某鋼筋混凝土煙囪可靠性鑒定

陳 瀧，孫世光，李奉閣

1.天津市房屋質(zhì)量安全鑒定檢測中心有限公司，天津 300060

2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010

煙囪是工業(yè)建筑中不可缺少的構(gòu)筑物，也是化工、電力等部門中重要的標(biāo)志性構(gòu)筑物。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及對能源需求的不斷增加，根據(jù)環(huán)境保護(hù)相關(guān)規(guī)定，所有煙囪需要進(jìn)行脫硫改造。目前，我國現(xiàn)有的鋼筋混凝土煙囪大多是二十世紀(jì)八九十年代修建的，隨著時(shí)間的流逝，建筑煙囪的材料會(huì)發(fā)生腐蝕，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生損傷，給其安全使用帶來很大影響。因此，對鋼筋混凝土煙囪進(jìn)行可靠性鑒定已經(jīng)成為一項(xiàng)非常重要的工作。

1 構(gòu)筑物概況

某鋼筋混凝土單筒煙囪位于天津市某熱電廠廠區(qū)內(nèi)，于1996 年建造完成，投入使用至今。該煙囪設(shè)計(jì)高度為100m，煙囪結(jié)構(gòu)由混凝土筒壁、空氣隔熱層、內(nèi)襯普通黏土磚砌體三部分組成，煙囪筒壁設(shè)計(jì)底部外徑為9m，設(shè)計(jì)頂部出口外徑為3.2m，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土振動(dòng)沉管灌注樁、鋼筋混凝土環(huán)形承臺(tái)基礎(chǔ)。

2 主要檢查情況

2.1 基礎(chǔ)

煙囪基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土振動(dòng)沉管灌注樁、鋼筋混凝土環(huán)形承臺(tái)基礎(chǔ)。環(huán)形承臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)直徑為15.2m、高度為1000mm，承臺(tái)底皮設(shè)計(jì)埋深為3m；基礎(chǔ)承臺(tái)構(gòu)件設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級為C20，承臺(tái)下設(shè)100mm 厚的C10 素混凝土墊層。

經(jīng)現(xiàn)場宏觀檢查，尚未發(fā)現(xiàn)因基礎(chǔ)出現(xiàn)較大沉降或不均勻沉降變形所引起的煙囪上部囪身結(jié)構(gòu)明顯開裂、側(cè)向傾斜變形等結(jié)構(gòu)損壞現(xiàn)象。

2.2 鋼筋混凝土筒壁

該煙囪高度為100m，0 ～10m 標(biāo)高筒壁外側(cè)坡度為8%；10 ～20m 標(biāo)高筒壁外側(cè)坡度為6%；20 ～40m 標(biāo)高筒壁外側(cè)坡度為4%；40 ～70m 標(biāo)高筒壁外側(cè)坡度為2%；70 ～80m標(biāo)高筒壁外側(cè)坡度為1.0%；80 ～100m 標(biāo)高筒壁外側(cè)坡度為0%。煙囪筒壁底部外徑為9m，底部混凝土筒壁厚度為360mm；頂部出口外徑為3.2m，頂部混凝土筒壁厚度為180mm。筒壁為分段式結(jié)構(gòu)，沿高度每隔10m 設(shè)置一道鋼筋混凝土懸臂環(huán)梁（牛腿），筒壁于50m 以下高度配置內(nèi)、外雙層縱向鋼筋及環(huán)向鋼筋，在50 ～100m 高度配置外側(cè)縱向鋼筋及環(huán)向鋼筋，內(nèi)、外兩側(cè)設(shè)計(jì)混凝土保護(hù)層厚度均不小于30mm。

由于煙囪高度為100m，筒壁外側(cè)現(xiàn)狀檢查主要采用折射式高倍望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行，并通過吊籃、爬梯及無人機(jī)高清拍攝技術(shù)進(jìn)行實(shí)際復(fù)核。

現(xiàn)場主要檢查情況如下：

（1）現(xiàn)場剔鑿發(fā)現(xiàn)煙囪底部出灰口部位混凝土保護(hù)層腐蝕酥松，縱向鋼筋及箍筋存在嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象，其中，部分箍筋存在銹斷損壞現(xiàn)象；

（2）筒壁外側(cè)混凝土表面普遍存在麻面現(xiàn)象；

（3）筒壁外側(cè)中上部局部存在豎向裂縫，最大裂縫長度約為3.7m，最大裂縫寬度約為0.5mm，東側(cè)方位距離煙囪底部11m 及23m 高度處，筒壁外側(cè)局部存在混凝土保護(hù)層脫落、環(huán)向鋼筋外露且輕微銹蝕現(xiàn)象；

