胡利強(qiáng) 唐漾 王珂 呂柳笛 嚴(yán)華峰

【關(guān)鍵詞】筒倉(cāng);缺陷;結(jié)構(gòu);檢測(cè)鑒定

【中圖分類號(hào)】TU375 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2021）09-0086-03

0 引言

某濱海鋼廠礦渣粉生產(chǎn)線的1～4號(hào)礦粉庫(kù)由4座鋼筋混凝土筒倉(cāng)組成，該工程于2008年6月開工建設(shè)，2009年4月竣工并投產(chǎn)。礦粉庫(kù)投產(chǎn)3年后發(fā)現(xiàn)，部分混凝土筒倉(cāng)質(zhì)量存在問題，為了保證礦粉庫(kù)的安全使用，對(duì)4座鋼筋混凝土筒倉(cāng)進(jìn)行檢測(cè)鑒定。

1～4號(hào)礦粉庫(kù)的4座筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)相同，高度為56 m，筒倉(cāng)內(nèi)徑為18 m，底部筒壁厚800 mm，上部筒壁厚400 mm;筒倉(cāng)底為錐殼，筒壁下設(shè)鋼筋混凝土環(huán)梁，環(huán)梁下設(shè)樁基礎(chǔ)。筒倉(cāng)壁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C35，筒倉(cāng)壁內(nèi)配鋼筋規(guī)格為HRB335。

1 筒倉(cāng)現(xiàn)狀檢測(cè)

1.1 結(jié)構(gòu)外觀損傷檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采用目測(cè)及尺量的方法對(duì)筒倉(cāng)外壁的水跡、銹跡、酥松、剝落等損傷情況進(jìn)行觀測(cè)，采用裂縫寬度觀測(cè)儀和裂縫測(cè)深儀對(duì)裂縫寬度和深度進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，筒倉(cāng)外壁多處存在水平裂縫、蜂窩麻面、表面混凝土脫落、鋼筋銹蝕等問題;其中，水平裂縫最寬達(dá)1.4 mm，最深達(dá)67 mm（如圖1至圖3所示）。一些經(jīng)過修補(bǔ)的破損部位，新舊混凝土結(jié)合面已經(jīng)開裂，局部表面混凝土已經(jīng)剝落（如圖4所示）。

通過對(duì)當(dāng)時(shí)施工過程的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生筒倉(cāng)外壁水平裂縫的主要原因是筒壁滑模施工時(shí)混凝土未連續(xù)澆筑，出現(xiàn)施工縫且未嚴(yán)格按規(guī)范要求預(yù)留和處理施工縫。

1.2 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

選取不同部位，采用鉆芯法對(duì)筒倉(cāng)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè);芯樣按標(biāo)準(zhǔn)要求處理后進(jìn)行抗壓檢測(cè)，所得數(shù)據(jù)按照《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50344—2004）中的方法推定混凝土抗壓強(qiáng)度;檢測(cè)結(jié)果見表1。

檢測(cè)結(jié)果表明：4座筒倉(cāng)的混凝土抗壓強(qiáng)度均不符合設(shè)計(jì)要求。結(jié)合結(jié)構(gòu)外觀檢查情況可以看出，筒倉(cāng)混凝土施工質(zhì)量較差。

1.3 其他檢測(cè)

1.3.1 主要結(jié)構(gòu)截面尺寸復(fù)核

現(xiàn)場(chǎng)采用激光測(cè)距儀、鋼卷尺等試驗(yàn)設(shè)備對(duì)主要結(jié)構(gòu)截面尺寸進(jìn)行了抽查復(fù)核;主要結(jié)構(gòu)尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

1.3.2 垂直度檢測(cè)

使用DJD2-C型電子經(jīng)緯儀和鋼卷尺對(duì)筒倉(cāng)垂直度進(jìn)行測(cè)量;檢測(cè)結(jié)果表明：筒倉(cāng)頂部偏移量為10～20 mm;結(jié)構(gòu)傾斜均小于0.002，滿足《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144—2008）中的相關(guān)要求。

