泵房建筑物檢測與結構承載力復核技術探討

于順霞

(遼寧省河庫管理服務中心(遼寧省水文),遼寧 沈陽 110003)

1 工程概況

某排灌站位于遼河河口、渤海灣感潮段，是一座擁有50余年歷史的大型排灌兩用泵站。工程等別Ⅱ等，主要建筑物級別2級，設計洪水標準50 a一遇；校核洪水標準200 a一遇；地震基本烈度Ⅶ度。

該排灌站主要建筑物泵房類型為塊基型，布置形式為堤后式。泵房采用框架結構，平面尺寸為46.52 m×9.00 m，沿長度方向中間偏北處設右伸縮沉降縫。吊車梁排架柱間距6.00 m，共9根柱、8跨。廠房共分4層，自上而下依次為電機層、聯軸層、水泵層和基礎層。其中，電機層地面高程為5.70 m，電機層南、北兩側通過混凝土臺階直達聯軸層。聯軸層地面高程為2.52 m，水泵層底高程為-1.48 m，基礎層塊基底面高程為-6.53 m。廠房屋頂高程為16.68 m，廠房地下部分總高度為12.23 m，地上部分總高度為10.98 m。

2 重點檢測項目及分析

按照《泵站安全鑒定規程》SL 316—2015[1]規定，在外觀普查基礎上，選取廠房代表性構件進行抽樣檢測。檢測項目包括外觀質量檢查、構件截面尺寸、地面沉降測量、混凝土抗壓強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度、鋼筋銹蝕性狀等。本節針對部分檢測項目進行描述和分析。

2.1 外觀質量檢查

(1)地上電機層。廠房混凝土柱、梁等構件表面均粉刷涂層，表觀完好；個別電機混凝土機座存在裂縫，最大裂縫寬度達2 mm，其他電機混凝土機座基本完好。

(2)地下聯軸層和水泵層。聯軸層混凝土柱、梁表觀完好，其他構件無明顯缺陷。水泵層靠近出水池一側，有3根縱梁的底部存在露筋，鋼筋銹蝕情況。其中，水泵層第7跨縱梁現狀見圖1。

圖1 水泵層第7跨縱梁露筋、銹蝕情況

2.2 地面沉降測量

沿泵房電機層南北向、貼近東側和西側柱內緣共布置2個測量斷面(分別設為斷面1和斷面2)，各斷面分別布置10個測點進行地面高程測量。泵房電機層平面布置及各斷面分布情況見圖2，各測點高程測量結果見表1，高程變化情況(即地面沉降情況)見圖3。

圖2 泵房電機層平面布置及各斷面高程測點分布示意圖

由表1和圖3可知，斷面1伸縮縫兩側的測點5和測點6實測高程分別大于設計高程11.7 cm和9.7 cm，南側的測點10實測高程小于設計高程4.8 cm，北側的測點1實測高程大于設計高程2.9 cm，該斷面各測點最大高程差16.5 cm；斷面2伸縮縫兩側的測點15和測點16實測高程分別大于設計高程10.0 cm和9.9 cm，南側的測點20實測高程小于設計高程5.0 cm，北側的測點11實測高程小于設計高程0.4 cm，該斷面各測點最大高程差15.0 cm。2個測量斷面各點高程均呈現中間伸縮縫隆起、南北兩側塌陷的不均勻沉降狀況。

表1 電機層地面高程測量結果

圖3 電機層地面高程測量變化(即地面沉降情況)示意圖

結合泵站管理單位30余年觀測記錄，泵房中間高、南北兩側低的不均勻沉降情況呈逐年加重趨勢。究其原因主要為：工程場地土地質條件差，存在液化土層，地震導致地基發生液化、破壞，造成泵房等建筑物產生不均勻沉降，局部墻體和伸縮縫開裂，加之地下水位高，在滲透壓作用下，地下水從開裂處滲漏，并攜帶土顆粒流失，造成局部地基淘空，進一步加重了不均勻沉降。