（4）筒壁外側(cè)表面涂料層及航空漆標(biāo)識層普遍存在涂料及漆皮脫落現(xiàn)象。

2.3 環(huán)形內(nèi)襯磚砌體

煙筒環(huán)形內(nèi)襯磚砌體沿高度每10m 為一段，砌筑于混凝土筒壁內(nèi)側(cè)的懸臂環(huán)梁上。0 ～20m 高度內(nèi)襯磚砌體厚度為240mm；20 ～100m 高度內(nèi)襯磚砌體厚度為120mm。環(huán)形內(nèi)襯砌體采用MU10 機(jī)制普通黏土磚、M5 耐熱砂漿砌筑。

經(jīng)現(xiàn)場敲擊內(nèi)襯磚砌體表面及直觀檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)襯底部部分黏土磚表面存在酥松、腐蝕現(xiàn)象；部分黏土磚表面存在附著黃白色結(jié)晶物現(xiàn)象；上部黏土磚表面普遍存在掛灰、熏黑現(xiàn)象。

2.4 煙囪防腐系統(tǒng)

煙囪防腐系統(tǒng)包括混凝土筒壁內(nèi)側(cè)與內(nèi)襯磚砌體之間設(shè)50mm 寬的空氣隔熱層、混凝土筒壁內(nèi)側(cè)的防腐隔離層等，筒壁內(nèi)側(cè)混凝土表面防腐隔離層為噴刷瀝青漆3 道。

經(jīng)現(xiàn)場將煙囪內(nèi)部3 個(gè)不同高度部位（1m、50m、80m）的內(nèi)襯磚砌體局部剔除勘察、檢測，結(jié)果顯示所檢查部位混凝土筒壁內(nèi)側(cè)原防腐瀝青漆基本失效。內(nèi)襯磚砌體存在一定腐蝕、酥松現(xiàn)象，混凝土筒壁外側(cè)個(gè)別位置存在豎向裂縫及沿裂縫的滲漏水漬等損壞現(xiàn)象。

2.5 煙囪附屬設(shè)施

煙囪附屬設(shè)施主要包括筒身外側(cè)于50m、93.75m 標(biāo)高處環(huán)向設(shè)置的鋼結(jié)構(gòu)圍欄及平臺(tái)，于筒壁外側(cè)北側(cè)方位自筒身底部至頂部設(shè)置的鋼結(jié)構(gòu)檢修爬梯，煙囪頂部沿筒壁及內(nèi)襯磚砌體厚度環(huán)向設(shè)置的鑄鐵蓋板，以及航空障礙燈等信號標(biāo)志。

經(jīng)現(xiàn)場檢查，平臺(tái)處個(gè)別圍欄存在斷裂及輕微下凹變形現(xiàn)象；平臺(tái)底部格柵、圍欄鋼構(gòu)件及角鋼支撐桿件普遍存在防銹涂層脫落、表面銹蝕現(xiàn)象；爬梯及護(hù)身圍欄鋼構(gòu)件普遍存在防腐涂層脫落、表面銹蝕現(xiàn)象；避雷針存在防銹涂層脫落、表面銹蝕現(xiàn)象；煙囪頂部鑄鐵蓋板存在缺失現(xiàn)象；環(huán)向平臺(tái)處個(gè)別航空障礙信號燈存在缺失現(xiàn)象。

3 偏斜變形測量情況

經(jīng)現(xiàn)場使用Z+F 型三維激光掃描儀器對該煙囪東側(cè)囪身沿高度進(jìn)行三維掃描，并對得到的點(diǎn)云圖進(jìn)行處理分析，結(jié)果顯示煙囪頂部最大側(cè)向偏斜值為94mm，偏斜方向?yàn)闁|北方向，囪身傾斜率為1.01‰，符合《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51056—2014）中對A 級的規(guī)定要求。

4 構(gòu)件檢測情況

4.1 混凝土筒壁檢測

采用鉆芯法對煙囪筒壁進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測，此次檢測分別對煙囪筒壁內(nèi)、外側(cè)混凝土鉆取的7 處芯樣，取芯編號及位置情況見表1。結(jié)果顯示所鉆取7 個(gè)芯樣的混凝土強(qiáng)度抗壓值分別為48.1MPa（外側(cè)下部）、43.9MPa（外側(cè)下部）、61.9MPa（外側(cè)中部）、57.4MPa（外側(cè)上部）、60.4MPa（內(nèi)側(cè)下部）、69.2MPa（內(nèi)側(cè)中部）、69.5MPa（內(nèi)側(cè)上部），均滿足原設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級C30 的要求。

