某鋼筋混凝土煙囪可靠性鑒定

陳 瀧，孫世光，李奉閣

1.天津市房屋質量安全鑒定檢測中心有限公司，天津 300060

2.內蒙古科技大學土木工程學院，內蒙古 包頭 014010

煙囪是工業建筑中不可缺少的構筑物，也是化工、電力等部門中重要的標志性構筑物。近年來，隨著國民經濟的快速發展以及對能源需求的不斷增加，根據環境保護相關規定，所有煙囪需要進行脫硫改造。目前，我國現有的鋼筋混凝土煙囪大多是二十世紀八九十年代修建的，隨著時間的流逝，建筑煙囪的材料會發生腐蝕，結構會發生損傷，給其安全使用帶來很大影響。因此，對鋼筋混凝土煙囪進行可靠性鑒定已經成為一項非常重要的工作。

1 構筑物概況

某鋼筋混凝土單筒煙囪位于天津市某熱電廠廠區內，于1996 年建造完成，投入使用至今。該煙囪設計高度為100m，煙囪結構由混凝土筒壁、空氣隔熱層、內襯普通黏土磚砌體三部分組成，煙囪筒壁設計底部外徑為9m，設計頂部出口外徑為3.2m，基礎設計采用鋼筋混凝土振動沉管灌注樁、鋼筋混凝土環形承臺基礎。

2 主要檢查情況

2.1 基礎

煙囪基礎設計采用鋼筋混凝土振動沉管灌注樁、鋼筋混凝土環形承臺基礎。環形承臺基礎設計直徑為15.2m、高度為1000mm，承臺底皮設計埋深為3m；基礎承臺構件設計混凝土強度等級為C20，承臺下設100mm 厚的C10 素混凝土墊層。

經現場宏觀檢查，尚未發現因基礎出現較大沉降或不均勻沉降變形所引起的煙囪上部囪身結構明顯開裂、側向傾斜變形等結構損壞現象。

2.2 鋼筋混凝土筒壁

該煙囪高度為100m，0 ～10m 標高筒壁外側坡度為8%；10 ～20m 標高筒壁外側坡度為6%；20 ～40m 標高筒壁外側坡度為4%；40 ～70m 標高筒壁外側坡度為2%；70 ～80m標高筒壁外側坡度為1.0%；80 ～100m 標高筒壁外側坡度為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。筒壁為分段式結構，沿高度每隔10m 設置一道鋼筋混凝土懸臂環梁（牛腿），筒壁于50m 以下高度配置內、外雙層縱向鋼筋及環向鋼筋，在50 ～100m 高度配置外側縱向鋼筋及環向鋼筋，內、外兩側設計混凝土保護層厚度均不小于30mm。

由于煙囪高度為100m，筒壁外側現狀檢查主要采用折射式高倍望遠鏡進行，并通過吊籃、爬梯及無人機高清拍攝技術進行實際復核。

現場主要檢查情況如下：

（1）現場剔鑿發現煙囪底部出灰口部位混凝土保護層腐蝕酥松，縱向鋼筋及箍筋存在嚴重銹蝕現象，其中，部分箍筋存在銹斷損壞現象；

（2）筒壁外側混凝土表面普遍存在麻面現象；

（3）筒壁外側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，東側方位距離煙囪底部11m 及23m 高度處，筒壁外側局部存在混凝土保護層脫落、環向鋼筋外露且輕微銹蝕現象；

（4）筒壁外側表面涂料層及航空漆標識層普遍存在涂料及漆皮脫落現象。

2.3 環形內襯磚砌體

煙筒環形內襯磚砌體沿高度每10m 為一段，砌筑于混凝土筒壁內側的懸臂環梁上。0 ～20m 高度內襯磚砌體厚度為240mm；20 ～100m 高度內襯磚砌體厚度為120mm。環形內襯砌體采用MU10 機制普通黏土磚、M5 耐熱砂漿砌筑。

