电厂建(构)筑物健康监测的理论探讨与实践

酒大雷

（神华国华(北京)电力研究院有限公司，北京 100069）

0 引言

电厂建(构)筑物很多，但在生产运行中，建(构)筑物的健康安全容易引起人的忽视。有人认为，建筑结构是由十分耐久的材料组成的，因而无需对其进行过多的关注。但实际情况并非如此。某电厂钢结构腐蚀严重，有的甚至影响承载能力;某电厂烟囱内筒玻化砖防腐层大面积脱落，甚至发生砖体飘飞的事故;某电厂水库坝体发生渗漏，影响坝体安全;某电厂灰场发生渗漏，造成环境事故。即使平时正常运营的电厂，在地震来临时会造成厂房倒塌，发电设备损害，损失巨大。汶川地震中电力设施震害的主要原因是地震烈度远超出抗震设计烈度，同时，电力设施的特点及其缺陷也是震害严重的原因之一。我们在使用建(构)筑物时，往往让其超负荷工作，提前透支其安全系数和抗震能力，这样在地震、火灾等危险来临时，后果会很严重。所以我们提出开展电厂建(构)筑物的健康监测工作，在此基础上，建立电厂水工技术监督体系和土建技术监督体系，以便在建(构)筑物的使用运行中，及时发现病症，提前预防治疗。

1 电厂建(构)筑物常见病症

电厂建(构)筑物的主要病症有以下几方面。

1.1 承载力不足

建筑结构或构件由于本身的剥蚀、冲刷或磨损，使其截面面积减少;或因钢筋、钢结构的锈蚀使其截面面积不足，在荷载不变的情况下，承载力相应降低，不能满足承载力要求;或者由于外部环境条件的改变，结构或构件的外部荷载明显增加，从而使结构承载力不合要求。结构的承载力不足是极其危险的，不但影响建筑物的使用，而且殃及人身财产的安全。故必须对其健康安全进行监测和评估。

1.2 裂缝

裂缝是建(构)筑物最常见病症，特别在钢筋混凝土结构及砌体结构中尤为常见;裂缝又是造成耐久性下降的重要因素，不但影响结构观感，而且给有害物质的侵入大开方便之门，使结构加重劣化，一些严重劣化的结构裂缝甚至成为结构倒塌的前兆。

1.3 腐蚀

1.3.1 混凝土等水泥基材料的腐蚀

水泥基材料的腐蚀主要是化学腐蚀，包括酸腐蚀、硫酸盐腐蚀、氯盐腐蚀及碱骨料反应等。在沿海的一些电厂中，基础未采取有效的防腐措施或防腐质量不过关，其基础的健康安全值得高度关注。

1.3.2 钢筋及钢结构的腐蚀

钢筋及钢结构的腐蚀主要是电化学腐蚀，在海水或某些土壤中存在的氯离子，是化学腐蚀的主要导体，所以沿海地区、盐土地区的钢筋混凝土结构或钢结构易于产生电化学腐蚀;海风中的水滴载有大量氯离子，使近海的电厂钢结构发生腐蚀。此外，混凝土的长期碳化，使其碱性逐步消失，进而造成钢筋表面的保护膜破坏，使钢筋遭受碳化腐蚀。

1.4 渗漏

建(构)筑物的渗漏也是常见病症。屋面和卫生间是最易发生渗漏的部位，其次是墙面。渗漏不但影响建筑的使用功能，而且会造成钢筋腐蚀，大大降低其耐久性，所以应及时检测就医。

对于重要水工结构如水库、坝体的裂缝渗漏，如果不及时评估防范，后果更为严重。

1.5 结构变形或连接缺陷

结构变形主要有梁类构件挠度增加，主梁或桁架侧向弯曲，柱顶倾斜和基础不均匀沉降等。建筑结构的较大变形不但预示结构的承载力降低，而且改变了结构的受力状态，当变形达到一定程度后，会使结构产生裂缝，严重影响其使用功能。

连接缺陷指构件与构件之间、构件与连接件之间的连接方式不当，其构造存在严重缺陷，焊缝、螺栓、铆钉等各种连接处有明显变形、滑移、局部拉脱或剪坏。连接缺陷将会造成建筑物局部破坏，严重时甚至整体垮塌。

2 影响建(构)筑物健康的因素

电厂建(构)筑物是否真正牢固，是否能够完成预期的使命，是技术管理工作的重心所在。建(构)筑物实际具有的可靠性，既取决于勘测设计、施工阶段形成的先天因素，也取决于生产使用阶段的后天维护保养，任何先天和后天的失误、错误都可能降低建(构)筑物的安全可靠性，甚至导致工程事故的发生。

