單筒式鋼筋混凝土煙囪可靠性鑒定及加固分析

任廷選 王 勇 徐海軍

(甘肅省建筑科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

鋼筋混凝土煙囪由于其良好的抗震性能及耐久性，已被廣泛應(yīng)用于電力、冶金等行業(yè)。但由于施工設(shè)備和施工質(zhì)量管理體制不健全，生產(chǎn)工藝措施不當(dāng)?shù)榷喾矫嬉蛩兀又摻罨炷帘旧硪彩且环N非均勻的非線性工程材料，會導(dǎo)致部分煙囪建成后不久，出現(xiàn)不同程度的損傷、混凝土碳化、承載力明顯下降、筒壁開裂等現(xiàn)象，輕者影響到工藝生產(chǎn)，重者危及到周圍建筑物群及人的生命財產(chǎn)安全。因此對鋼筋混凝土的破損評估和質(zhì)量檢測鑒定以及采取相應(yīng)的措施已成為當(dāng)前工程建設(shè)中一個重要的課題。某電廠單筒式鋼筋混凝土煙囪位于甘肅河西地區(qū)，自2013年4月開工建設(shè)，2015年11月筒身完工，未投入使用，總高度為100 m。混凝土基礎(chǔ)及筒壁均采用現(xiàn)場自拌混凝土，內(nèi)襯采用耐酸膠泥砌筑耐酸磚，煙囪基礎(chǔ)設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級采用C40，筒壁65.0 m以下采用C40，65 m～100.0 m采用C30。筒壁保護(hù)層厚度為30 mm。筒身外設(shè)置了兩個環(huán)向鋼結(jié)構(gòu)平臺，一道鋼爬梯，鋼爬梯未完成施工。煙囪外貌見圖1。該煙囪自2013年4月開工建設(shè)，2015年11月筒身完工，未投入使用。

1 現(xiàn)場檢測

1)煙囪筒身混凝土強(qiáng)度檢測：受現(xiàn)場條件限制，本次檢測僅在20 m以下采用回彈法對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果表明，所檢測部位混凝土強(qiáng)度均低于設(shè)計強(qiáng)度的要求。

2)筒身鋼筋檢測：檢測結(jié)果表明，該煙囪筒壁外側(cè)環(huán)向、豎向鋼筋間距分布不均勻，但基本與設(shè)計圖紙相符。

3)混凝土碳化深度檢測：檢測結(jié)果表明，該煙囪筒壁混凝土碳化深度為6 mm～7 mm。

4)鋼筋保護(hù)層厚度檢測：檢測結(jié)果表明，該煙囪筒壁鋼筋保護(hù)層厚度在20 mm左右，均小于設(shè)計保護(hù)層厚度30 mm的要求。

5)筒壁混凝土外觀質(zhì)量：經(jīng)現(xiàn)場檢查，該煙囪混凝土外觀質(zhì)量較差，尤其在澆筑接槎部位，麻面現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

6)裂縫檢測：經(jīng)現(xiàn)場檢查，該煙囪筒壁澆筑接槎部位存在水平裂縫，裂縫寬度在0.05 mm～0.1 mm之間。

7)變形觀測：現(xiàn)場采用電子經(jīng)緯儀對該煙囪傾斜進(jìn)行觀測，觀測方法為前方交會法，見圖2。

檢測結(jié)果見表1。

表1 傾斜觀測結(jié)果

檢測結(jié)果表明，該煙囪傾斜滿足規(guī)范的要求。

8)內(nèi)襯與隔熱層檢查。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該煙囪還未投入使用，現(xiàn)場檢查過程中未發(fā)現(xiàn)明顯損傷、變形及缺陷。

9)附屬設(shè)施檢測：根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該煙囪在標(biāo)高65.0 m，93.75 m分別設(shè)置平臺，現(xiàn)場使用望遠(yuǎn)鏡觀察，平臺與筒壁連接完好，未發(fā)現(xiàn)明顯銹蝕、變形及缺損。但該煙囪爬梯未完成施工，未完成高度距地面約30 m，且底部爬梯與煙囪筒壁未形成有效連接，煙囪積灰平臺局部模板未完全拆除。

10)腐蝕檢測：根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，煙囪未投入使用，未發(fā)現(xiàn)明顯鋼筋銹蝕、混凝土腐蝕。

2 計算分析

2.1 計算參數(shù)

本次模擬計算分析采用PKPM軟件進(jìn)行建模計算，主要參數(shù)見表2,表3。

表2 主要計算參數(shù)表

表3 主要材料參數(shù)表

2.2 作用效應(yīng)組合

該煙囪荷載作用效應(yīng)組合按照《煙囪設(shè)計規(guī)范》第3.1條相關(guān)規(guī)范進(jìn)行取值。

2.3 計算結(jié)果

1)煙囪筒壁內(nèi)外側(cè)豎向、環(huán)向鋼筋配筋率均滿足最小配筋率的要求。

2)在荷載標(biāo)準(zhǔn)值和溫度共同作用下混凝土與鋼筋應(yīng)力以及溫度作用下鋼筋應(yīng)力均滿足規(guī)范限值的要求。

3)根據(jù)裂縫驗算結(jié)果，該煙囪5.0 m～22.5 m范圍內(nèi)水平最大裂縫和垂直最大裂縫均不滿足《煙囪設(shè)計規(guī)范》規(guī)定限制的要求。

