Инновационные технологии восстановительного ремонта железобетонных опор воздушных линий электропередачи и подстанций.

Слесарев В.А., Слесарев С.В., ООО "ЭКО СПЕЦ ЭНЕРГО" // Международная специализированная выставка "Электрические сети России" // Доклад на научно-техническом семинаре, Секция-2, Москва, 2010-2011г // "Инновационные технологии восстановительного ремонта железобетонных опор воздушных линий электропередачи и подстанций"

В настоящее время на электросетевых объектах РФ эксплуатируется более 2 млн. железобетонных опор (ЖБО) трех основных типов: центрифугированные опоры (ЦФО), вибрированные стойки (ВС), унифицированные стойки под оборудование (УСО), а также фундаментов под металлические опоры. На данный момент средний срок эксплуатации этих конструкций составляет 30-40 лет, что является предельным сроком их надежной работы.

При такой продолжительности эксплуатации резко возрастает количество отказов железобетонных конструкций за счет снижения их несущей способности ниже допустимого уровня из-за развития деструктивных процессов в бетоне, коррозии арматуры, хронического недофинансирования работ по их техническому обслуживанию и ремонтам, увеличения объемов отложенных ремонтов. Количество отказов, например, опор ВЛ, по данным ОРГРЭС, составляет 13% от общего количества отказов по ВЛ, но по тяжести последствий они стоят на первом месте по затратам на восстановление и недоотпуску электроэнергии.

Известно, что при высокой степени износа железобетонных конструкций ВЛ и ПС требуются либо крупные инвестиции в обновление основных фондов, либо квалифицированное обслуживание и профилактика отказов для своевременного выявления аварийноопасных опор, фундаментов и их восстановительного ремонта. Отказы ЖБО происходят по различным причинам, таким как сроки и условия эксплуатации, воздействие не проектных нагрузок, агрессивных сред и другие. Профилактика этих отказов возможна только путем выявления аварийноопасных опор на ранней стадии их развития специалистами высокой квалификации на основе инструментальных исследований.

Особая значимость решения проблем обеспечения надежности и долговечности эксплуатации электросетевых железобетонных конструкций определяется зависимостью этих характеристик от многих качественных и количественных показателей технического состояния конструкций, диагностика которых требует использования ряда специальных методик и приборов. Внедрение инновационных технологий диагностики и ремонтов железобетонных конструкций опор и фундаментов, на которые ежегодно расходуется сотни миллионов рублей, позволит получить экономию денежных средств в десятки миллионов рублей, сократить сроки ремонтов и выполнять значительную их часть без отключения линий.

Одной из основных проблем обеспечения безопасной эксплуатации ЖБО является надежное обеспечение их нормативной несущей способности. Эта проблема в настоящее время решается, согласно «Типовой инструкции по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35-800 кВ», СО 34.20.504-94, путем регулярных осмотров силами ремонтного персонала. Разработанная в этой инструкции система устранения дефектов и повреждений, выявленных при таких осмотрах, предлагает выполнение «косметического» ремонта в виде заделки трещин или установки бандажей при незначительных повреждениях, таких как раскрытие трещин до 0,6 мм, длина продольных трещин не более 3 метров, выбоины или отверстия площадью не более25 кв. см. При более серьзных повреждениях ЖБО предусматривается замена их новыми. Требования замены поврежденных опор были обусловлены низкой ремонтной пригодностью ЖБО с учетом технических возможностей ремонтных организаций в 1980-1990 гг., когда в полевых условиях было невозможно изготовить бетон с необходимыми прочностными характеристиками для устройства усиливающих элементов.

Опыт показывает что, работы по замене ЖБО на действующих ВЛ и ПС требуют значительных затрат денежных средств, трудовых ресурсов и решения сложных технологических проблем, связанных с устройством временных опор на обводах, отключением линий электропередачи подстанций и других электросетевых объектов. В результате фактическая стоимость замены ЖБО в несколько раз превышает стоимость самой опоры.

В последние 10-15 лет появились ремонтно-строительные материалы и технологии, которые могут существенно повысить уровень ремонтной пригодности ЖБО. Техническая возможность и экономическая целесообразность усиления поврежденных железобетонных конструкций опор со средним или даже сильным уровнем повреждений обоснована в ряде рекомендаций и пособий, таких как «Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений» Госстроя РФ, «Пособие по практическому выявлению пригодности к восстановлению поврежденных строительных конструкций зданий и сооружений и способам их оперативного устранения», ЦНИИПромзданий, Москва, 1996г. и др.