2.3 混凝土強度及鋼筋狀況檢測

(1)混凝土抗壓強度。回彈法抽檢聯軸層左6電機大梁、水泵層第7跨縱梁、電機層右4框架柱和聯軸層左3～4柱之間側墻混凝土抗壓強度推定值分別為34.6 MPa、32.3 MPa、35.2 MPa和29.7 MPa。

(2)碳化深度及鋼筋保護層厚度。抽檢聯軸層左6電機大梁、水泵層第7跨縱梁、電機層右4框架柱和聯軸層左3～4柱之間側墻混凝土碳化深度平均值分別為2.8 mm、2.9 mm、2.3 mm和3.2 mm，鋼筋保護層厚度檢測結果平均值為77 mm、73 mm、79 mm和89 mm。所抽檢構件混凝土碳化深度均小于鋼筋保護層厚度。

(3)鋼筋銹蝕性狀。抽檢聯軸層左6電機大梁、水泵層第7跨縱梁、電機層右4框架柱和聯軸層左3～4柱之間側墻混凝土內部鋼筋銹蝕情況，所測聯軸層電機大梁和電機層框架柱的半電池電位值大于-200 mV，鋼筋銹蝕性狀判別為：發生銹蝕的概率小于10%；水泵層縱梁和聯軸層左3～4柱之間側墻90%的半電池電位值為-200～-350 mV，鋼筋銹蝕性狀判別為：銹蝕性狀不確定。聯軸層左3～4柱之間側墻測區鋼筋銹蝕電位等值線見圖4。

圖4 聯軸層左3～4柱之間側墻測區鋼筋銹蝕電位等值線圖(單位：mV)

3 廠房結構承載力復核

3.1 荷載及材料特性參數

泵站廠房為框架結構，主要荷載包括廠房自重、雪荷載、風荷載、吊車荷載及樓面活荷載等，均按工程實際調查、檢測及相關規范[2]取值。泵站廠房主要受力構件的荷載計算過程見表2。

表2 泵站廠房構件荷載計算表

鋼筋按原設計強度取用，混凝土強度根據檢測結果和按原設計強度聯合取用，即大于設計強度和未檢測的按原設計取，小于設計強度的取實測值；保護層厚度按設計厚度扣除碳化深度檢測結果取值，未檢測構件的碳化深度按實測構件的平均碳化深度取；構件尺寸及其他未盡項目按原設計取值。泵站廠房主要受力構件配筋情況、截面尺寸、混凝土抗壓強度、保護層厚度等參數見表3。

表3 泵站廠房構件參數表

3.2 構件內力計算

泵站廠房電機層存在不均勻沉降，各柱沉降量為-5.0～11.7 cm。考慮各柱及相關基礎沉降位移，選取最不利框架和排架進行構件內力計算。計算結果為:①屋面大梁最大彎矩140.82 kN·m，電機大梁最大彎矩137.01 kN·m;②吊車梁最大彎矩177.81 kN·m;③電機層框架柱最大軸力158.90 kN;④水泵層縱梁最大彎矩36.73 kN·m。

3.3 承載力復核

梁系構件按正截面受彎構件計算承載力，框架柱按軸心受壓構件正截面受壓承載力計算[3-4]，分別計算出各構件抗力(即承載力)，并對廠房構件承載力進行復核，具體復核過程見表4。

表4 泵站廠房構件承載力驗算過程

由表4可知，泵站廠房屋面大梁、整體式吊車梁、電機大梁、水泵層縱梁、電機層框架柱等構件抗力(即承載力)計算結果均大于構件效應(即考慮安全系數的最大彎矩或最大軸力)，結構承載力復核均滿足要求。

4 結 語

對于已運行時間超過50 a的泵房建筑物，盡管外觀狀況、檢測結果存在明顯缺陷，但結構承載力復核未必不滿足要求。因此，對既有泵房建筑物，除了應嚴格按照國家法令、行業規范等要求開展相關檢測與復核外，尚需針對工程現狀進行綜合分析評判才能獲得科學、客觀評價結果。