某鋁廠地下工業皮帶廊頂板檢測鑒定及加固分析

季 海 峰

(山西省建筑科學研究院有限公司，山西 太原 030001)

0 引言

某鋁廠地下皮帶廊位于山西省原平市，該皮帶廊構筑物為地下鋼筋混凝土結構，于2005年建設完成，設計高度為2.400 m～2.727 m，頂板板底設計標高為-11.60 m～-7.50 m，頂板設計厚度為500 mm，混凝土強度設計等級為C25，抗滲標號為S8，鋼筋牌號為HPB235和HRB335，鋼筋保護層厚度設計值為40 mm。皮帶廊上方附近范圍存在沿皮帶廊長度方向的重載火車鐵軌線。

該工業地下皮帶廊自建設完成后一直閑置，直至2018年年底，由于生產需要，需啟動該皮帶廊，但工作人員發現該皮帶廊頂板存在較為明顯的撓曲變形，且存在大量的裂縫，存在一定程度的安全隱患。該地下工業皮帶廊現狀情況如圖1所示。

1 現場檢測

1.1 結構外觀缺陷檢測

現場對該地下皮帶廊頂板現狀缺陷情況進行檢查，發現該皮帶廊頂板底部局部存在裂縫，裂縫整體呈縱、橫兩個方向垂直分布，裂縫最大寬度約1.2 mm。裂縫分布情況如圖2所示。

現場檢查發現，該皮帶廊頂板板底局部存在蜂窩麻面(局部已經修補)，部分麻面處存在露筋現象，露出的鋼筋已經銹蝕，如圖3所示。該皮帶廊頂板多處范圍存在滲水現象，頂板總體潮濕。

1.2 皮帶廊頂板板底鋼筋檢測

現場使用混凝土鋼筋檢測儀，對皮帶廊頂板板底的鋼筋間距進行抽樣檢測，所測鋼筋間距偏差滿足GB 50204—2015混凝土結構工程施工質量驗收規范[1]相關要求；對皮帶廊頂板的板底最下排鋼筋保護層厚度進行抽樣檢測，實測保護層厚度為13 mm～24 mm，鋼筋保護層厚度總體偏小。

為了解鋼筋銹蝕的程度，現場抽取5處位置，去除鋼筋保護層，并對露出的鋼筋進行除銹處理，測試鋼筋的實際直徑，測試結果如表1所示。

表1 板底鋼筋直徑測試結果表 mm

從表1測試結果可知，部分位置所測鋼筋直徑偏差超過GB/T 1499.2—2018鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋[2]限值要求，鋼筋最大面積損失率達到17.7%，后續加固設計應考慮鋼筋截面損失對承載力的不利影響。

1.3 皮帶廊頂板厚度檢測

由于本次檢測的地下皮帶廊為地下構筑物，皮帶廊頂板上部覆土，無法采用一般樓板測厚儀測試頂板厚度。本次使用GSSI SIR—3000便攜式地質雷達對皮帶廊頂板的厚度進行檢測，現場每間隔2 m測試一組頂板厚度值，每組3個測點，取其平均值作為該部位的頂板厚度值，測試結果如表2所示。

表2 皮帶廊頂板厚度測試結果表 mm

由表2可知，本項目檢測中，共測得樓板構件厚度值11組，偏差值介于[-70 mm，2 mm]之間。其中，10處構件截面尺寸偏差超過GB 50204—2015混凝土結構工程施工質量驗收規范[1]要求限值，該皮帶廊頂板厚度總體存在不足。

在后續結構驗算中，混凝土頂板厚度取值參照數理統計方法中正態分布理論進行計算，即(μ，σ2)對稱正態分布方法計算該頂板的厚度值，頂板厚度計算參照如下公式進行：

(1)

(2)

h=mh-1.645sh

(3)

經計算，該皮帶廊頂板厚度計算值取為425 mm。

1.4 皮帶廊頂板變形檢測

現場依據JGJ 8—2016建筑變形測量規范，對該皮帶廊頂板短跨方向的撓度進行了抽檢測量，測試結果見表3。

表3 板構件撓度抽檢結果表

由表3可知，所抽檢的混凝土頂板板構件撓度中，存在多處位置的樓板撓度抽檢結果超出GB 50010—2010混凝土結構設計規范[3]的相關限值要求，該皮帶廊頂板中部范圍的撓度值較大。

