鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)檢測(cè)研究

李　鵬

(北京首創(chuàng)股份有限公司，北京　100028)

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鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)檢測(cè)研究

李鵬

(北京首創(chuàng)股份有限公司，北京100028)

摘要：分析了影響鋼筋混凝土水池正常使用的因素，從資料、外觀、材料性能、地基、承載力等方面，提出了鋼筋混凝土水池的檢測(cè)方法，解決了判定鋼筋混凝土水池能否繼續(xù)使用的問題。

關(guān)鍵詞：水池，鋼筋混凝土，結(jié)構(gòu)檢測(cè)，結(jié)構(gòu)內(nèi)力

1概述

鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)應(yīng)用于盛水構(gòu)筑物，常見于市政水處理設(shè)施(自來水廠及污水廠的水處理構(gòu)筑物)、工業(yè)及民用儲(chǔ)水構(gòu)筑物。鋼筋混凝土水池常年處于易腐蝕環(huán)境中，尤其是污水處理工程中的鋼筋混凝土水池更是與腐蝕性液體直接接觸。這就造成了鋼筋混凝土水池容易出現(xiàn)被腐蝕的情況，降低了鋼筋混凝土水池的使用壽命。較早建成的污水處理構(gòu)筑物中的鋼筋混凝土水池被腐蝕的情況更加嚴(yán)重。要鑒定被腐蝕或者使用年限較長(zhǎng)的鋼筋混凝土水池是否能夠繼續(xù)正常使用，就需要對(duì)該類鋼筋混凝土水池進(jìn)行檢測(cè)。

2檢測(cè)內(nèi)容

《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定,檢測(cè)應(yīng)包括地基基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。對(duì)鋼筋混凝土水池而言，由于其沒有圍護(hù)結(jié)構(gòu)，故檢測(cè)只包括地基基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。對(duì)地基基礎(chǔ)的檢測(cè)主要包括：沉降量、上部結(jié)構(gòu)傾斜、扭曲和裂損情況。對(duì)上部結(jié)構(gòu)的檢測(cè)主要包括：結(jié)構(gòu)整體性；結(jié)構(gòu)材料性能；結(jié)構(gòu)缺陷、損傷和腐蝕；結(jié)構(gòu)變形等。另外，《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中也對(duì)鋼筋分項(xiàng)工程及混凝土分項(xiàng)工程的質(zhì)量驗(yàn)收做了規(guī)定。

相關(guān)規(guī)范中規(guī)定，對(duì)一般鋼筋混凝土水池進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)進(jìn)行以下項(xiàng)目的計(jì)算：

1)地基承載力計(jì)算。

2)抗浮計(jì)算。

3)水池正常使用極限狀態(tài)及承載力極限狀態(tài)計(jì)算。

根據(jù)以上規(guī)范所規(guī)定的內(nèi)容，我們可以總結(jié)出鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)檢測(cè)的檢測(cè)項(xiàng)目：

1)資料檢查。對(duì)已有地質(zhì)勘察報(bào)告、設(shè)計(jì)文件、材料質(zhì)量文件、工程驗(yàn)收文件進(jìn)行檢查。

2)外觀檢查。對(duì)鋼筋混凝土水池池體進(jìn)行外觀檢查，檢查其結(jié)構(gòu)尺寸、是否存在蜂窩麻面、混凝土脫落、露筋空洞、機(jī)械損傷、裂縫、止水帶破損等情況。

3)材料性能檢查。對(duì)混凝土碳化深度、混凝土強(qiáng)度、鋼筋強(qiáng)度、鋼筋配筋率等進(jìn)行檢查。

4)地基檢查。必要時(shí)對(duì)鋼筋混凝土水池所作用的地基進(jìn)行取樣，檢測(cè)其土質(zhì)構(gòu)成及承載力。

5)承載力校核。分別校核最不利工況下地基承載力、鋼筋混凝土水池抗浮能力、鋼筋混凝土水池主體結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)和承載力極限狀態(tài)是否滿足規(guī)范要求。對(duì)于某些形式的鋼筋混凝土水池，如擋水墻式、扶壁式的鋼筋混凝土水池，還需校核壁板的抗傾覆能力和抗滑移能力。

3檢測(cè)方法

3.1資料檢查

資料檢查要求通過已有資料的檢查，了解原設(shè)計(jì)的合理性、原設(shè)計(jì)中各參數(shù)的取值、施工質(zhì)量的優(yōu)劣、建筑材料是否符合設(shè)計(jì)要求。

其中需要檢查的已有資料主要有：地質(zhì)勘察報(bào)告、樁基檢驗(yàn)報(bào)告、結(jié)構(gòu)施工圖、結(jié)構(gòu)計(jì)算書、工程質(zhì)量驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、鋼筋質(zhì)量報(bào)告、混凝土質(zhì)量報(bào)告、止水帶質(zhì)量報(bào)告等。