1.3.3 鋼筋間距和保護(hù)層厚度檢測(cè)

通過電磁感應(yīng)法檢測(cè)鋼筋保護(hù)層厚度和鋼筋間距，檢測(cè)結(jié)果表明：鋼筋間距基本符合設(shè)計(jì)要求、鋼筋保護(hù)層厚度基本滿足規(guī)范要求，局部有露筋現(xiàn)象。

1.3.4 鋼筋銹蝕檢測(cè)

選取外觀基本完好的部位，使用鋼筋銹蝕儀檢測(cè)內(nèi)部鋼筋銹蝕情況，并局部剔鑿驗(yàn)證;檢測(cè)結(jié)果表明：所檢部位內(nèi)部鋼筋基本無(wú)銹蝕。

1.3.5 混凝土碳化深度檢測(cè)

選取不同位置測(cè)試混凝土碳化深度，檢測(cè)結(jié)果表明：混凝土碳化深度為17～26 mm，尚未超過鋼筋保護(hù)層厚度。

1.3.6 混凝土中氯離子含量和堿含量檢測(cè)

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所取的芯樣進(jìn)行氯離子含量和堿含量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2。

檢測(cè)結(jié)果表明：混凝土中氯離子含量和堿含量均符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）相關(guān)要求。

1.3.7 地基基礎(chǔ)狀態(tài)

礦粉庫(kù)投產(chǎn)使用以來(lái)，上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件無(wú)明顯不均勻沉降導(dǎo)致的開裂、變形、傾斜等現(xiàn)象，表明地基基礎(chǔ)工作狀態(tài)基本正常。

2 結(jié)構(gòu)分析與鑒定

2.1 結(jié)構(gòu)分析

1～4號(hào)礦粉庫(kù)為筒壁與柱聯(lián)合支承的筒倉(cāng)，整體結(jié)構(gòu)分析采用空間有限元分析軟件，結(jié)構(gòu)空間計(jì)算模型如圖5所示;倉(cāng)體結(jié)構(gòu)（筒倉(cāng)倉(cāng)壁、倉(cāng)底錐殼）采用筒倉(cāng)專用軟件進(jìn)行復(fù)核。結(jié)構(gòu)分析的主要參數(shù)如下。

（1）材料強(qiáng)度：根據(jù)本次材料性能檢測(cè)結(jié)果，結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度未達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，在驗(yàn)算分析中，混凝土的強(qiáng)度值按檢測(cè)推定值進(jìn)行;鋼筋按HRB335。

（2）礦粉庫(kù)貯料容重為16 kN/m2，內(nèi)摩擦角為33°，摩擦系數(shù)為0.55。

（3）地震基本烈度為7°，地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場(chǎng)地特征周期為0.45 s，建筑場(chǎng)地土類別為Ⅱ類;基底土無(wú)液化層。

（4）風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓采用0.40 N/m2，地面粗糙度等級(jí)為A類。

（5）基本雪壓：0.35 kN/m2。

（6）積灰荷載：0.50 kN/m2。

（7）樓面活荷載：2.0 kN/m2;屋面活荷載：2.0 kN/m2。

（8）結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施為二級(jí)。

（9）結(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算，設(shè)備荷載按照工藝條件確定。

2.2 結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

2.2.1 筒倉(cāng)支承結(jié)構(gòu)

筒倉(cāng)支承結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果表明：該筒倉(cāng)支承結(jié)構(gòu)的筒壁、柱R/γ0S≥1（其中，R為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力，S為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件作用效應(yīng);γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)），即承載力滿足安全使用要求。在地震作用下，由于混凝土強(qiáng)度低，所以支承柱軸壓比超出規(guī)范限值。

2.2.2 倉(cāng)體結(jié)構(gòu)

倉(cāng)體結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果如下。

（1）該筒倉(cāng)倉(cāng)底錐殼R/γ0S<0.82，即筒倉(cāng)倉(cāng)底錐殼承載力不滿足安全使用要求。

（2）該筒倉(cāng)倉(cāng)壁R/γ0S≥1，即筒倉(cāng)倉(cāng)壁承載力滿足安全使用要求;但在正常使用極限狀態(tài)下，其最大裂縫寬度超過規(guī)范允許值。

