天水市厂房质量安全检测第三方鉴定单位

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A厂地下厂房于1994年全面竣工投产，距今已有20余a，该建筑物主要由主机间、安装间和副厂房组成，其中主机间长92.5 m、宽21 m、高44.54 m，其内安装4台300 MW立轴单级可逆混流式水泵水轮机发电电动机组。主机间由上到下分为电动发电机层、中间层、水泵水轮机层、蜗壳层以及底部的管廊道集水廊道层等，由尾水管、蜗壳、机墩、风罩与楼板、梁、柱、剪力墙等构件相互联系组合，形成了复杂的钢筋混凝土结构(见图1)。
 机组布置在主机间结构的中部，机组中心线距上游侧边墙11.5 m，下游侧边墙9.5 m。机组由尾水管和蜗壳外包混凝土、机墩、风罩等大尺寸核心构件支撑。主机间各层结构采用板、梁、柱结构，楼板厚度分别为：发电机层楼板厚250 mm，中间层楼板厚200 mm，水泵水轮机层楼板厚300 mm。
 主机间原设计的结构分缝为2机1缝，即在2#与3#机组之间设置1条结构缝(见图2)。在施工图阶段，为满足各台机组先后投产需要，在1#与2#机组之间、3#与4#机组之间的楼板上各增设1条施工缝[1]。发电机层施工缝处2#机、4#机楼板分别搭在1#机、3#机梁挑耳上(见图3)，梁未分缝；中间层、水泵水轮机层施工缝处2#机、4#机梁、板分别搭在1#机、3#机柱牛腿及梁挑耳上(见图3～4)。
2 裂缝的出现与结构检测情况  2.1 裂缝的出现  2000年电厂水工人员巡视发现，在A厂主机间的发电机层、中间层、水泵水轮机层楼板上先后出现了一些裂缝：发电机层裂缝主要集中在沿1#与2#机组、3#与4#机组之间增设的施工缝楼板底部，楼板与梁挑耳交界处，以及该缝附近的梁上；中间层裂缝也主要集中在沿增设施工缝楼板底部、施工缝转折处，裂缝宽度比发电机层略宽，沿缝的梁挑耳外侧部分出现斜向的裂缝，施工缝处柱牛腿出现竖向裂缝；水泵水轮机层裂缝情况较好，但在楼板底部，楼板与梁挑耳交界处，挑耳外侧仍出现少量裂缝。为了解裂缝的发展情况，电厂工作人员在厂房施工缝附近埋设测缝计进行观测，经过近10 a的观测，裂缝无明显变化。

2.2 结构检测情况  2011年7月，对A厂主机间结构进行了详细的检测，检测的主要内容有：混凝土强度和碳化深度、结构钢筋保护层厚度、混凝土裂缝及其变化趋势、结构构件的应变及其变化趋势、混凝土其他缺陷等。以期全面了解A厂主机间的结构现状，为结构的裂缝成因分析和安全评估提供基础资料。
1) 混凝土强度检测结果
 发电机层梁板的混凝土设计标号为250#，对应的设计强度等级为24.33 MPa。中间层梁板的混凝土的设计标号为200#，对应的设计强度等级为19.21 MPa。
A厂梁板的混凝土强度检测首先采用超声回弹综合法，然后在厂房超挖回填部位、蜗壳层及水轮机层地板等相对较为安全的地方进行钻芯取样试验，并对两种方法得到的混凝土强度进行了分析对比。经试验及计算，对测区混凝土抗压强度换算值提高14%进行修正[2]。
 发电机层梁板共进行27点的混凝土强度检测，修正后的强度推定值范围为16.1 ～36.4 MPa，平均值为26.6 MPa[2]。中间层梁板共进行27点的混凝土强度检测，修正后的强度推定值范围为17.0～31.5 MPa，平均值为21.2 MPa[2]。
 混凝土的检测强度离散性较大，存在微裂缝和气泡等砼微缺陷影响回弹法检测结果的可能性，但总体推定值满足设计指标。