其中需要了解的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：地基土質(zhì)情況(是否有濕陷性黃土等不利地質(zhì)情況)、地基土承載力、地下水位、最不利工況下的荷載取值、鋼筋等級(jí)、混凝土標(biāo)號(hào)等。

3.2外觀檢查

可通過肉眼對(duì)蜂窩麻面、混凝土脫落、露筋空洞、機(jī)械損傷、止水帶破損等情況進(jìn)行檢查。

對(duì)于鋼筋混凝土水池主體結(jié)構(gòu)傾斜可通過經(jīng)緯儀進(jìn)行檢查。對(duì)于水池主體結(jié)構(gòu)的變形撓度可通過經(jīng)緯儀或者千分表進(jìn)行檢查。電子經(jīng)緯儀的精度可以達(dá)到2″,千分表的精度可達(dá)到0.01 mm，能夠滿足檢測(cè)對(duì)于精度的要求。

對(duì)于水池主體結(jié)構(gòu)裂縫的觀測(cè)，可以通過肉眼觀測(cè)。當(dāng)裂縫較小時(shí)，可以通過裂縫觀測(cè)儀進(jìn)行觀測(cè)。裂縫觀測(cè)儀的裂縫測(cè)量范圍是0 mm～6 mm，測(cè)量精度是0.01 mm，能夠滿足檢測(cè)對(duì)于精度的要求。

需要指出的是，主體結(jié)構(gòu)傾斜、裂縫、變形的檢查都應(yīng)在水池結(jié)構(gòu)處于最不利荷載作用下進(jìn)行檢測(cè)。

3.3材料性能檢查

對(duì)于混凝土標(biāo)號(hào)的檢查，目前一般通過取芯或混凝土回彈儀進(jìn)行檢查。

混凝土取芯是指在混凝土結(jié)構(gòu)中取直徑為100 mm的標(biāo)準(zhǔn)芯試塊進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，以確定混凝土強(qiáng)度。進(jìn)行混凝土取芯時(shí)，應(yīng)符合《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》。

對(duì)于鋼筋配筋率的檢查可以采用多功能鋼筋監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行檢查。該工具還可以檢查鋼筋的銹蝕率。

3.4地基檢查

一般情況，建成時(shí)間較長(zhǎng)的水池通過檢查水池池壁的傾斜程度、水池的沉降量來判斷地基承載力是否符合要求。

若水池建成時(shí)間較短，或者水池沉降量、傾斜程度不符合規(guī)范要求，我們還要通過類似地質(zhì)勘察的方法對(duì)地基土進(jìn)行取樣，通過試驗(yàn)來確定地基土實(shí)際的地基承載力。

3.5承載力校核

采用靜載試驗(yàn)的方法，對(duì)鋼筋混凝土水池施加最不利荷載，測(cè)量加載后水池(主要是池壁)主要控制點(diǎn)的位移、應(yīng)變。通過計(jì)算軟件計(jì)算水池結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求結(jié)合試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，來驗(yàn)算結(jié)構(gòu)承載力。

一般情況下，水池的靜載試驗(yàn)是通過滿水試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的。滿水試驗(yàn)時(shí)，注水應(yīng)分三次進(jìn)行，且每次注水的水量不應(yīng)超過設(shè)計(jì)水量的1/3。

池壁應(yīng)變的測(cè)量一般采用應(yīng)變計(jì)進(jìn)行。應(yīng)變計(jì)的位置一般在池壁底部、中部、水池角隅處，因?yàn)檫@幾處一般是鋼筋混凝土水池配筋的控制位置。

鋼筋混凝土水池內(nèi)力分析的主要步驟有：

1)根據(jù)應(yīng)變計(jì)測(cè)得的應(yīng)變，通過Δσ=E·Δε計(jì)算出所測(cè)構(gòu)件的應(yīng)力。

2)通過有限元軟件(ANSYS、邁達(dá)斯等)計(jì)算出構(gòu)件應(yīng)力。

3)通過實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力的比較，來分析承載力狀況。實(shí)測(cè)應(yīng)力的變化趨勢(shì)應(yīng)與計(jì)算應(yīng)力的變化趨勢(shì)相符，這才能表明試驗(yàn)的模擬情況較為真實(shí)。若實(shí)測(cè)應(yīng)力的變化趨勢(shì)與計(jì)算應(yīng)力的變化趨勢(shì)不相符，則試驗(yàn)失效。在趨勢(shì)相似的情況下，若試驗(yàn)應(yīng)力小于計(jì)算應(yīng)力，則表明結(jié)構(gòu)承載力有富余量，結(jié)構(gòu)偏安全。若試驗(yàn)應(yīng)力大于計(jì)算應(yīng)力，則結(jié)構(gòu)承載能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)偏不安全。

