張風(fēng)亮，田鵬剛，孫 沖，毛冬旭，邊兆偉，贠作義，史繼創(chuàng)，劉歲強(qiáng)

(1.陜西省建筑科學(xué)研究院有限公司，陜西 西安 710082；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054)

1 工程概況

某公司一期2×660MW空冷汽輪發(fā)電機(jī)房大平臺(tái)采用鋼筋混凝土框架+現(xiàn)澆樓板結(jié)構(gòu)體系，大平臺(tái)梁通過牛腿支撐于主廠房框架，軸柱上，與柱鉸接連接。該汽機(jī)房橫向跨度34m，縱向柱距10m，雙柱插入距1.5m，總長171.5m。汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高為14.100m，中間層標(biāo)高為7.100m。汽機(jī)房使用環(huán)境類別為b類，設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)?；炷翉?qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C40，縱向梁鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值為50(與柱外邊平齊側(cè))，25mm(另一側(cè))，柱、板鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值分別為35，15mm。汽機(jī)房剖面如圖1所示，平面如圖2所示。

圖1 汽機(jī)房剖面

圖2 汽車機(jī)房平面

使用過程中，廠房0m處6根立柱、14m處5根立柱的牛腿均出現(xiàn)了不同程度的裂縫，為進(jìn)一步查找開裂原因，為加固設(shè)計(jì)提供全面的技術(shù)參考依據(jù)，對(duì)該汽機(jī)房立柱牛腿進(jìn)行全方面檢測(cè)鑒定，并對(duì)存在的問題提出相應(yīng)的處理建議。

2 牛腿裂縫分布形態(tài)

根據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中第4.1.1條規(guī)定，對(duì)汽機(jī)房立柱牛腿的裂縫形態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場檢測(cè)，典型裂縫的破壞形態(tài)描述如下。

3 立柱及牛腿檢測(cè)

3.1 牛腿截面尺寸及保護(hù)層厚度檢測(cè)

根據(jù)GB/T 50344—2019《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及原始設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)牛腿截面尺寸及保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，本次檢測(cè)的牛腿截面尺寸與原設(shè)計(jì)基本相符；牛腿端部鋼筋保護(hù)層厚度最小值為20mm，最大值為56mm，保護(hù)層厚度不均勻，個(gè)別牛腿保護(hù)層厚度偏大，設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度為30mm。

表1 混凝土構(gòu)件截面尺寸及鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果

3.2 牛腿鋼筋配置情況檢測(cè)

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及原始設(shè)計(jì)圖紙，現(xiàn)場采用鋼筋探測(cè)儀對(duì)牛腿外邊緣鋼筋配置情況進(jìn)行抽樣檢測(cè)與復(fù)核。現(xiàn)場檢測(cè)結(jié)果表明，受檢牛腿外邊緣鋼筋配置情況與原設(shè)計(jì)圖紙基本相符。

3.3 立柱及牛腿混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

為全面準(zhǔn)確反映受檢汽機(jī)房立柱及牛腿實(shí)際抗壓強(qiáng)度，依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ/T 23—2011《回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》，采用回彈法檢測(cè)。同時(shí)根據(jù)需要檢測(cè)受檢構(gòu)件碳化深度，由于受檢構(gòu)件混凝土服役時(shí)間較長，碳化深度測(cè)試結(jié)果均>6mm。依據(jù)GB 50292—2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》附錄K，已有結(jié)構(gòu)混凝土回彈齡期修正系數(shù)取0.97。經(jīng)換算，考慮齡期折減后的受檢立柱及牛腿混凝土構(gòu)件現(xiàn)齡期抗壓強(qiáng)度推定值均>40.0MPa，滿足原設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)(C40)要求。

3.4 牛腿混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)

當(dāng)混凝土原材料、配合比、內(nèi)部質(zhì)量及測(cè)試距離一定時(shí)，超聲波在其中傳播速度、首波幅度及接收信號(hào)頻率等聲學(xué)參數(shù)測(cè)量值應(yīng)基本一致。如果結(jié)構(gòu)混凝土局部區(qū)域內(nèi)存在空洞、不密實(shí)區(qū)等缺陷，所測(cè)聲時(shí)值將偏大，波幅及頻率值降低。根據(jù)聲學(xué)參數(shù)變化，可判定混凝土內(nèi)部缺陷情況。依據(jù)CECS 21∶2000《超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》，采用超聲對(duì)測(cè)法檢測(cè)，在待測(cè)構(gòu)件的兩相對(duì)測(cè)試面上分別畫等間距的網(wǎng)格(本次采用100mm×100mm測(cè)網(wǎng))，并編號(hào)確定對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位置，按一定順序測(cè)取各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)、幅度及頻率值，并按規(guī)程對(duì)其進(jìn)行分析處理。當(dāng)測(cè)區(qū)中某些測(cè)點(diǎn)的聲速值、波幅值(或頻率值)被判為異常值時(shí)，可結(jié)合異常測(cè)點(diǎn)的分布及波形情況確定混凝土內(nèi)部存在不密實(shí)區(qū)或空洞的范圍。為準(zhǔn)確找出開裂原因，現(xiàn)場對(duì)具備檢測(cè)條件的開裂牛腿混凝土進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，受檢汽機(jī)房立柱牛腿測(cè)試部位的混凝土內(nèi)部密實(shí)度較好，不存在不密實(shí)區(qū)或空洞缺陷區(qū)域。