3 可靠性鑒定評級

根據(jù)《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，煙囪的可靠性鑒定，按地基基礎(chǔ)、筒壁及支承結(jié)構(gòu)、隔熱層和內(nèi)襯、附屬設(shè)施四個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行。

3.1 地基基礎(chǔ)可靠性評級

按照《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的要求，地基基礎(chǔ)可靠性按照地基基礎(chǔ)安全性和使用性，經(jīng)綜合分析，評定為A級。

3.2 筒壁及支承結(jié)構(gòu)可靠性評級

1)筒壁及支承結(jié)構(gòu)安全性評級。根據(jù)《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，該煙囪筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的安全性等級應(yīng)按承載能力、構(gòu)造和連接、裂縫三個項目進(jìn)行，并取其中較低的評定等級作為筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的安全性等級，經(jīng)綜合分析，評定為C級。

2)筒壁及支承結(jié)構(gòu)使用性評級。根據(jù)《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，該煙囪筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的使用性等級應(yīng)按損傷、裂縫和傾斜三個項目進(jìn)行，并取其中較低的評定等級作為筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的使用性等級。經(jīng)綜合分析，該煙囪筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的使用性評定為B級。

根據(jù)以上評定結(jié)果，經(jīng)綜合分析，該煙囪筒壁及支撐結(jié)構(gòu)可靠性評定為B級。

3)隔熱層和內(nèi)襯可靠性評級。根據(jù)《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，該煙囪隔熱層和內(nèi)襯的安全性等級應(yīng)按構(gòu)造連接和損壞兩個項目進(jìn)行，并取其中較低的評定等級作為隔熱層和內(nèi)襯的安全性等級。經(jīng)綜合分析，該煙囪隔熱層和內(nèi)襯的安全性等級評定為A級。

4)附屬設(shè)施可靠性評級。按照《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，附屬設(shè)施可靠性等級按照安全性和使用性兩個項目進(jìn)行，并取其中較低的評定等級作為附屬設(shè)施可靠性等級。經(jīng)綜合分析，該煙囪附屬設(shè)施可靠性評定為B級。

5)腐蝕評級。按照《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，經(jīng)綜合分析，該煙囪腐蝕評定為A級。

6)鑒定單元可靠性評級。根據(jù)《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，將該煙囪作為一個鑒定單元，根據(jù)地基基礎(chǔ)、筒壁及支承結(jié)構(gòu)、隔熱層和內(nèi)襯的鑒定評級結(jié)果，評定結(jié)果見表4。

表4 鑒定單元評級

4 加固改造

根據(jù)檢測鑒定結(jié)果，該煙囪由于施工過程管理不到位，導(dǎo)致施工質(zhì)量整體較差，混凝土強(qiáng)度偏低，保護(hù)層偏薄，外觀存在蜂窩、麻面、裂縫等質(zhì)量缺陷。且地處環(huán)境較惡劣地區(qū)，日常維護(hù)不到位，已嚴(yán)重影響到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

鑒于以上情況，本次加固維修欲采用增大界面的方法進(jìn)行，加固方法見圖3。

1)在原有煙囪筒壁外側(cè)重新澆筑一層混凝土，厚度為100 mm。混凝土采用泵送混凝土，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土配合比，加強(qiáng)施工過程質(zhì)量控制。

2)新增筒壁設(shè)置單層環(huán)向、豎向配筋，配筋參照原筒壁配筋。

3)為保證新增部分與原結(jié)構(gòu)可靠連接，在原結(jié)構(gòu)設(shè)置φ10@300銷釘，錨入原結(jié)構(gòu)深度150 mm。

4)施工段依據(jù)原設(shè)計的施工段進(jìn)行。

5 結(jié)論

本文基于河西地區(qū)已建成4年且未經(jīng)過使用的單筒式混凝土煙囪，通過現(xiàn)場檢測及調(diào)查，并結(jié)合中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM軟件進(jìn)行計算分析，得出幾點(diǎn)結(jié)論：

1)通過現(xiàn)場檢測及調(diào)查，該單筒式混凝土煙囪混凝土強(qiáng)度不滿足設(shè)計強(qiáng)度等級要求，并且通過外觀檢查，混凝土構(gòu)件表面存在明顯的蜂窩麻面現(xiàn)象，施工質(zhì)量較差。

2)借助于中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM軟件，引入實測混凝土強(qiáng)度，因混凝土實測強(qiáng)度等級不滿足設(shè)計要求，導(dǎo)致單筒式混凝土承載能力明顯不足，并且計算裂縫寬度明顯大于規(guī)范限值。

3)根據(jù)檢測結(jié)果及計算分析數(shù)據(jù)，提出單筒式混凝土煙囪的加固整體方向，以便為設(shè)計加固改造提供一些建議。

本文以河西地區(qū)建成4年未使用的單筒式混凝土煙囪為例，闡述了檢測鑒定及后期加固維修的整體思路和初步探討，在構(gòu)筑物安全性鑒定領(lǐng)域方面，混凝土煙囪可靠性研究和分析尤為重要，很有必要對其進(jìn)一步分析和研究，以便更好的對構(gòu)筑物安全進(jìn)行控制。