（3）該筒倉(cāng)倉(cāng)頂鋼梁均R/γ0S≥0.95，即筒倉(cāng)倉(cāng)頂鋼梁承載力滿足或基本滿足安全使用要求。

（4）該筒倉(cāng)頂板均R/γ0S≥0.95，即筒倉(cāng)頂板承載力滿足或基本滿足安全使用要求。

2.3 可靠性鑒定評(píng)級(jí)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果和結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，按照《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50144—2008）對(duì)渣廠1～4號(hào)礦粉庫(kù)進(jìn)行可靠性鑒定。1～4號(hào)礦粉庫(kù)各作為一個(gè)鑒定單元進(jìn)行可靠性鑒定。

筒倉(cāng)的可靠性鑒定，分為地基基礎(chǔ)、倉(cāng)體與支承結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施3個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)定。地基基礎(chǔ)、倉(cāng)體與支承結(jié)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

以1號(hào)礦粉庫(kù)為例（其余類似），鑒定評(píng)級(jí)結(jié)果如下。

（1）地基基礎(chǔ)：1號(hào)礦粉庫(kù)上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)因地基基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫或變形，表明該筒倉(cāng)的地基基礎(chǔ)工作基本正常;因此，地基基礎(chǔ)可靠性等級(jí)為B級(jí)。

（2）倉(cāng)體與支承結(jié)構(gòu)：倉(cāng)體與支承結(jié)構(gòu)的可靠性等級(jí)按安全性等級(jí)和使用性等級(jí)中較低等級(jí)確定。安全性等級(jí)按結(jié)構(gòu)整體性和承載能力兩個(gè)項(xiàng)目評(píng)定等級(jí)中較低等級(jí)確定;使用性等級(jí)按使用狀況和整體側(cè)移（傾斜）兩個(gè)項(xiàng)目評(píng)定等級(jí)中較低等級(jí)確定。①安全性等級(jí)評(píng)定。整體性：結(jié)構(gòu)布置合理，由于混凝土強(qiáng)度低，導(dǎo)致整體性構(gòu)造和連接不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定，影響安全;結(jié)構(gòu)整體性等級(jí)為c級(jí)。承載功能：1號(hào)礦粉庫(kù)部分構(gòu)件（倉(cāng)底錐殼等）不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的安全性要求，影響整體安全，應(yīng)采取措施;結(jié)構(gòu)承載功能等級(jí)為c級(jí)。因此，安全性等級(jí)評(píng)為C級(jí)。②使用性等級(jí)評(píng)定。使用狀況按變形和損傷、裂縫兩個(gè)項(xiàng)目評(píng)定等級(jí)中較低等級(jí)確定。變形和損傷：筒倉(cāng)外壁局部混凝土剝落;該項(xiàng)目評(píng)為b級(jí)。裂縫：經(jīng)驗(yàn)算，筒倉(cāng)倉(cāng)壁在正常使用極限狀態(tài)下，其最大裂縫寬度超過規(guī)范允許值且筒倉(cāng)外壁多處出現(xiàn)寬度>0.2 mm的裂縫;該項(xiàng)目評(píng)為c級(jí)。整體側(cè)移（傾斜）：1號(hào)礦粉庫(kù)傾斜未超過0.002;該項(xiàng)目評(píng)為a級(jí)。因此，使用性等級(jí)評(píng)為C級(jí)。根據(jù)安全性等級(jí)和使用性等級(jí)評(píng)定結(jié)果，倉(cāng)體與支承結(jié)構(gòu)可靠性等級(jí)為C級(jí)。

（3）附屬設(shè)施：1號(hào)礦粉庫(kù)附屬設(shè)施基本完好，該項(xiàng)目評(píng)為B級(jí)。

（4）綜合鑒定評(píng)級(jí)：由于倉(cāng)體與支承結(jié)構(gòu)可靠性等級(jí)為C級(jí)，1號(hào)礦粉庫(kù)可靠性等級(jí)為三級(jí)，即不符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的可靠性要求，影響整體安全，應(yīng)采取措施。

