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，已被廣泛應用于電力、冶金等行業(yè)。但由于施工設備和施工質量管理體制不健全，生產(chǎn)工藝措施不當?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量檢測鑒定以及采取相應的措施已成為當前工程建設中一個重要的課題。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，2015年11月筒身完工，未投入使用，總高度為100 m。混凝土基礎及筒壁均采用現(xiàn)場自拌混凝土，內襯采用耐酸膠泥砌筑耐酸磚，煙囪基礎設計混凝土強度等級采用C40，筒壁65.0 m以下采用C40，65 m～100.0 m采用C30。筒壁保護層厚度為30 mm。筒身外設置了兩個環(huán)向鋼結構平臺，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，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度進行檢測，檢測結果表明，所檢測部位混凝土強度均低于設計強度的要求。

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

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

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

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

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行觀測，觀測方法為前方交會法，見圖2。

檢測結果見表1。

表1 傾斜觀測結果

檢測結果表明，該煙囪傾斜滿足規(guī)范的要求。

8)內襯與隔熱層檢查。根據(jù)現(xiàn)場調查，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)附屬設施檢測：根據(jù)現(xiàn)場調查，該煙囪在標高65.0 m，93.75 m分別設置平臺，現(xiàn)場使用望遠鏡觀察，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 作用效應組合

該煙囪荷載作用效應組合按照《煙囪設計規(guī)范》第3.1條相關規(guī)范進行取值。

2.3 計算結果

1)煙囪筒壁內外側豎向、環(huán)向鋼筋配筋率均滿足最小配筋率的要求。

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

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

3 可靠性鑒定評級

根據(jù)《煙囪可靠性鑒定標準》的規(guī)定，煙囪的可靠性鑒定，按地基基礎、筒壁及支承結構、隔熱層和內襯、附屬設施四個結構系統(tǒng)進行。

3.1 地基基礎可靠性評級

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

3.2 筒壁及支承結構可靠性評級

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

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

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

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

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

5)腐蝕評級。按照《煙囪可靠性鑒定標準》，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)《煙囪可靠性鑒定標準》的規(guī)定，將該煙囪作為一個鑒定單元，根據(jù)地基基礎、筒壁及支承結構、隔熱層和內襯的鑒定評級結果，評定結果見表4。

表4 鑒定單元評級

4 加固改造

根據(jù)檢測鑒定結果，該煙囪由于施工過程管理不到位，導致施工質量整體較差，混凝土強度偏低，保護層偏薄，外觀存在蜂窩、麻面、裂縫等質量缺陷。且地處環(huán)境較惡劣地區(qū)，日常維護不到位，已嚴重影響到鋼筋混凝土結構的耐久性。

鑒于以上情況，本次加固維修欲采用增大界面的方法進行，加固方法見圖3。

1)在原有煙囪筒壁外側重新澆筑一層混凝土，厚度為100 mm。混凝土采用泵送混凝土，施工過程中應嚴格控制混凝土配合比，加強施工過程質量控制。

2)新增筒壁設置單層環(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構可靠連接，在原結構設置φ10@300銷釘，錨入原結構深度150 mm。

4)施工段依據(jù)原設計的施工段進行。

5 結論

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)場檢測及調查，并結合中國建筑科學研究院開發(fā)的PKPM軟件進行計算分析，得出幾點結論：

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

2)借助于中國建筑科學研究院開發(fā)的PKPM軟件，引入實測混凝土強度，因混凝土實測強度等級不滿足設計要求，導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，在構筑物安全性鑒定領域方面，混凝土煙囪可靠性研究和分析尤為重要，很有必要對其進一步分析和研究，以便更好的對構筑物安全進行控制。