某發電工程煙囪檢測與可靠性鑒定

李海龍

(甘肅土木工程科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020)

1 工程概況

某發電工程煙囪為單筒式鋼筋混凝土煙囪，總高度為100 m，煙囪外觀見圖1。標高±0.000 m～5.275 m筒壁厚350 mm；標高5.275 m～65.000 m筒壁厚350 mm，隔熱層厚60 mm，內襯厚180 mm；標高65.000 m～75.000 m筒壁厚280 mm，隔熱層厚60 mm，內襯厚120 mm；標高75.000 m～85.000 m筒壁厚250 mm，隔熱層厚60 mm，內襯厚120 mm；標高85.000 m～95.000 m筒壁厚220 mm，隔熱層厚60 mm，內襯厚120 mm；標高95.000 m～100.000 m筒壁厚200 mm，隔熱層厚60 mm，內襯厚120 mm。該煙囪采用圓形板式基礎，基礎混凝土強度設計等級為C30，65.0 m以下筒壁混凝土強度設計等級為C40，65.0 m～100.0 m筒壁混凝土強度設計等級為C30。煙囪內襯采用耐酸膠泥砌筑耐酸磚，煙囪混凝土內壁刷防腐涂料，涂層厚3 mm，隔熱層采用憎水珍珠巖板。建成于2015年11月，為確保煙囪的安全可靠運行，對該煙囪可靠性進行鑒定。

2 煙囪可靠性鑒定程序

煙囪可靠性鑒定，宜按圖2規定的程序進行。

3 調查、檢測、分析

3.1 現狀調查

現狀調查應包括原始資料、結構上的作用、運行環境條件和使用歷史四個部分。經調查，該煙囪工程地質勘察報告、設計圖紙、施工記錄等相關圖紙資料基本齊全。結構上的作用標準值可按GB 50009—2012建筑結構荷載規范、GB 50051—2013煙囪設計規范[1]對應取值。設計煙氣溫度為138 ℃，該煙囪目前尚未正式投入使用。

3.2 地基基礎檢查、檢測

3.2.1 場地與地基基礎調查

該場地場區內無斷裂構造穿越，無滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地質作用，場地穩定性良好，適宜該工程建設。場地土類型屬中軟～堅硬場地土，場地類別屬Ⅱ類建筑場地，屬建筑抗震一般地段，場地內無飽和粉土及砂土層，無砂土液化現象。場地土自上而下為：①層細砂；①1層雜填土；②1層細砂；②層圓礫。煙囪采用圓形板式基礎，以②層圓礫層為持力層，地基承載力特征值為280 kPa，基礎底板厚度為1 400 mm，基礎底標高為-4.500 m，基礎底為100 mm厚C10素混凝土墊層。

3.2.2 地基基礎檢測

經檢測，該煙囪基礎的種類、材料、尺寸及埋深符合設計要求，地基土未受到腐蝕影響，上部結構未發現地基不均勻沉降造成的傾斜、變形、裂縫等缺陷，地面散水設施完好，基礎使用狀況良好。根據現場實際情況，采用SDJ-202LN型電子經緯儀對煙囪筒壁傾斜進行觀測。測量方法為通用的前方交會法，傾斜觀測結果見表1。經觀測，煙囪地基變形滿足GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范的規定。

表1 筒壁傾斜觀測結果

3.3 筒壁及支承結構檢查、檢測

3.3.1 混凝土強度檢測

依據JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程，采用回彈法對煙囪筒壁混凝土強度進行檢測。檢測結果表明，煙囪筒壁現齡期混凝土強度推定值在25.2 MPa～36.1 MPa之間，不滿足設計混凝土強度等級要求。

3.3.2 筒壁幾何尺寸檢測

經現場檢測，煙囪實測筒壁幾何尺寸符合設計要求，尺寸偏差在規范允許范圍內。

3.3.3 筒壁鋼筋檢測

該煙囪采用HPB300，HRB335級鋼筋。外側豎向鋼筋為φ18,φ16，內層豎向鋼筋為φ16，豎向鋼筋環向布置間距為200 mm。外側環向鋼筋75.0 m以下為φ18@100，φ18@200，75.0 m～85.0 m為φ16@100,φ16@200，85.0 m以上為φ14@100，φ14@200；內側環向鋼筋75.0 m以下為φ12@200,75.0 m以上為φ10@200。采用HC-GY71型鋼筋掃描儀檢測煙囪筒壁環向、豎向鋼筋直徑、間距及鋼筋的混凝土保護層厚度。檢測結果表明煙囪筒壁鋼筋直徑、間距滿足設計要求；筒壁鋼筋的混凝土保護層厚度合格率為42.9%，不滿足規范要求。