經現場敲擊內襯磚砌體表面及直觀檢查發現，內襯底部部分黏土磚表面存在酥松、腐蝕現象；部分黏土磚表面存在附著黃白色結晶物現象；上部黏土磚表面普遍存在掛灰、熏黑現象。

2.4 煙囪防腐系統

煙囪防腐系統包括混凝土筒壁內側與內襯磚砌體之間設50mm 寬的空氣隔熱層、混凝土筒壁內側的防腐隔離層等，筒壁內側混凝土表面防腐隔離層為噴刷瀝青漆3 道。

經現場將煙囪內部3 個不同高度部位（1m、50m、80m）的內襯磚砌體局部剔除勘察、檢測，結果顯示所檢查部位混凝土筒壁內側原防腐瀝青漆基本失效。內襯磚砌體存在一定腐蝕、酥松現象，混凝土筒壁外側個別位置存在豎向裂縫及沿裂縫的滲漏水漬等損壞現象。

2.5 煙囪附屬設施

煙囪附屬設施主要包括筒身外側于50m、93.75m 標高處環向設置的鋼結構圍欄及平臺，于筒壁外側北側方位自筒身底部至頂部設置的鋼結構檢修爬梯，煙囪頂部沿筒壁及內襯磚砌體厚度環向設置的鑄鐵蓋板，以及航空障礙燈等信號標志。

經現場檢查，平臺處個別圍欄存在斷裂及輕微下凹變形現象；平臺底部格柵、圍欄鋼構件及角鋼支撐桿件普遍存在防銹涂層脫落、表面銹蝕現象；爬梯及護身圍欄鋼構件普遍存在防腐涂層脫落、表面銹蝕現象；避雷針存在防銹涂層脫落、表面銹蝕現象；煙囪頂部鑄鐵蓋板存在缺失現象；環向平臺處個別航空障礙信號燈存在缺失現象。

3 偏斜變形測量情況

經現場使用Z+F 型三維激光掃描儀器對該煙囪東側囪身沿高度進行三維掃描，并對得到的點云圖進行處理分析，結果顯示煙囪頂部最大側向偏斜值為94mm，偏斜方向為東北方向，囪身傾斜率為1.01‰，符合《煙囪可靠性鑒定標準》（GB 51056—2014）中對A 級的規定要求。

4 構件檢測情況

4.1 混凝土筒壁檢測

采用鉆芯法對煙囪筒壁進行混凝土強度檢測，此次檢測分別對煙囪筒壁內、外側混凝土鉆取的7 處芯樣，取芯編號及位置情況見表1。結果顯示所鉆取7 個芯樣的混凝土強度抗壓值分別為48.1MPa（外側下部）、43.9MPa（外側下部）、61.9MPa（外側中部）、57.4MPa（外側上部）、60.4MPa（內側下部）、69.2MPa（內側中部）、69.5MPa（內側上部），均滿足原設計混凝土強度等級C30 的要求。

表1 鋼筋混凝土煙囪腐蝕綜合評定標準

對該煙囪混凝土筒壁外側上部、中部、下部各抽取1處筒身部位采用鋼筋探測儀進行鋼筋配置情況檢測，結果顯示所測部位縱向受力鋼筋間距實測平均值分別為204mm（外側下部）、186mm（外側中部）、212mm（外側上部），環向鋼筋間距實測平均值分別為195mm（外側下部）、210mm（外側中部）、235mm（外側上部）；相應縱向鋼筋保護層厚度實測平均值分別為75mm（外側下部）、40mm（外側中部）、78mm（外側上部），環向鋼筋保護層厚度實測平均值為56mm（外側下部）、35mm（外側中部）、59mm（外側上部），均基本滿足相關施工質量驗收規范要求。

采用酚酞試液對上述7 處位置鉆取的芯樣進行混凝土碳化深度檢測，結果顯示所檢測的7 個芯樣部位混凝土碳化深度實測值均為10 ～15mm。

4.2 內襯砌體砂漿強度檢測

現場采用貫入法對該煙囪內襯磚砌體下部1 處部位的砌筑砂漿強度進行抽查檢測，結果顯示所抽測磚砌體部位的砌筑砂漿強度推定值為11.6MPa，評定砂漿強度等級為M10，滿足原設計砌筑砂漿強度等級M5 的要求。

4.3 內襯砌體砌筑用磚強度檢測

對該煙囪內襯磚砌體底部、中部及上部共10 處部位的砌筑用磚強度進行抽查檢測，結果顯示所抽查檢測的9 處磚砌體的抗壓強度值為12.71 ～24.45MPa，評定磚強度等級均可達到MU10，均滿足原設計砌筑用磚強度等級MU10 的要求。

