Восстановление несущей способности железобетонных опор

Слесарев В.А., Слесарев С.В. // Международная специализированная выставка «Электрические сети России 2009» Доклада на секции №2 «Воздушные и кабельные линии электропередачи»

В 60-70х годах прошлого века происходил интенсивный прирост мощностей на электростанциях и, соответственно, быстрыми темпами увеличивалась протяженность воздушных линий (ВЛ) электрических сетей напряжением 35-500кВ и более. Одновременно сооружались подстанции (ПС) и открытые распределительные устройства (ОРУ) такого же напряжения. В качестве опор ВЛ и стоек порталов подстанций в это время широко применялись железобетонные центрифугированные опоры (ЦФО) конического и цилиндрического профиля. В настоящее время в Российской Федерации находится в эксплуатации более 500 тыс. км. ВЛ и более 500 ПС напряжением 35-500 кВ, на которых количество ЦФО составляет 57 % от всего количества опор. Средний срок эксплуатации таких опор, по данным ОРГРЭС, около 32 лет. По отдельным же электросетевым объектам срок эксплуатации ЦФО достигает 40-50 лет - предельного срока надежной работы таких конструкций из-за их физического износа.

Несмотря на кажущуюся надежность и простоту конструкции ЦФО по количеству отказов превосходят металлические, решетчатые опоры ВЛ и стойки порталов ПС из-за наличия значительного количества скрытых технологических дефектов, нарушений при транспортировке, монтаже и эксплуатации. От снижения несущей способности из-за различных нарушений, физического износа количество отказов ЦФО после 30-40 лет эксплуатации начинает увеличиваться, так как этот период при оценке долговечности железобетонных конструкций принято называть зоной ускоренного износа. При этом следует отметить, что ЦФО отличаются низкой ремонтной пригодностью. Например, согласно «Типовой инструкции по эксплуатации воздушных линий электропередач напряжением 35-800 кВ», (РД 34.20.504-94), табл. 5.1 по результатам диагностики, при наличии целого ряда повреждений требуется замена опоры. Ремонт ЦФО рекомендуется только при наличии незначительных дефектов путем усиления дефектных участков устройством монолитных железобетонных бандажей с конструктивным армированием.

Необходимость срочного решения вопросов восстановления несущей способности ЦФО с нарушениями, превосходящие допустимые, определяется хроническим недофинансированием капитальных ремонтов ВЛ и ПС начиная с 90^х годов прошлого века и кончая современным кризисным состоянием. Это привело к росту объемов «отложенных ремонтов». Кроме того, следует ожидать увеличения количества недопустимых повреждений ЦФО из-за предельных сроков эксплуатации сотен тысяч таких опор.

Экономические показатели двух возможных вариантов замены дефектной ЦФО на равноценную или ремонта такой опоры путем устройства металлического кожуха с арматурой, заполняемого бетоном, для ВЛ 110 кВ были определены ЗАО «ВНПО ЭЛСИ». (Доклад на 2 ой Российской научно-практической конференции «Линии электропередачи 2006»- Оценка эффективности технологии локального восстановительного ремонта железобетонных стоек опор ВЛ электропередачи 110 кВ., Гунгер Ю.Н. и др.) Согласно расчетам ЗАО «ВНПО ЭЛСИ» стоимость ремонта ЦФО составляет около 30 тыс. руб., а стоимость замены на равноценную опору - 62 тыс. руб.

Анализ вариантов восстановления дефектной ЦФО показывает что, несмотря на экономичность, усиление опоры трудоемко, требует привлечения специалистов разных специальностей, устройства лесов на высоту необходимого усиления опоры применения различных механизмов и последующих эксплуатационных затрат на окраску металлического кожуха. Поэтому такое техническое решение восстановления несущей способности дефектной железобетонной опоры не может найти широкого применения в практике ремонтно-восстановительных работ на электросетевых объектах. Замена же ЦФО на действующих ВЛ ил ПС, кроме удорожания стоимости, сопряжена с необходимостью решения сложных технических и технологически проблем. Это-доставка на трассу новой длинномерной опоры, демонтаж дефектной опоры, переключение ВЛ по временной схеме, монтаж новой опоры и восстановление ВЛ по постоянной схеме. Особую сложность замена ЦФО представляет при работах в стесненных условиях, например на ПС или в условиях плотной застройки. Замена стойки портала ПС требует, как правило, демонтажа также траверс, ошиновки и вспомогательного оборудования.

Поэтому решение проблемы восстановления несущей способности дефектных ЦФО на ВЛ и ПС с использованием современных технологий и ремонтных материалов для их дальнейшей эксплуатации в течение 15-20 лет востребованы всеми сетевыми организациями в условиях продолжающегося кризиса и увеличения количества недопустимых повреждений, вызванного длительными сроками их эксплуатации. Разработка технологии ремонтно-восстановительных работ на основе современных материалов и технологий для железобетонных опор ВЛ и ПС обеспечит не только существенную экономию денежных средств, но и в разы уменьшит объем организационных и технологических проблем при капитальных ремонтах ВЛ и ПС.

Между тем известна и широко применяется технология усиления железобетонных дымовых труб путем бетонирования с применением скользящей или переставной опалубки  наружных или внутренних бандажей с использованием современных ремонтных и конструкционных  материалов – фибробетона, ремонтных цементно-содержащих смесей ЕМАКО, конструктивного железобетона. С использованием такой технологии производится усиление несущих железобетонных элементов, имеющих самые различные повреждения: от разрушения защитного слоя бетона до полного восстановления несущей способности при значительной коррозии рабочей арматуры. Причем восстановление несущей способности стволов дымовых труб может производиться на любой высоте, при самых различных повреждениях.