3.3.4 混凝土外觀質量、裂縫及損傷檢測

經現場檢查、檢測，煙囪外壁混凝土面均存在不同程度蜂窩、麻面、疏松、孔洞等外觀質量缺陷，逐段澆筑接槎部位尤為嚴重，部分接槎部位出現水平裂縫、局部存在露筋現象，裂縫及露筋情況詳見表2。

表2 煙囪筒壁裂縫檢測結果表(澆筑段自下而上編號)

3.3.5 筒壁傾斜檢測

經檢測，煙囪筒壁傾斜滿足規范要求。

3.3.6 筒壁構造檢測

經調查、檢測，煙囪筒壁的坡度、分節高度和厚度符合GB 50051—2013煙囪設計規范要求；環形懸臂的配筋及構造、懸臂楔形縫設置的寬度和縫間距均滿足規范要求；煙道孔、根部人孔均為矩形孔洞，孔洞周圍均配補強鋼筋，孔洞的設置及孔洞周圍補強鋼筋的配置均滿足規范要求。

3.4 內襯與隔熱層檢查、檢測

煙囪內襯采用耐酸膠泥砌筑耐酸磚，耐酸磚外形尺寸為230 mm×113 mm×65 mm。經調查、檢測，煙囪內襯砌筑質量較好，未發現破損、開裂、腐蝕、變形等現象。隔熱層采用憎水珍珠巖板，規格為60 mm×250 mm×500 mm，板間用ZB型膠結膠，經現場調查、檢測，煙囪隔熱層厚度基本滿足設計要求，填充較為飽滿，無腐蝕現象。煙囪內襯及隔熱層構造合理，連接方式正確，符合設計及規范要求。

3.5 附屬設施檢查、檢測

煙囪在標高65.0 m，93.75 m分別設置信息平臺。經檢查、檢測，平臺與筒壁連接完好，平臺未發現銹蝕、變形及缺損現象。煙囪爬梯底部與筒壁未形成有效連接，爬梯個別螺栓缺失。煙囪筒身外側從70.0 m起涂刷航空標志色，航空標志涂料采用高氯化橡膠涂料，紅白相間，每種色5.0 m高，最頂部為紅色，航空標志涂層完好，無破損脫落及褪色現象。避雷裝置完整性良好，連接可靠，未發現腐蝕現象。煙道口無腐蝕現象。煙囪頂部無破損、腐蝕、裂縫、露筋、保護層剝落現象。

3.6 腐蝕檢測

煙囪尚未投入使用，檢測未發現明顯鋼筋銹蝕及混凝土腐蝕現象。煙囪內壁刷防腐涂層，涂層厚3 mm。涂層黏結強度滿足設計要求，黏結劑較為飽滿，未發現老化、腐蝕、開裂等情況。

4 結構分析與計算

煙囪應按承載力極限狀態和正常使用極限狀態進行分析和校核。作用效應的分項系數和組合系數，按現行國家標準GB 50051—2013煙囪設計規范有關規定確定。

4.1 計算軟件及計算參數

采用中國建筑科學研究院研發的PKPM系列煙囪設計軟件，共分20段(每5.0 m一段)進行煙囪結構受力分析計算。依據GB 50011—2010建筑抗震設計規范(2016年版)[3]，煙囪所處地區抗震設防烈度為7度(加速度0.15g 第三組)。地面粗糙度為C類。

恒載：包括煙囪筒壁自重，各層平臺自重等；活荷載：包括各層平臺活荷載等。

基本風壓：0.55 kN/m2(50 a一遇)。

4.2 材料強度及煙囪的幾何參數

根據實測強度，筒壁混凝土強度按C25取值，鋼筋采用HPB300，HRB335級鋼筋；煙囪的幾何參數取實測值。

4.3 結構計算結果

經結構計算，煙囪基礎承載力滿足要求；裂縫、變形、位移等均滿足要求；筒壁配筋不滿足承載力要求，配筋對比詳見表3。

表3 筒壁配筋對比

5 可靠性鑒定評級

煙囪的可靠性鑒定評級，應劃分為構件、結構系統、鑒定單元三個層次。其中結構系統和構件兩個層次的鑒定評級，應包括安全性、正常使用性、腐蝕性的等級評定。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進行。

5.1 地基基礎可靠性評級

本次鑒定地基基礎的安全性按煙囪現狀和地基變形觀測資料檢測結果評定，使用性根據筒壁或煙道的使用狀況評定。煙囪使用狀況良好，未出現與地基基礎有關的問題，無沉降裂縫、變形或位移，地基基礎的安全性等級評定為A級，使用性等級評定為A級。根據地基基礎的安全性和使用性評級結果，煙囪地基基礎可靠性等級評定為A級。