Все это позволяет принимать технические решения по восстановлению несущий способности ЖБО ВЛ и ПС с повреждениями, которые по «Типовой инструкции» считаются «недопустимыми» и, таким образом, снизить количество подлежащих замене опор в 2-3 раза. Такой восстановительный ремонт опор требует разработки новых технологий, конструктивных решений и использования современных ремонтно-строительных материалов, обеспечивающих высокие прочностные характеристики и долговечность восстановленных опор на уровне 50 лет.

Вместе с тем, разработка конструктивных решений по усилению ЖБО не возможна только на основании результатов осмотров опор, так как они не дают количественных показателей их фактической несущей способности, а только фиксируют наличие повреждений на период осмотра.

Поэтому «Рекомендациями» Госстроя РФ предусматривается проектирование усиливающих конструкций на основе результатов визуально-инструментального обследования и расчетов, по которым определяется фактическая несущая способность поврежденной ЖБО, прогнозируется остаточный срок её безопасной эксплуатации и обосновывается конструктивное решение усиления. Стоимость такого обследования составляет 3-5% от стоимости работ по восстановлению опор. Кроме того, результаты его позволяют планировать ремонты ЖБО ВЛ и ПС по техническому состоянию, которые повышают надежность и снижают затраты на эксплуатацию электросетевых объектов до 10-30%.

Из изложенного следует, что для повышения надежности и снижения затрат на эксплуатацию ЖБО необходимо внедрение визуально-инструментальной оценки их технического состояния, технологий и конструктивных решений, которые позволят восстанавливать несущую способность опор при различной степени повреждений, включая среднюю и сильную, вместо их замены. Оптимальные технологии и конструктивные решения по восстановлению несущей способности поврежденных ЖБО ВЛ и ПС могут быть определены только путем разработки их для конкретных условий, характера повреждений и др. на основе сравнения технико-экономических показателей вариантов усиления.

Фирмой ООО «ЭКО СПЕЦ ЭНЕРГО» разработан ряд конструктивных и технологических решений по восстановительному ремонту ЖБО ВЛ и ПС, которые по сравнению с заменой опор, обеспечивают экономию денежных средств до 2 раз, сокращение сроков производства работ в 2-3 раза и возможность производства работ, в основном, без отключения линий, силами ремонтного персонала ПЭС, без использования тяжелой строительной техники.

Рациональные конструктивные решения и технологии восстановления несущей способности ЖБО определяются в зависимости от типа опоры, величины, места расположения повреждений, дефектов и условий производства работ. Так, например, оптимальными техническими решениями для восстановления промежуточных ЦФО ВЛ 110-220 кВ с различными повреждениями согласно проведенным расчетам являются:

1. Устройство усиливающей оболочки при высоте повреждений до 6-8 метров от поверхности грунта, патент RU 2 371 560 «Способ восстановления несущей способности железобетонной центрифугированной опоры линий электропередачи». Эта технология предусматривает усиление ослабленного участка ЖБО при помощи усиливающей оболочки из современных ремонтно-строительных материалов типа «ЭМАКО», прочностные характеристики и долговечность которых в 1,5-2 раза превосходят таковые усиливаемых конструкций, а приготовление рабочего состава на месте работ заключается лишь в перемешивании сухой смеси с водой. Бетонирование этой оболочки выполняется с использованием скользящей или переставной инвентарной пластиковой опалубки типа «GEOTUBE» и занимает 2-5 дней. При выполнении работ по усилению не требуется применение тяжелой строительной техники и отключения линий. Эта технология особенно целесообразна для усиления ЦФО в стесненных условиях, например, на ПС. Экономическая эффективность восстановления несущей способности ЖБО при помощи усиливающих оболочек определена на примере сравнения затрат на её выполнение со стоимостью замены промежуточной ЦФО ВЛ 110-220 кВ на новую. Средняя стоимость замены такой опоры по отчетным данным для различных регионов РФ составляет 407,7 тыс. руб. Расчетная стоимость ремонтно-восстановительных работ по аналогичной опоре, включая затраты на визуально- инструментальное обследование, разработку проектной документации и устройство усиливающей оболочки, составляет 150.0 тыс. руб. или 37% от стоимости замены опоры.
2. При повреждениях опор до высоты 5-6 метров предлагается усиление их при помощи оттяжек или подкосов с использованием анкеров из винтовых свай. Такая технология оптимальна для работ в условиях заболоченной, труднодоступной местности, так как не требует применения «мокрых» процессов, доставки к месту производства работ строительных материалов и различной строительной техники. Эта технология разработана на основе заявки на изобретение «Способ усиления опоры линии электропередачи» регистрационный № 201012943.
3. При наличии недопустимых повреждений по всей высоте опоры предлагается её замена на равнопрочную металлическую многогранную опору (ММО) с использованием в качестве фундамента под подземной части ЦФО, которая, как правило, не имеет повреждений. Технология такой замены позволяет сократить срок отключения линий до 1-2 дней, снизить затраты до 30% по сравнению с заменой на новую опору по традиционной технологии. Такая технология разработана на основе заявки на изобретение «Способ замены поврежденной железобетонной опоры линии электропередачи на металлическую опору» регистрационный № 2010114100.