表1 鋼筋混凝土煙囪腐蝕綜合評定標(biāo)準(zhǔn)

對該煙囪混凝土筒壁外側(cè)上部、中部、下部各抽取1處筒身部位采用鋼筋探測儀進(jìn)行鋼筋配置情況檢測，結(jié)果顯示所測部位縱向受力鋼筋間距實(shí)測平均值分別為204mm（外側(cè)下部）、186mm（外側(cè)中部）、212mm（外側(cè)上部），環(huán)向鋼筋間距實(shí)測平均值分別為195mm（外側(cè)下部）、210mm（外側(cè)中部）、235mm（外側(cè)上部）；相應(yīng)縱向鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測平均值分別為75mm（外側(cè)下部）、40mm（外側(cè)中部）、78mm（外側(cè)上部），環(huán)向鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測平均值為56mm（外側(cè)下部）、35mm（外側(cè)中部）、59mm（外側(cè)上部），均基本滿足相關(guān)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求。

采用酚酞試液對上述7 處位置鉆取的芯樣進(jìn)行混凝土碳化深度檢測，結(jié)果顯示所檢測的7 個(gè)芯樣部位混凝土碳化深度實(shí)測值均為10 ～15mm。

4.2 內(nèi)襯砌體砂漿強(qiáng)度檢測

現(xiàn)場采用貫入法對該煙囪內(nèi)襯磚砌體下部1 處部位的砌筑砂漿強(qiáng)度進(jìn)行抽查檢測，結(jié)果顯示所抽測磚砌體部位的砌筑砂漿強(qiáng)度推定值為11.6MPa，評定砂漿強(qiáng)度等級為M10，滿足原設(shè)計(jì)砌筑砂漿強(qiáng)度等級M5 的要求。

4.3 內(nèi)襯砌體砌筑用磚強(qiáng)度檢測

對該煙囪內(nèi)襯磚砌體底部、中部及上部共10 處部位的砌筑用磚強(qiáng)度進(jìn)行抽查檢測，結(jié)果顯示所抽查檢測的9 處磚砌體的抗壓強(qiáng)度值為12.71 ～24.45MPa，評定磚強(qiáng)度等級均可達(dá)到MU10，均滿足原設(shè)計(jì)砌筑用磚強(qiáng)度等級MU10 的要求。

5 腐蝕性評定

5.1 評定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51056—2014），煙囪的腐蝕評定應(yīng)該根據(jù)煙囪的裂縫、損傷、腐蝕等情況分三級進(jìn)行評定，評定標(biāo)準(zhǔn)見表1。

評價(jià)項(xiàng)目滿分100 分，根據(jù)各項(xiàng)符合程度扣分，按照最終得分評定其等級：A 級為86 ～100 分，煙囪現(xiàn)狀較好，可以繼續(xù)正常運(yùn)行；B 級為35 ～85 分，需對筒壁進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S修，并對內(nèi)襯進(jìn)行局部修復(fù)，防腐層宜更新；C 級為0 ～34 分，應(yīng)對筒壁進(jìn)行維修，并對內(nèi)襯進(jìn)行修復(fù)處理，防腐層應(yīng)更新或改造。

5.2 評定等級情況

根據(jù)各評價(jià)項(xiàng)目情況，該煙囪腐蝕綜合評定分?jǐn)?shù)為57分，其評定等級為B 級，需對筒壁進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S修，并對內(nèi)襯進(jìn)行局部修復(fù)，防腐層宜更新。

6 耐久性評估

6.1 耐久性使用年限計(jì)算

根據(jù)《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51056—2014），該煙囪的耐久性使用年限可按標(biāo)準(zhǔn)中“單筒式鋼筋混凝土煙囪結(jié)構(gòu)耐久性年限評估”計(jì)算，得出其剩余耐久年限為55.5 年。

6.2 耐久性評估意見

該鋼筋混凝土煙囪在正常大氣環(huán)境使用條件下，考慮混凝土碳化影響因素，并扣除已使用年限，其剩余耐久性年限約為55.5 年。但根據(jù)現(xiàn)場檢查、檢測結(jié)果，上述損壞部位若不及時(shí)修復(fù)，將明顯影響煙囪的耐久性。