5 腐蝕性評定

5.1 評定標準

根據《煙囪可靠性鑒定標準》（GB 51056—2014），煙囪的腐蝕評定應該根據煙囪的裂縫、損傷、腐蝕等情況分三級進行評定，評定標準見表1。

評價項目滿分100 分，根據各項符合程度扣分，按照最終得分評定其等級：A 級為86 ～100 分，煙囪現狀較好，可以繼續正常運行；B 級為35 ～85 分，需對筒壁進行適當的維修，并對內襯進行局部修復，防腐層宜更新；C 級為0 ～34 分，應對筒壁進行維修，并對內襯進行修復處理，防腐層應更新或改造。

5.2 評定等級情況

根據各評價項目情況，該煙囪腐蝕綜合評定分數為57分，其評定等級為B 級，需對筒壁進行適當的維修，并對內襯進行局部修復，防腐層宜更新。

6 耐久性評估

6.1 耐久性使用年限計算

根據《煙囪可靠性鑒定標準》（GB 51056—2014），該煙囪的耐久性使用年限可按標準中“單筒式鋼筋混凝土煙囪結構耐久性年限評估”計算，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。但根據現場檢查、檢測結果，上述損壞部位若不及時修復，將明顯影響煙囪的耐久性。

7 結構分析與驗算

根據建筑、結構施工圖和現場實際檢測數據，對該煙囪采用PKPM 計算軟件建立結構分析模型，并對煙囪主體筒壁結構進行復核驗算。驗算結果表明該煙囪的筒壁部分鋼筋配置不滿足現行相關技術規范要求。

8 可靠性鑒定評級

8.1 地基基礎系統

經過對鋼筋混凝土煙囪進行現場檢查，尚未發現煙囪因基礎出現較大沉降或不均勻沉降變形所引起的上部結構明顯開裂、變形等結構性損壞現象。根據《煙囪可靠性鑒定標準》（GB 51056—2014），地基基礎的安全性等級、使用性等級及腐蝕性等級均評定為A 級。

8.2 筒壁及支承結構系統

（1）安全性等級。采用PKPM 軟件建立結構分析模型對煙囪主體結構進行復核驗算，驗算結果表明該煙囪的筒壁部分鋼筋配置不滿足現行相關技術規范要求，筒壁構件的安全性評定等級為C 級，筒壁及支承結構系統的安全性評定等級為C 級。

（2）正常使用性等級。筒壁及支承結構系統的正常使用性等級按使用情況和位移兩個項目分別進行評定：①筒壁混凝土表面普遍存在麻面現象；個別部位存在混凝土保護層脫落、環向鋼筋外露且輕微銹蝕現象；筒壁涂料層普遍存在涂料及漆皮脫落現象；筒身內壁原防腐瀝青漆基本失效，筒壁構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，筒壁構件的裂縫評定等級為B 級；筒壁頂部偏斜值為94mm，偏斜方向為東北方向，傾斜率為1.01‰，滿足《煙囪可靠性鑒定標準》（GB 51056—2014）中對A 級的規定要求，筒壁構件的傾斜評定等級為A 級，筒壁及支承結構系統的正常使用性等級為B 級。

（3）腐蝕性等級經現場檢查，煙囪底部出灰口部位縱向鋼筋及環向箍筋存在嚴重銹蝕現象，其中，部分箍筋存在銹斷現象；筒壁外側個別部位環向鋼筋外露且輕微銹蝕現象，腐蝕性等級為B 級。

8.3 內襯與隔熱層結構系統

（1）安全性等級。內襯與隔熱層結構的安全性等級按照承載能力和構造連接兩個項目進行評定。內襯承載力能夠滿足要求，構造和連接基本合理，安全性評定等級為B 級。

（2）正常使用性等級。內襯與隔熱層結構的正常使用性等級按照承重結構的使用狀況評定。部分磚砌體表面存在酥松、腐蝕現象；部分磚砌體表面存在附著黃白色結晶物現象；上部磚砌體表面普遍存在掛灰、熏黑現象，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。經現場檢查，煙筒筒壁內側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。

根據以上項目和結構系統評級結果，對該煙囪的可靠性鑒定評級結果如下：地基基礎為A 級；筒壁及支承結構為C 級；內襯及隔熱層為C 級；可靠性評定等級為三級。

9 鑒定結論及加固處理

該煙囪的可靠性評定等級為三級，即不符合國家現行標準規范的可靠性要求，影響整體安全，在目標使用年限內明顯影響整體正常使用，應采取措施，且可能有極少數構件必須立即采取措施。