2.1 勘察设计中的问题

地质勘测粗糙，未发现地下隐患或有害地质，致使地基产生不均匀沉降。

我国20世纪因过分强调节约和低标准，结构设计的安全系数普遍偏低，缺乏耐久性设计，使结构的耐久性和安全性大打折扣，难以抵御地震或其他外部介质的侵袭。

在结构设计中，缺乏结构整体坚固性设计。对整体坚固性设计主要通过结点构造或增加构造钢筋来实现，而这部分多以符合设计规范的构造要求为限，同时，未给结构留有充分的变形余地，因而结构的整体坚固性成了其中的薄弱环节，当遇到应力集中、或因温湿度变化使结构发生变形时，很易产生裂缝，从而使结构耐久性遭受重大损失。

2.2 施工中的问题

施工质量差会直接影响结构耐久性，如，原材料不合格、混凝土不密实、混凝土未达要求等级、养护不到位、钢结构焊接和防锈质量差、砌体的砌筑不符和要求等等。施工质量差主要原因有施工建筑人员质量意识不强，管理水平不高，甚至个别企业偷工减料等，这就使建(构)筑物在施工过程中潜伏了大量质量隐患，势必降低其使用寿命。此外，片面追求施工进度而忽视工程进度的客观规律，没给结构留下必要的变形时间，会产生大量的变形裂缝，同样会使结构耐久性受损。

2.3 使用维护中的问题

“正常使用”和“正常维护”是结构可靠性设计的前提，只有在这样的前提下才能保证实现预期的目标，这是结构设计对建筑物使用阶段提出的基本要求。在实际使用环境中，可能存在着设计时难以预先考虑或被忽视的因素，需要使用阶段的管理和维护，减轻或避免他们对建筑物性能和可靠性的不利影响。设计、施工中遗留下来的质量缺陷，需要通过使用阶段的管理和维护来弥补。建筑物中存在的各种隐患，也只有通过使用阶段的管理和维护才能被及时发现和消除。建筑物本身存在着性能衰退现象，也难免遭受人为的损伤，客观上需要通过使用阶段的管理和维护来控制。

3 电厂建(构)筑物健康监测体系构建

由于勘测设计、施工使用中各种因素对电厂建(构)筑物结构健康安全的影响，开展电厂建(构)筑物健康监测的研究是很有必要的。

3.1 电厂建(构)筑物健康监测研究的国内外现状

电厂建(构)筑物健康监测研究在电力行业内还是一个空白，其前沿技术是结构健康监控技术。监测是指对结构状况或作用所进行的经常性或连续性的观察或测量。目前，我国还未建立对工业民用建筑的定期监测制度，仅知部分桥梁结构有长期的监测工作以了解其服役情况。针对电厂建(构)筑物出现的老化、开裂、磨损、腐蚀等安全隐患，电厂建(构)筑物加强健康监测，开展技术监督，建立“健康档案”同样是很有必要的。

3.2 电厂建(构)筑物健康监测是一个系统工程

电厂建(构)筑物健康监测是一个系统体系，要结合勘测设计阶段、施工阶段、维护使用等阶段，针对影响建(构)筑物健康的各因素“对症下药”。

(1)勘察设计阶段。针对勘察设计阶段的特点，重点加强对建(构)筑物地质条件、基础类型、重要设计参数、基础混凝土及重要钢结构的抗腐蚀措施的研究审核及评定。

(2)施工阶段。业主单位和施工单位是不同的利益主体，作为业主单位，需要加强施工过程中的质量监测，对于混凝土强度、钢结构防腐质量等重要项目要加强定期抽样检测。对施工质量有怀疑或争议，需通过检测评估分析结构的可靠性;当发生质量事故，要通过检测，分析事故原因及对结构可靠性的影响。

(3)维护使用阶段。按照全寿命周期的概念，重点加强对建(构)筑物使用过程中的维护管理，建立建(构)筑物“健康档案”，进行定期维护监测，弥补电力技术监督的盲点。该阶段工作包括定期的普查维护监测及重要变更后的重点监测，如结构大修前、改变用途、改造、加层或扩建前，达到设计使用年限需要继续使用，以及受到灾害、环境侵蚀等影响时的监测。

3.3 电厂建(构)筑物健康监测的重点

电厂建(构)筑物很多，广义上讲，需要全面普查掌控，但这需要相当的财力、物力、人力，所以更需要结合电厂运行实际，抓关键、抓重点。

(1)维护使用阶段是重点。健康监测作为一个系统体系需要从设计阶段、施工阶段、维护使用阶段统一进行思考。鉴于维护使用阶段历时长，人们易忽视，所以维护使用阶段是健康监测研究的重点。

(2)定期普查监测是重点。电厂的生产运营中，建(构)筑物改造、改变用途、达到设计使用年限的情况少;受到地震、火灾等灾害影响的概率小但损失大。所以进行定期普查监测，把电厂建(构)筑物的运行状态随时掌握在预控中，是健康监测研究的重点。

(3)关键建(构)筑物是重点。电厂建(构)筑物很多，有以下几个关注重点:混凝土结构(如主厂房、汽轮机基座等)、钢结构、烟囱水塔、重要水工结构、电厂其他常见缺陷如防水渗漏等。