7 結(jié)構(gòu)分析與驗(yàn)算

根據(jù)建筑、結(jié)構(gòu)施工圖和現(xiàn)場實(shí)際檢測數(shù)據(jù)，對該煙囪采用PKPM 計(jì)算軟件建立結(jié)構(gòu)分析模型，并對煙囪主體筒壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果表明該煙囪的筒壁部分鋼筋配置不滿足現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

8 可靠性鑒定評級

8.1 地基基礎(chǔ)系統(tǒng)

經(jīng)過對鋼筋混凝土煙囪進(jìn)行現(xiàn)場檢查，尚未發(fā)現(xiàn)煙囪因基礎(chǔ)出現(xiàn)較大沉降或不均勻沉降變形所引起的上部結(jié)構(gòu)明顯開裂、變形等結(jié)構(gòu)性損壞現(xiàn)象。根據(jù)《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51056—2014），地基基礎(chǔ)的安全性等級、使用性等級及腐蝕性等級均評定為A 級。

8.2 筒壁及支承結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

（1）安全性等級。采用PKPM 軟件建立結(jié)構(gòu)分析模型對煙囪主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果表明該煙囪的筒壁部分鋼筋配置不滿足現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，筒壁構(gòu)件的安全性評定等級為C 級，筒壁及支承結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性評定等級為C 級。

（2）正常使用性等級。筒壁及支承結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的正常使用性等級按使用情況和位移兩個(gè)項(xiàng)目分別進(jìn)行評定：①筒壁混凝土表面普遍存在麻面現(xiàn)象；個(gè)別部位存在混凝土保護(hù)層脫落、環(huán)向鋼筋外露且輕微銹蝕現(xiàn)象；筒壁涂料層普遍存在涂料及漆皮脫落現(xiàn)象；筒身內(nèi)壁原防腐瀝青漆基本失效，筒壁構(gòu)件的損傷評定等級為B 級。②筒壁中上部位局部存在豎向裂縫，且最大裂縫寬度約為0.5mm，筒壁構(gòu)件的裂縫評定等級為B 級；筒壁頂部偏斜值為94mm，偏斜方向?yàn)闁|北方向，傾斜率為1.01‰，滿足《煙囪可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51056—2014）中對A 級的規(guī)定要求，筒壁構(gòu)件的傾斜評定等級為A 級，筒壁及支承結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的正常使用性等級為B 級。

（3）腐蝕性等級經(jīng)現(xiàn)場檢查，煙囪底部出灰口部位縱向鋼筋及環(huán)向箍筋存在嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象，其中，部分箍筋存在銹斷現(xiàn)象；筒壁外側(cè)個(gè)別部位環(huán)向鋼筋外露且輕微銹蝕現(xiàn)象，腐蝕性等級為B 級。

8.3 內(nèi)襯與隔熱層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

（1）安全性等級。內(nèi)襯與隔熱層結(jié)構(gòu)的安全性等級按照承載能力和構(gòu)造連接兩個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行評定。內(nèi)襯承載力能夠滿足要求，構(gòu)造和連接基本合理，安全性評定等級為B 級。

（2）正常使用性等級。內(nèi)襯與隔熱層結(jié)構(gòu)的正常使用性等級按照承重結(jié)構(gòu)的使用狀況評定。部分磚砌體表面存在酥松、腐蝕現(xiàn)象；部分磚砌體表面存在附著黃白色結(jié)晶物現(xiàn)象；上部磚砌體表面普遍存在掛灰、熏黑現(xiàn)象，故使用狀況評級為C 級，綜合確定其正常使用性評定等級為C 級。

（3）腐蝕性等級。經(jīng)現(xiàn)場檢查，煙筒筒壁內(nèi)側(cè)混凝土表面原防腐瀝青漆基本失效；煙筒筒壁混凝土腐蝕深度約為3 ～5mm，腐蝕性等級為B 級。

根據(jù)以上項(xiàng)目和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)評級結(jié)果，對該煙囪的可靠性鑒定評級結(jié)果如下：地基基礎(chǔ)為A 級；筒壁及支承結(jié)構(gòu)為C 級；內(nèi)襯及隔熱層為C 級；可靠性評定等級為三級。

9 鑒定結(jié)論及加固處理

該煙囪的可靠性評定等級為三級，即不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的可靠性要求，影響整體安全，在目標(biāo)使用年限內(nèi)明顯影響整體正常使用，應(yīng)采取措施，且可能有極少數(shù)構(gòu)件必須立即采取措施。