2) 发电机层裂缝检测结果
 根据《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057—2009)，本电站的混凝土结构属于二类环境类别，结构构件的裂缝宽度限制不得大于0.3 mm。
 发电机层的混凝土结构裂缝宽度大于0.3 mm的仅有1条，并且其裂缝深度已经贯穿梁的横断面，该梁沿厂房长轴向布置。其余梁测得的裂缝宽度均小于0.3 mm，裂缝深度在84～202 mm之间。
 出现裂缝的梁主要集中在吊物孔，楼梯口附近；板裂缝则与板边呈约45°相交。裂缝统计可见，大部分梁的裂缝均分布在梁侧，其走向与梁的轴线垂直或接近垂直。只有2条裂缝分布在梁底，而这2根梁同样沿厂房长轴方向布置。值得注意的是，侧面分布较多的裂缝(≥10条)3根梁均位于发电机层吊物孔的边上，其中2根沿厂房长轴方向布置；1根沿厂房上下游方向布置。
3) 中间层裂缝检测结果
 中间层的混凝土结构裂缝宽度大于0.3 mm的有2根梁，2根梁均沿厂房长轴向布置并且梁一端搭接在靠安装间边墙砼上。仅有1根梁裂缝深度已经贯穿梁的横断面，该梁沿厂房长轴向布置，位于球阀吊物孔的下游侧。其余梁裂缝宽度均小于0.3 mm，裂缝深度在88～220 mm之间。
 出现裂缝的梁主要集中在吊物孔，楼梯口附近；有1处位于吊物孔下游侧的板出现与板边呈约45°相交的裂缝，有2处靠近安装间侧的板出现与板边呈大角度相交的裂缝。裂缝统计可见，大部分梁的裂缝均分布在梁侧，其走向与梁的轴线垂直或接近垂直。但有2根梁分别有5条及2条裂缝分布在梁底，且梁侧面也分布有较多的裂缝(≥10条)。而这2根梁1根沿厂房上下游方向布置，另1根沿厂房长轴方向布置。值得注意的是，2根梁均位于中间层的孔洞边上。
 在中间层，增设施工缝处的挑耳外侧出现斜向的裂缝，并出现崩角现象(如图3所示)；柱牛腿出现贯穿性裂缝(如图4所示)。
4) 钢筋保护层厚度及混凝土碳化深度检测
 发电机层的钢筋保护层厚度满足规范及设计的要求；中间层的钢筋砼保护层厚度除牛腿支座外侧的钢筋砼保护层达100 mm左右，其余均满足规范及设计的要求[2]。发电机层和中间层内的钢筋没有受到锈蚀的威胁。
 经检测，发电机层混凝土碳化深度在1.0～4.5 mm之间；中间层混凝土碳化深度在1.0～5 mm之间[2]。两者的混凝土碳化速率均很慢，处于轻微碳化阶段。
3 结构计算和振动测试的主要结论  3.1 结构力学及配筋计算复核  根据检测资料和现场情况，对发电机层和中间层增设施工缝附近的楼板、梁，裂缝开展较多及有贯穿性裂缝的楼板、梁，按现行结构设计规范《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057—2009)《水电站厂房设计规范》(SL266—2001)《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)进行了静力计算及配筋复核。考虑楼板与机墩、风罩等结构互相连成复杂的空间整体结构，长期承受振动荷载，对梁构件及纵向受拉钢筋进行了抗疲劳验算。
 计算结果表明：广蓄A厂主机间梁构件的纵向抗弯抗剪满足规范要求，梁构件及纵向受拉钢筋的抗疲劳验算满足规范要求，厂房混凝土结构各主要构件均满足承载能力要求，刚度满足规范要求，整体结构是安全的。但在施工缝、吊物孔附近的梁截面侧向配筋，以及牛腿设置的水平箍筋不符合现行规范的构造要求。
3.2 结构振动计算  为查明A厂主机间结构的抗振性能与结构的动力特性，从结构振动的角度分析裂缝的成因和分布规律，对主机间结构建立整体有限元模型，计算分析了主机间结构的动力特性。在进行结构动力特性分析时，考虑A厂主机间结构原为两机一缝设计，取1#与2#两台机组段结构为计算对象。