(4)建(构)筑物实用性是重点。结构施工完成后，只要质量合格，其结构的安全性可能能保持几十年，但其中一些构件的使用年限就不会那么长，所以在建筑的安全性、可靠性、实用性中，构件的实用性是健康监测研究的重点。

4 电厂建(构)筑物健康监测的实践探索

开展电厂建(构)筑物健康监测是一项实践性非常强的工作。根据火电厂运行管理实际状况及建(构)筑物特点，我们将电厂建(构)筑物分为水工建(构)筑物和一般建(构)筑物两类进行监测管理。

4.1 水工建(构)筑物的监督与管理

水工建(构)筑物主要包括取水、输水、排水、蓄水、冷却塔等设施及港口、水库和贮灰场等。

火电厂水工技术监督是《DL/T 1051-2007电力技术监督导则》规定的发电企业十二项主要技术监督内容之一，但水工技术监督工作的开展缺乏规范化、系统化，相比其他专业的技术监督，水工技术监督还有些不足。为明确火电厂水工技术监督工作的相关内容、方法及要求，国华公司初步编制了《火电厂水工技术监督导则》。水工技术监督包括日常巡视检查与监测、定期检测或安全鉴定以及专项检测。通过监测及时掌握建(构)筑物的技术状态。在日常巡视检查和监测中，发现建(构)筑物存在异常状况，影响其正常运行或发生突发事件时，应进行专项检测。

4.1.1 取水、输水及排水设施

取水、输水及排水设施主要包括:取水头部，水闸，进水间(含滤网间)，泵房，渠道、箱涵和管道、排水口及相关辅助设施。监督内容主要包括:结构的位移、变形、破损、腐蚀;水(潮)位、水体悬浮物、水下地形冲淤;冰凌壅塞等情况。

4.1.2 蓄水设施

火电厂各种用水和水处理过程中的蓄水池，包括循环水池、沉淀池和过滤池以及消防水池、生活用水水池、尾水池等。监督内容主要包括池壁、底板裂缝和渗漏状况，防腐蚀措施状况，池内有无淤积物，池外防护措施状况等。

4.1.3 冷却塔

冷却塔的检查部位可分为塔筒、塔心、支柱框架及其他部件等。监督内容包括混凝土结构的安全状况、防水、防冻和防腐蚀措施状况、塔芯配水系统、淋水填料状况、其他附属配件状况等。

4.1.4 港口

港口设施主要包括码头，港池、航道、锚地，防波堤及护岸等。监督内容主要包括:码头结构的安全状况;港池、航道、锚地的运行水深和泥沙淤积状况以及附属设施的完整状况等。

4.1.5 水源水库

水源水库包括坝体、坝基和坝肩、引水及泄水建筑物、近坝区岸坡、闸门及启闭机等主要结构。监督内容包括变形监测，渗流监测，水文、气象监测等。

4.1.6 贮灰场

贮灰场可分为湿式驻灰场和干式驻灰场，水工监督对象为灰坝，灰渣排放、抑尘喷洒设施及现场碾压系统，排水及灰水回收系统等。

4.2 其他土建建(构)筑物的监督与管理

电厂建(构)筑物很多，除以上水工建(构)筑物外，还有很多建(构)筑物需要监测。主要包括，主厂房，锅炉、汽轮机等重要设备基础，烟囱，储煤罐、封闭煤场，化水、脱硫脱销、燃料、除灰除渣等系统的建(构)筑物及附属生产设施等建(构)筑物。

为加强对既有建筑的技术管理，适应建(构)筑物安全使用和维修改造的需要，不仅需要进行经常性的管理维护，而且需要进行定期或应急的可靠性鉴定。针对平时需要侧重对电厂建(构)筑物的日常管理，提出开展火电厂土建技术监督的构想，构建建(构)筑物健康监测体系，建立电厂建(构)筑物终身“健康档案”，为后期评估、维护、使用提供基础信息。

5 电厂建(构)筑物健康监测研究的重要意义

通过开展电厂建(构)筑物健康监测研究，可以提高对结构健康安全可靠性的认识。通过开展水工、土建技术监督管理工作，建立建筑结构的定期维护制度，改变电厂建(构)筑物缺乏定期维护现状，掌握重点建(构)筑物的安全状态，可以进一步弥补电力技术监督的盲点，填补国内建(构)筑物安全管理的空白，进而夯实电厂本质安全的管理基础。加强建(构)筑物安全维护管理，及时评估预测电厂建(构)筑物的潜在风险，可以减少可能的事故隐患和危害，避免重大结构事故和人员财产损失。更深一步的研究和实践，可推动行业乃至国家在建(构)筑物定期监测方面的制度化和规范化建设。

［1］ 袁慎芳.结构健康评估［M］.北京:国防工业出版社，2007.

［2］ 冯文元，冯志华.建筑结构检测与鉴定实用手册［M］.北京:中国建材工业出版社，2007.

［3］ 卜良桃，周锡全.工程结构可靠性鉴定与加固［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［4］ GB50144-2008工业建筑可靠性鉴定标准［S］