2.4 抗震性能鑒定

按照《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50191—2012）、《工業(yè)構(gòu)筑物抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ 117—88）中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)渣廠1～4號(hào)礦粉庫(kù)進(jìn)行抗震性能鑒定。結(jié)構(gòu)抗震性能鑒定結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)布置、連接構(gòu)造合理，符合規(guī)范要求;由于混凝土強(qiáng)度低，所以1～4號(hào)礦粉庫(kù)支承柱軸壓比均超出規(guī)范限值;此外，2號(hào)礦粉庫(kù)混凝土抗壓強(qiáng)度推定值為19.0 MPa，不符合構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20的要求?？梢姡?～4號(hào)礦粉庫(kù)結(jié)構(gòu)抗震性能均不滿足7度抗震設(shè)防要求。

2.5 鑒定結(jié)論

1～4號(hào)礦粉庫(kù)可靠性等級(jí)為三級(jí)，即不符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的可靠性要求，影響整體安全，應(yīng)采取措施。1～4號(hào)礦粉庫(kù)的可靠性不符合要求，主要是混凝土強(qiáng)度低導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力不滿足要求、倉(cāng)壁在正常使用極限狀態(tài)下的最大裂縫寬度超過規(guī)范允許值。

1～4號(hào)礦粉庫(kù)支承柱軸壓比超出規(guī)范限值，結(jié)構(gòu)抗震性能不滿足7°抗震設(shè)防要求。

3 處理建議

根據(jù)1～4號(hào)礦粉庫(kù)的鑒定結(jié)論和現(xiàn)狀，結(jié)合筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，處理建議如下。

（1）對(duì)筒倉(cāng)外表面修補(bǔ)處理，將疏松混凝土剔除，清理干凈，直至完全露出堅(jiān)實(shí)層為止，遇銹蝕鋼筋應(yīng)徹底除銹，采用水泥基灌漿材料或加固用聚合物砂漿內(nèi)配鋼絲網(wǎng)進(jìn)行修補(bǔ)。

（2）對(duì)筒倉(cāng)裂縫進(jìn)行封閉、修補(bǔ);寬度為0.2 mm以上裂縫采用壓力注漿法、裂縫寬度為0.2 mm以下采用表面封閉法。

（3）對(duì)筒倉(cāng)鋼筋進(jìn)行阻銹處理。

（4）采用環(huán)向粘貼碳纖維方法對(duì)倉(cāng)壁進(jìn)行加固，以提高其抗裂性。

（5）對(duì)承載能力不滿足要求的1～4號(hào)礦粉庫(kù)倉(cāng)底錐殼進(jìn)行更換。

（6）對(duì)支承柱進(jìn)行抗震加固。

（7）定期對(duì)筒倉(cāng)進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)。

此外，不能進(jìn)行全面結(jié)構(gòu)加固時(shí)，可適當(dāng)降低筒倉(cāng)儲(chǔ)料荷載，并縮短后續(xù)使用年限。

4 結(jié)語(yǔ)

筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度低，不僅對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力有影響，而且對(duì)結(jié)構(gòu)的正常使用和耐久性有很大的影響;尤其在濱海環(huán)境，筒倉(cāng)倉(cāng)壁出現(xiàn)裂縫后，極易引起內(nèi)部鋼筋銹蝕，導(dǎo)致鋼筋應(yīng)力增大、裂縫加寬;加固處理應(yīng)采取針對(duì)性措施。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張有才.建筑物的檢測(cè)、鑒定、加固與改造[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

[2]GB 50144—2008，工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]GB/T 50344—2004，建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]GB 50077—2003，鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]GBJ 117—88，工業(yè)構(gòu)筑物抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6]GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7]GB 50191—2012，構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8]GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[9]GB 50068—2001，建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].

[10]《貯倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.貯倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.