1.5 混凝土抗壓強度檢測

現場檢測中，采用回彈法對皮帶廊側墻的混凝土強度進行測試，在兩側墻體上各隨機布置50個測區，共計100個測區，每個測區的范圍大約200 mm×200 mm，每個測區讀取16個回彈值。回彈測試完畢后，在該檢測批中抽取了6個測區，在每個測區上鉆取1個混凝土芯樣，用于計算測區混凝土強度修正量。

經計算，修正后該批次混凝土抗壓強度推定值為37.1 MPa，達到原設計強度等級要求。

1.6 場地勘察及土性分析

為了解該場地土層分布情況，現場對該皮帶廊所處場地進行了場地勘察，該場地揭露范圍的土層主要為粉土層、粉砂層，得出該場地各土層的物理力學參數，為后續皮帶廊結構相關驗算提供依據。

2 結構承載力驗算

2.1 荷載計算

1)垂直土壓力計算。

作用于皮帶廊頂板單位長度的豎向土壓力強度標準值，按式(4)計算：

(4)

其中，qt為作用于皮帶廊頂部的豎向土壓力，kN/m2；γi為第i層土體的重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3；Hi為第i層土體的厚度，m。

2)側向土壓力計算。

作用于皮帶廊側墻的水平土壓力呈梯形分布，側向土壓力強度標準值按TB 1002—2017鐵路橋涵設計規范中4.2.3條有關規定計算，計算公式如下：

e=ξγH

(5)

其中，e為作用于皮帶廊頂部的側向土壓力強度，kN/m2；γ為土體的重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3；H為計算點距離地面的高度，m。

3)列出荷載計算。

皮帶廊上方列車荷載取值，參照TB/T 3466—2016鐵路列車荷載圖式取值。列車豎向活載對涵洞的豎向壓力和水平壓力計算，參照TB 1002—2017鐵路橋涵設計規范中第4.3節計算。

列車活載對皮帶廊的水平壓力可按式(6)計算：

e=εqh

(6)

列車活載對皮帶廊的豎向壓力可按式(7)計算：

(7)

其中，h為軌底至皮帶廊頂板深度，m；ε為水平土壓力系數；q為特種活載分布集度，kN/m。

4)其他荷載。

水壓力及皮帶廊自重荷載等參照實際荷載取值。

2.2 驗算結果

結構承載力計算采用荷載基本組合，荷載基本組合參照GB 50068—2018建筑結構可靠性設計統一標準[4]第8.2.4條規定計算，計算公式如下：

(8)

其中，Sd為作用組合效應的設計值；Gik為第i個永久作用的標準值；Q1k為第1個可變作用的標準值；Qjk為第j個可變作用的標準值；γGi為第i個永久作用的分項系數；γQ1為第1個可變作用的分項系數；γQj為第j個可變作用的分項系數。

經計算該皮帶廊結構荷載最不利組合如圖4所示。

基于GB 50010—2010混凝土結構設計規范(2015版)第6.2.10條、第6.2.17條相關規定，對皮帶廊配筋情況計算結果如表4所示。

表4 皮帶廊結構配筋面積計算結果

從驗算結果可知，該皮帶廊頂板的受彎、受剪承載力均存在不足。

3 皮帶廊頂板加固設計

考慮到皮帶廊頂板受彎、受剪承載力存在不足，本次采用板底增設疊合層的方法對皮帶廊頂板受彎承載力進行加固，采用板端部加腋的方法對皮帶廊頂板端部進行抗剪加固，具體加固布置如圖5，圖6所示。經計算，加固后的皮帶廊頂板受彎、受剪承載力均滿足規范要求。

此外，針對該皮帶廊頂板存在的相關滲水問題，尚需對皮帶廊頂板外側的防水層進行重新施工。對于皮帶廊頂板存在的相關裂縫，在板底疊合層施工前，應參照GB 50367—2013混凝土結構加固設計規范相關要求，采用灌漿法對裂縫進行修補，裂縫修復膠的安全性能應滿足GB 50728—2011工程結構材料安全性鑒定技術規范中第4.6.4條要求。

4 結語

結合某鋁廠地下工業皮帶廊檢測鑒定及加固實際工程案例，介紹了該類工程一般檢測流程包括：結構現狀缺陷的檢測、鋼筋間距檢測、鋼筋直徑檢測、結構構件尺寸測試、結構變形檢測、材料強度測試、土體勘察等。根據檢測結果，按照結構實際荷載，對結構承載力計算驗算，并與原設計配筋面積進行比較。針對該皮帶廊結構存在的各類現狀缺陷和不足，本加固設計提出采用板底疊合層對皮帶廊頂板的受彎承載力進行加固，采用板端加腋的方法對頂板抗剪承載力進行了加固。