另外，結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析還可利用較為簡(jiǎn)便的彎矩計(jì)算工具(如理正結(jié)構(gòu)工具箱)通過對(duì)比結(jié)構(gòu)彎矩來校核承載力。軟件計(jì)算的構(gòu)件彎矩記為M1，試驗(yàn)測(cè)得的彎矩記為M2。若M2M1，則結(jié)構(gòu)偏不安全。

M2的計(jì)算公式如下：

M2=Δσ·I/y。

其中：

Δσ=E·Δε。

其中，E為鋼筋混凝土的等效彈性模量,E=(E1I1+E2I2)/I;E1為混凝土彈性模量;I1為混凝土截面慣性矩;E2為鋼筋彈性模量;I2為鋼筋截面慣性矩;I為鋼筋混凝土截面慣性矩。

另外E的計(jì)算還可由E=B/I計(jì)算得出。其中B為鋼筋混凝土構(gòu)件剛度，其計(jì)算公式可參見相關(guān)規(guī)范。

4檢測(cè)實(shí)例

江蘇某工業(yè)水廠建成8年后一直未運(yùn)營，現(xiàn)需開始運(yùn)營，為保證結(jié)構(gòu)的安全性，對(duì)其結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行檢測(cè)。水廠采用混凝→沉淀→過濾的傳統(tǒng)工藝，主要盛水構(gòu)筑物有混凝沉淀池、濾池、清水池、輸水泵房。

通過資料檢查，核對(duì)了水廠的地質(zhì)勘察報(bào)告、設(shè)計(jì)文件、竣工資料、質(zhì)量報(bào)告，未發(fā)現(xiàn)明顯瑕疵，原設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求。通過外觀檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)構(gòu)筑物主體結(jié)構(gòu)有明顯傾斜、蜂窩麻面、機(jī)械損傷、

露筋及止水帶破損等情況。

通過混凝土回彈，混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，混凝土強(qiáng)度為C30。通過鋼筋檢測(cè)儀檢測(cè)，鋼筋配筋率符合要求，并且未發(fā)現(xiàn)被腐蝕。

通過滿水試驗(yàn)過程中的裂縫觀測(cè)，池體裂縫寬度小于0.15 mm,符合規(guī)范要求。滿水試驗(yàn)后，池體無明顯傾斜，變形。通過對(duì)比現(xiàn)狀池頂標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高，池體沉降量符合規(guī)范要求。

通過驗(yàn)算，本水廠各構(gòu)筑物地基承載力、抗浮能力符合規(guī)范要求。

本水廠濾池池壁高5 m，長(zhǎng)30 m，厚0.4 m，池內(nèi)常水位4.5 m，可按照擋水墻考慮。其滿水試驗(yàn)主要檢測(cè)控制點(diǎn)為池壁根部、常水位中部池壁。此兩點(diǎn)所測(cè)彎矩M2及計(jì)算所得彎矩M1如表1所示。

分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，彎矩實(shí)測(cè)值M2與彎矩計(jì)算值M1均呈直線分布，分布情況一致，說明試驗(yàn)數(shù)據(jù)是可信的。且M2為M1的80%左右，說明結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力尚有富余，承載力符合規(guī)范要求。

本水廠最終的檢驗(yàn)結(jié)果為水池結(jié)構(gòu)符合規(guī)范要求，可以繼續(xù)使用。

5結(jié)語

通過檢測(cè)鋼筋混凝土水池的已有資料、外觀、材料性能、地基承載力、承載能力，可以鑒定已有鋼筋混凝土水池是否符合規(guī)范要求。通過本文的研究，為水池提供了一個(gè)較為簡(jiǎn)便、科學(xué)的檢測(cè)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 50144—2008，工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn).

[2]GB 50204—2015，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范.

[3]GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[4]GB 50069—2002，給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[5]CECS 138∶2002，給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[6]給水排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[7]CECS 03∶2007，鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程.

[8]GB 50007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[9]JGJ 8—2007，建筑變形測(cè)量規(guī)范.

Research on pool structure detection of reinforced concrete

Li Peng

(BeijingCapitalGroupLimitedCompanybyShare,Beijing100028,China)

Key words:pool, reinforced concrete, structure detection, structural internal force

Abstract:This paper analyzed the factors influence of the normal use of reinforced concrete pool, from the material, appearance, material properties, foundation, bearing capacity and other aspects, put forward the detection method of reinforced concrete pool, solved the problems assessment the reinforced concrete pool could or not continue to use.

文章編號(hào)：1009-6825(2016)14-0024-02

收稿日期：2016-03-06

作者簡(jiǎn)介：李鵬(1983- )，男，工程師

中圖分類號(hào)：TU317

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A