3.5 受檢牛腿裂縫深度檢測(cè)

為查找開裂原因，依據(jù)《超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》，現(xiàn)場采用人工鑿開法及儀器檢測(cè)法(非金屬超聲波檢測(cè)儀)對(duì)立柱牛腿代表性裂縫深度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下。

2)現(xiàn)場采用ZBL-U510型非金屬超聲波檢測(cè)儀對(duì)檢測(cè)條件較好的1層①/牛腿西側(cè)面裂縫處、2層○/牛腿西側(cè)面裂縫處、2層○/牛腿正立面裂縫處、2層/牛腿西側(cè)面裂縫處、2層/牛腿正立面裂縫處混凝土進(jìn)行跨縫波速檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。

表2 受檢牛腿裂縫深度檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果表明，受檢牛腿側(cè)面代表性裂縫推算深度與對(duì)應(yīng)牛腿寬度基本一致，說明受檢牛腿側(cè)面的表層裂縫已貫穿；正立面裂縫深度較小，未貫通，綜合裂縫形態(tài)、裂縫深度可推斷牛腿裂縫為表層素混凝土開裂。

3.6 汽機(jī)房立柱傾斜檢測(cè)

為了解汽機(jī)房立柱目前狀態(tài)下的變形情況，根據(jù)構(gòu)筑物所處環(huán)境、現(xiàn)場檢測(cè)條件及《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的要求，現(xiàn)場在具備檢測(cè)條件的區(qū)域，采用經(jīng)緯儀對(duì)立柱傾斜變形進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，目前狀態(tài)下，受檢汽機(jī)房立柱傾斜變形均未超過《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中第7.3.9條關(guān)于廠房柱傾斜達(dá)到C級(jí)的限值規(guī)定要求，說明立柱未發(fā)生影響結(jié)構(gòu)安全的傾斜變形。

4 汽機(jī)房立柱牛腿承載力驗(yàn)算

4.1 牛腿構(gòu)造核查

4.2 牛腿裂縫控制驗(yàn)算

ND-40085號(hào)牛腿Fv=164kN，F(xiàn)vk=164kN/1.4=117.1kN，為該類牛腿荷載最大值。

4.3 牛腿受壓承載力驗(yàn)算

4.4 牛腿局部受壓承載力驗(yàn)算

5 牛腿開裂原因分析

6 加固處理方案

通過上述分析可知，立柱牛腿開裂的主要原因是牛腿與梁之間連接構(gòu)造不合理，在溫度作用及混凝土收縮變形作用下，牛腿開裂。裂縫雖不影響牛腿承載力，但影響牛腿耐久性，因此，應(yīng)對(duì)牛腿進(jìn)行加固處理(見圖3)。具體加固處理方案如下。

圖3 牛腿加固示意

1)將牛腿及對(duì)應(yīng)立柱表面裝飾層剔除，混凝土表面出現(xiàn)剝落、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予剔除，對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層，剔除后應(yīng)用聚合物水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)；用混凝土角磨機(jī)、砂輪(砂紙)等工具，去除混凝土表面浮漿、油污等雜質(zhì)，打磨平整構(gòu)件表面混凝土。

2)對(duì)牛腿表面裂縫采用壓力灌膠(漿)或嵌縫封閉的方法進(jìn)行加固。

3)采用[10及對(duì)拉螺栓進(jìn)行加固。

4)用環(huán)氧樹脂膠凝材料或灌漿料填實(shí)槽鋼與混凝土間隙。

5)將混凝土梁頂升30mm，插筋切斷牛腿頂面。

6)牛腿頂面聚合物砂漿或灌漿料找平，混凝土梁回落。

7 結(jié)語

牛腿端面保護(hù)層厚度過大、梁板沿縱向的溫度、收縮變形產(chǎn)生的內(nèi)力向廠房兩端部、變形縫兩側(cè)自由端釋放受到約束時(shí)，在牛腿內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力以及牛腿與梁之間采用插筋構(gòu)造連接是立柱牛腿發(fā)生開裂的主要原因。采用本文提出的加固方案對(duì)開裂牛腿進(jìn)行加固，通過對(duì)加固牛腿近1年的觀察，未發(fā)現(xiàn)有新裂縫生成，加固效果良好且經(jīng)濟(jì)成本低，說明本次加固方案可在類似工程結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。