5.2 筒壁及支承結構可靠性評級

5.2.1 筒壁及支承結構安全性評級

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、裂縫三個項目的評定等級確定。筒壁及支承結構系統的安全性評定等級可按構件評級中的最低級確定。

煙囪筒壁現齡期混凝土強度推定值均不滿足設計混凝土強度等級要求，經計算，筒壁配筋不滿足承載力要求，筒壁及支撐結構構件的安全性按承載能力評定為c級。筒壁出現環向水平裂縫，按裂縫評定為c級。筒壁構造合理，基本滿足國家現行標準要求，按構造和連接評定為b級。根據構件評定結果，煙囪筒壁及支撐結構的安全性等級評定為C級。

5.2.2 筒壁及支承結構使用性評級

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的最低評定等級確定。煙囪外壁混凝土面存在不同程度外觀質量缺陷，煙囪目前尚未投入使用，筒壁無明顯腐蝕現象，但在目標使用年限存在因腐蝕或溫度作用，存在影響結構安全的因素，煙囪筒壁及支撐結構的使用性按損傷評定為b級，按裂縫評定為c級，按傾斜評定為a級。根據構件的評定結果，煙囪筒壁及支撐結構的使用性評定為C級。

5.2.3 筒壁及支承結構可靠性評級

根據煙囪筒壁及支承結構的安全性和使用性評級結果，煙囪筒壁及支承結構的可靠性等級評定為C級。

5.3 隔熱層和內襯可靠性評級

5.3.1 隔熱層和內襯安全性評級

煙囪隔熱層和內襯的安全性等級應根據構造連接和損壞情況兩個項目的評定等級進行評定，并取其中最低等級作為該項目的安全性等級。煙囪隔熱層和內襯構造合理，無變形及損壞，煙囪隔熱層和內襯的安全性按構造和連接評定為A級，按損壞評定為A級。故煙囪隔熱層和內襯的安全性等級評定為A級。

5.3.2 隔熱層和內襯使用性評級

煙囪隔熱層和內襯的使用性等級應根據使用功能的實際狀況進行評定。煙囪隔熱層和內襯完好，使用性評定為A級。

5.3.3 隔熱層和內襯可靠性評級

依據煙囪筒壁及支承結構的安全性和使用性評級結果，煙囪隔熱層和內襯的可靠性等級評定為A級。

5.4 附屬設施可靠性評級

5.4.1 附屬設施安全性評級

附屬設施的安全性等級應根據承載構件的實際狀況進行評定。根據現場調查及檢測結果，煙囪附屬設施是適合工作的，輕微損壞，安全性評定為B級。

5.4.2 附屬設施使用性評級

附屬設施的使用性等級應根據使用功能、破壞程度進行評定。根據現場調查及檢測結果，煙囪爬梯尚未完成施工，且底部爬梯與煙囪筒壁未形成有效連接，爬梯個別螺栓缺失，影響使用，附屬設施的使用性評定為B級。

5.4.3 附屬設施可靠性評級

依據煙囪附屬設施的安全性和使用性評級結果，煙囪附屬設施的可靠性等級評定為B級。

5.5 腐蝕評定

煙囪的腐蝕評定應根據煙囪的裂縫、損傷、腐蝕等情況進行評定。根據現場調查及檢測結果，煙囪腐蝕評定為A級。

5.6 鑒定單元可靠性評級

根據煙囪地基基礎、筒壁及支承結構、隔熱層和內襯的鑒定評級結果，煙囪的可靠性等級評定為三級，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。

6 建議

煙囪筒壁混凝土強度不滿足設計要求，外壁混凝土面存在不同程度蜂窩、麻面、疏松、孔洞等外觀質量缺陷，逐段澆筑接槎部位尤為嚴重，部分接槎部位出現水平裂縫、局部存在露筋現象，且筒壁配筋不滿足承載力要求，建議對煙囪采取加固維修處理措施，爬梯螺栓缺失和松動部位應補齊或緊固螺栓。

7 結語

煙囪是排放煙氣的主要構筑物，在使用的過程中不僅需要經常性的管理與維護，同時在煙囪存在缺陷和損傷、遭受事故或災害、達到設計使用年限、改變使用條件或使用環境、進行工藝改造等問題時，煙囪的安全性、使用性能否滿足要求，需要對煙囪整體或局部進行檢測鑒定才能給出正確的評價。本文詳細介紹了某發電工程煙囪可靠性的鑒定過程，為該煙囪后續使用及治理提供技術依據，可供其他類似的煙囪可靠性鑒定工作借鑒。