-storage Power Station

2015- 12- 17

蘇鵬力(1985—)，男，廣東大埔人，助理工程師，從事大壩安全監(jiān)測，水工建筑物維護(hù)等工作，廣蓄A(yù)廠地下廠房結(jié)構(gòu)加固工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)人．

TV731.6(265)

B

0559- 9342(2016)09- 0064- 04