В качестве альтернативы замены ЦФО, имеющих недопустимые дефекты, наша фирма разработала технологию восстановления несущей способности таких опор бандажами из современных ремонтных строительных материалов, которые заливаются в кольцевой зазор между поверхностью бетона опоры и скользящей или переставной опалубки. При этом опалубка опирается на передвижные инвентарные леса, перемещаемые по высоте опоры. Эта технология защищена патентом на изобретение RU 2 371 560 С1 «Способ восстановления несущей способности железобетонной центрифугированной опоры линии электропередач».

Производство ремонтно-восстановительных работ на ЦФО по новой технологии состоит из следующих основных операций:

1. Доставка автотранспортом и монтаж в нижней части опоры кольцевых инвентарных подъемных лесов с комплектом щитов скользящей или переставной опалубки, закрепление на опоре инвентарного кронштейна для перемещения лесов по высоте.
2. Монтаж рабочей арматуры (при необходимости).
3. Приготовление из сухих ремонтных смесей, доставленных одновременно с лесами и опалубкой, фибробетона и подача его к месту укладки автономной пневмосмесительной установкой.
4. Перемещение кольцевых лесов и опалубки вдоль опоры по мере твердения бетона бандажа на необходимую высоту усиления.

Конструктивное решение, тип ремонтного материала усиливающей обоймы, позволяют, в зависимости от выявленного при обследовании характера дефектов ЦФО: восстановить защитный слой бетона, компенсировать восприятие температурных усилий при наличии продольных трещин, обеспечить полное или частичное восприятие расчетных усилий при коррозии или повреждении рабочей арматуры, повышение несущей способности опор при реконструкции ВЛ с увеличением расчетной нагрузки на опоры. Следует отметить, что восстановление ЦФО с использованием современных ремонтных строительных материалов (прочность более 60 МПа, морозостойкость более 300 циклов) позволяет продлить гарантийный срок эксплуатации этих опор на 15-20 лет.

Эффективность применения разработанной технологи восстановления несущей способности ЦФО подтверждается также тем, что, практически все дефектные опоры, по нашему опыту обследования, имеют недопустимые нарушения (трещины, сколы, механические повреждения бетона и арматуры и др.), которые фиксируются до высоты не более 5-8 метров от поверхности грунта. Эти повреждения обычно находятся в местах наибольших силовых, температурных и механических воздействий, которые снижают несущую способность ЦФО. Это обстоятельство позволяет выполнять ремонтно-восстановительные работы на усиливаемой опоре без отключения ВЛ, так как они производятся вне опасной зоны воздействия высокого напряжения.

Преимущества использования метода восстановления несущей способности ЦФО ВЛ и ПС, имеющих повреждения превышающие допустимые.

1. Экономия денежных средств в 2 раза в сравнении с заменой, что особенно важно в условиях затяжного кризиса.
2. Исключение сложных технических и технологических проблем капитальных ремонтов ЦФО, связанных с доставкой и монтажом заменяемых длинномерных элементов, отключением ВЛ и др.
3. Технология работ отвечает современным требованиям ремонтов строительных  конструкций, что обеспечивается:
   • использованием инвентарных, унифицированных подъемных лесов и опалубки;
   • низкими трудозатратами;
   • использованием современных ремонтно-строительных материалов, имеющих высокую прочность, морозостойкость, определяющих долговечность усиливающей обоймы и увеличивающих гарантийный срок эксплуатации.
4. Существенное повышение устойчивости ЦФО к динамическим, взрывным воздействиям, так как обоймы из фибробетона на порядок превосходят устойчивость к таким воздействиям тонкостенного кольцевого бетонного сечения опоры. Поэтому даже выполнение конструктивной обоймы из фибробетона на высоту 3-4 метра в районах, где возможны террористические акты или другие механические воздействия повысит надежность эксплуатации ВЛ.

Выводы:

Технология восстановления несущей способности  ЦФО, имеющих сверхнормативные дефекты и повреждения, с использованием скользящей или передвижной опалубки и инвентарных подъемных лесов, современных ремонтных строительных материалов обеспечит снижение затрат на ремонты и  эксплуатацию объектов электросетевого комплекса и повысит надежность работы ЕНЭС.

Для внедрения этой технологии в практику ремонтно-восстановительных работ на электросетевх объектах необходимо выполнить ряд НИОКР, включая опытно- промышленное внедрение на действующих ВЛ и ПС, испытание усиленных по различным  конструктивным схемам ЦФО на ЦИВЛ в п. Хотьково, разработку технологических корт по производству работ и др.

Согласно пп. 5.1; 5.2 «Положения о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС» нашей фирмой направлены предложения в Координационный НТС ОАО «ФСК ЕЭС» по организации НИОКР для внедрения. разработанной технологии восстановления несущей способности дефектных ЦФО. Наша фирма готова принять непосредственное участие на всех стадиях этих работ, включая диагностику дефектов и нарушений, разработку проектов усиливающих обойм, выполнению работ по устройству обойм, испытанию опытных опор, подготовке методических указаний и проектированию и производству работ в зависимости от характера повреждений определенных по результатам диагностики и др.