Аналогичные инновационные технологии и конструктивные решения разработаны нашей фирмой по повышению долговечности конструкций фундаментов и узлов крепления к ним металлических опор как решетчатых, так и многогранных.

Известно, что слабым звеном системы передачи нагрузок «провода-опора-фундамент» является узел сопряжения металлической опоры с фундаментом из-за массового разрушения бетона и коррозии арматуры надземной и, частично, подземной части фундаментов. По данным обследований, через 20-40 лет эксплуатации 30-50% железобетонных фундаментов относятся к группе дефектных. Это происходит по причине исключительно тяжелых условий работы опорной части фундамента, которая подвергается интенсивному воздействию стекающих по стойкам опоры атмосферных осадков. Это воздействие в несколько раз превышает величину осадков, выпадающих на бетонные конструкции под открытым небом. Снижение несущей способности опорной части фундамента происходит также от многократных циклов замораживание-оттаивание, разрушения структуры бетона и коррозии арматуры из-за недостаточной величины защитного слоя бетона и его карбонизации.

Существующая технология ремонта дефектных фундаментов предусматривает замену разрушенного бетона ремонтным бетоном и усиление ослабленной арматуры без надежной защиты восстановленного узла от увлажнения. В результате уже через 3-5 лет происходит разрушение ремонтного бетона по контакту со «старым» бетоном и требуется повторный ремонт фундаментов.

Нашей фирмой разработан на уровне изобретений ряд конструктивных и технологических решений, позволяющих повысить расчетную долговечность фундаментов, узлов крепления металлических колонн, в том числе и ММО, до 40-50 лет, за счет устранения воздействия атмосферных вод на крепежные элементы и опорную поверхность фундамента (заявки на изобретения № 2010142781, №2010142782, №201044894).

Эти решения предусматривают, в частности, выполнение дифференцированной величины защитного слоя бетона в зависимости от интенсивности негативных воздействий на конструкцию, различных конструктивных решений и способов устройства отливов, которые устанавливаются в зоне сопряжения опоры с фундаментом как при монтаже новых конструкций, так и при их ремонтах.

Реализация предлагаемых инновационных решений при изготовлении фундаментов и креплении к ним металлических опор ВЛ и ПС при использовании существующих технологий изготовления конструкций, монтажа и ремонтов позволит исключить «слабое» звено системы «провода-опора-фундамент» и, таким образом, сократить затраты на ремонтно-восстановительные работы по фундаментам.

Кроме экономического эффекта, внедрение инновационных технологий восстановительного ремонта ЖБО и фундаментов ВЛ и ПС, позволяет получить ряд технических и технологических преимуществ, таких как:

• выполнение работ без отключения линий;
• работы могут выполняться ремонтным персоналом ПЭС из-за их технологической простоты и низкой трудоемкости;
• сокращение сроков ремонтных работ в 2-3 раза;
• обеспечение расчетной долговечности восстановленных ЖБО и фундаментов не менее чем 40-50 лет.

Выводы:

1. В связи с ростом количества ЖБО и фундаментов ВЛ и ПС с «недопустимыми» повреждениями из-за длительных сроков эксплуатации, хронического недофинансирования ремонтно-восстановительных работ, и, как результат, с увеличением количества отказов по этим конструкциям внедрение инновационных конструктивных решений и технологий обеспечивает повышение их эксплуатационной надежности, значительную экономию денежных средств и трудовых ресурсов.
2. Эффективность внедрения инновационных технологий восстановительного ремонта железобетонных конструкций ВЛ и ПС может быть обеспечена только на основе результатов визуально-инструментального обследования их технического состояния с определением сроков остаточного ресурса.
3. Оптимальные варианты конструктивных решений и технологий усиления опор и фундаментов необходимо принимать на основе результатов визуально-инструментального обследования с учетом их конструктивных особенностей, характера повреждений, условий производства работ и других факторов.
4. Фирма ООО «ЭКО СПЕЦ ЭНЕРГО» предлагает выполнить весь комплекс работ по внедрению инновационных технологий, включая визуально-инструментальное обследование, разработку технической документации и восстановительный ремонт железобетонных опор и фундаментов ВЛ и ПС на электросетевых объектах, с различными повреждениями и для любых условий производства работ. При этом затраты денежных средств могут быть снижены по сравнению с существующими технологиями до 1,5-2 раз, а расчетная долговечность восстановленных конструкций составит не менее, чем 40-50 лет.