变电站中混凝土短柱问题原因及其预防措施

郑华英

摘要：变电站是供配电网的基础建筑物，需要满足相关设备安装与运维空间尺寸与结构稳定。然而，在实际的建设过程中由于混凝土施工工艺与技术管理等方面的问题，容易产生部分短柱问题。该问题的产生不仅破坏了建筑的总体稳定性，更是从抗震、应力等指标上形成显著的削减。为此，本文重点分析变电站中混凝土短柱问题的产生原因。并基于加固技术对其预防措施进行探讨。希望通过本文研究能够为后续的相关施工建设与旧有变电站加固升级提供必要基础。

关键词：变电站；混凝土；短柱问题；成因；预防措施

一、概述

变电站在建设的过程中需要为其内的设备提供足够的安装与运行空间。尤其是大型变电站对于建筑的空间要求更为苛刻。故而在实际的建设施工过程中多以混凝土框架结构作为建设依据。而由于混凝土施工技术以及现场管理等多方面原因，会产生一系列不遵从问题。其中混凝土短柱问题比较常见，且对于建筑的总体结构性指标的影响较为显著。

针对这一问题，国内专家学者开展了广泛的研究。而研究的要点也多集中在商业建筑、民用建筑等领域。虽然从一定程度而言，变电站建筑结构与商业建筑存在一定的相似性。但是，这种缺乏针对性的研究依旧存在一定的问题。并为本文的研究提供了必要的空间。

基于上述背景，本文以变电站建筑工程为例，探究其中可能存在的混凝土短柱问题。在系统分析与总结其成因及可能危害的前提下。对基于加固手段的规避策略进行分析。希望在本文的研究框架与结论下，能够找到为后续的工作提供实践指导的基本性结论，更好的发挥混凝土短柱加固的工程实践价值。

二、混凝土短柱成因及其危害

根据建筑结构设计规范的相关规定，混凝土柱的净高比小于4的被认定为短柱。由于变电站的结构性问题，其建筑举架要求相对较低，故而在实际构建过程中常见短柱等结构特征。而从短柱的建筑应用角度来看，其存在显著的指标性特征。如剪跨比相对较小，反弯点接近终点等。

从现阶段的应用实践中来进行分析，短柱由于其形态问题而容易产生施工质量等不遵从现象。从其成因角度来进行分类大致可以分为如下二种：一是混凝土技术层面的源发性问题。由于混凝土短柱净高比相对较小，其总体形态呈现出“短粗”特征，进而导致其柱体的相对混凝土厚度较大。在混凝土凝固的过程中容易形成自内而外的膨胀现象，从而产生更多的裂缝。另一方面则是混凝土跨径的增加容易使得其自身形成一定的大体积混凝土特征，进而对于搅拌的要求有所提高。而在实际的施工过程中，很多过程没有加以此方面注意，故而形成了技术层面的不遵从；二是管理方面的不足。由于其混凝土总量相对较少，且施工高度相对较低，在实际灌浆的过程中容易形成利用人工对机械的替代。这也进一步增加了人为扰动可能造成的影响，以及管理难度的增加。由于管理不到位或者技术交底不彻底而形成的人工施工管理不遵从现象也会导致短柱的质量问题。值得我们格外注意的是，在部分变电站短柱施工中所采用施工技术与施工管理模式依据普通民用建筑或者工业建筑的标准来进行，显然缺乏了针对性。

从上述的原因分析我们发现短柱施工所容易产生的问题的原因主要来源于两个方面。而在问题存续的现状下则会对变电站产生一定的危害。具体表现为如下四个方面：

第一，产生斜拉破坏。由于问题的存在而使得短柱在水平荷载下的剪拉区被客观缩短，进而在面对设计强度时容易产生斜裂缝。

第二，产生斜压破坏。当斜拉裂缝产生后，水平压力无法进行有效的传导，进而产生沿斜拉裂缝的水平夹角，容易形成压裂破坏。

第三，产生剪拉破坏。与斜拉破坏产生的机理相同。柱段局部的斜向裂缝同样使得其剪拉应力无法由整体的短柱进行合理承担。甚至出现短柱与基底之间的脱离。故而在箍筋未屈服的情况下，也存在同等的约束减小效应。表现为宏观表面上则为裂缝的扩大，甚至是垂直层面的剪压破坏。

第四，产生粘结破坏。在载荷不变的情况下，由于柱体主体工程质量的确实而产生竖向裂缝。尤其是竖向裂缝与水平斜拉裂缝存在交叉时，则会使得混凝土内部裂缝布满短柱体内，从而在混凝土横向膨胀力的作用下形成崩塌。即使没有出现最为严重的后果，此种粘结破坏也会使得短柱应力水平急剧的下降。

三、变电站混凝土短柱预防措施

在上文的分析中，我们对变电站混凝土短柱问题产生的原因及其危害进行了具体的分析。为了对该问题进行有效的预防我们需要在施工以及维护过程中注重对短柱的加固。具体而言，可以从如下三个方面进行构建：

首先，通过斜缠的方式增加箍筋束缚力。以横截面5根钢筋为例，即采用15；52；24；43；35；51；15的循环顺序逐次向上进行复试螺旋箍筋捆绑。或者采用立体箍筋的方式来进行总体箍筋强化。通过此种模式能够有效的提升混凝土短柱工艺的质量水平；

其次，在混凝土的应用过程中可以采用应力支撑效果更好的钢纤维混凝土来进行浇筑。此种混凝土选择与应用的模式，能够极大的提升混凝土的剪力参数，且提升混凝土与内部龙骨之间的粘结效力。

最后，在针对旧有问题短柱的维护方面，我们需要实时监控短柱表面的裂缝情况，并采用诸如红外线等手段分析其内部裂缝信息，判断是否需要进行加固维护。再具体的维护过程中则可以采用外部抱箍的方式来防止其水平膨胀而带来的粘结力失效等问题。同时也可以采用高压定点喷灌的方式对已有裂缝进行处置。

四、总结

变电站由于其建筑特性的影响而导致存在一定的短柱。短柱在混凝土施工方面与传统建筑存在一定的差异。此种差异在实际的施工管理过程中极易产生短柱问題。而该问题产生的原因主要包括了技术源发性因素与人为因素等两个方面。本文在针对原因的系统总结基础上，对基于加固的预防措施进行了建议。希望能够为后续的实践提供必要的帮助。

参考文献：

[1]李忠辉.变电站等工业建筑混凝土结构中常见的短柱问题及其改善措施[A].云南电网公司、云南省电机工程学会.2011年云南电力技术论坛论文集（入选部分）[C].云南电网公司、云南省电机工程学会，2011：5.

[2]李忠献，袁文章，郝永昶.工业与民用钢筋混凝土建筑中的短柱问题与分体柱技术[J].工业建筑，2016，（11）：5254.