某選煤廠鋼筋混凝土皮帶走廊結(jié)構(gòu)可靠性檢測與鑒定

楊明飛，宗 翔，徐 穎，涂剛要，李孝坤

（1．安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南232001；2．合肥建工集團有限公司，安徽 合肥230088）

1 工程概況

該選煤廠鋼筋混凝土皮帶走廊結(jié)構(gòu)1979年由原煤炭工業(yè)部選煤設(shè)計研究院設(shè)計，自1984年開始使用至今已經(jīng)服役30多年。工程所處工業(yè)廣場平面范圍內(nèi)沒有工程地質(zhì)鉆孔，也沒有工程地質(zhì)斷面，工程與原煤儲存筒倉相連，如圖1所示。皮帶走廊支撐結(jié)構(gòu)的支架基礎(chǔ)選擇3層亞黏土作為持力層，砧垟基礎(chǔ)選擇2層黏土作為持力層。2層土地基容許承載力［R］＝2．9kg／cm2，3層土地基容許承載力［R］＝2．6 kg／cm2，并且2層土屬于脹縮性土。

圖1 皮帶走廊結(jié)構(gòu)

為了選煤生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、可靠，需對此工程進行安全可靠性檢測，必要時對其進行改造和加固，因此受選煤分公司委托，根據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》GB 50144—2008、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204—2002（2011版）、《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標》GB／T50344—2004、《混凝土中鋼筋檢測技術(shù)規(guī)程》JGJ／T152—2008等規(guī)范中的規(guī)定，對其進行安全可靠性鑒定，為皮帶走廊整體結(jié)構(gòu)的加固提供依據(jù)［1］。

2 可靠性檢測

2．1 鋼筋混凝土構(gòu)件碳化深度檢測

根據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》GB 50144—2008隨機抽取混凝土構(gòu)件進行碳化深度檢測?；炷撂蓟疃鹊臋z測方法為：在構(gòu)件表面鑿孔，將孔表面灰塵清理干凈，向孔內(nèi)噴灑1%的酚酞溶液，已碳化的混凝土不變色，未碳化的變?yōu)榧t色［2］，然后用碳化深度測試儀測量該構(gòu)件混凝土碳化深度值。項目中對該皮帶走廊的24處進行了碳化深度檢測，測試部位涵蓋了20m支架、3號轉(zhuǎn)載點、8m支架和皮帶走廊內(nèi)部桁架腹桿，測試結(jié)果見表1。

表1 碳化測試結(jié)果

綜合碳化測試結(jié)果，說明該結(jié)構(gòu)的混凝土碳化屬于中度碳化，個別位置的碳化深度到達了鋼筋表面，引起鋼筋銹蝕的概率較高。

2．2 鋼筋混凝土構(gòu)件強度檢測

由于結(jié)構(gòu)的使用時間較長，因此混凝土強度測試采用《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》CECS03：2007進行檢測與評定［3-4］，典型的取芯位置如圖2所示。

圖2 混凝土取芯位置

按照規(guī)范要求對所取芯樣進行了力學測試，測試過程如圖3所示。

圖3 芯樣強度檢測

力學測試結(jié)果顯示，8m支架、20m支架和3號轉(zhuǎn)載點位置的混凝土強度評定等級為C10，明顯低于設(shè)計強度C20。

2．3 鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部鋼筋間距檢測

對皮帶走廊支撐結(jié)構(gòu)和內(nèi)部桁架腹桿等構(gòu)件中鋼筋間距的信息，依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204—2002（2011版）進行了測試［5-6］，儀器采用鋼筋位置測定儀／KON-RBL（D）和鋼尺。檢測結(jié)果與原始設(shè)計施工圖紙比較得出：除了少數(shù)箍筋分布間距與原設(shè)計圖紙不符，其它鋼筋間距基本符合原設(shè)計圖紙的要求。20m支架縱筋間距合格率為85．7%，箍筋間距合格率為0（注：箍筋間距與設(shè)計不符，設(shè)計值為300，但實測間距遠小于該值，因此箍筋間距不合格）；皮帶走廊桁架腹桿縱筋間距合格率為91．7%，箍筋間距合格率為100%。3號轉(zhuǎn)載點柱縱筋間距合格率為83．3%，柱箍筋間距合格率為77．1%，梁縱筋間距合格率為88．9%，梁箍筋間距合格率為83．8%。8m支架縱筋間距合格率為83．3%，箍筋間距合格率為0，箍筋間距存在與設(shè)計不符情況。

2．4 鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部鋼筋銹蝕率檢測

考慮到現(xiàn)場破損構(gòu)件中鋼筋銹蝕對原結(jié)構(gòu)的不利影響，對皮帶走廊相關(guān)構(gòu)件的鋼筋銹蝕率進行了檢測。本次檢測采用電位測銹蝕法和游標卡尺法：其中，游標卡尺法是通過直接測量除銹后鋼筋直徑，然后與原設(shè)計鋼筋進行比較，得到鋼筋截面的面積銹蝕損失率。依據(jù)的規(guī)范包括《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標》GB／T50344—2004、《混凝土中鋼筋檢測技術(shù)規(guī)程》JGJ／T152—2008、《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》GB50144—2008等，典型的20m支架電位測區(qū)如圖4所示［7］。

圖4 20m支架電位鋼筋銹蝕檢測區(qū)

檢測結(jié)果：

20m支架共檢測了4個測區(qū)，支架底部2個測區(qū)分別檢測18（20cm×20cm）個測點，支架4m高度2個測區(qū)分別檢測21（10cm×10cm）個測點。從實測電位數(shù)據(jù)結(jié)果來看，除了漏筋部分個別測試值低于-200，其他電壓測試值基本上高于-200，所以從電位測試結(jié)果可判斷20m支架鋼筋無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定，銹蝕概率5%，評定等級為C級。

3號轉(zhuǎn)載點共檢測了4個測區(qū)，每個測區(qū)檢測21（10cm×10cm）個測點。從漏筋情況來看，4根柱子和梁縱筋和箍筋裸露比較嚴重，甚至出現(xiàn)個別箍筋出現(xiàn)銹蝕斷裂情況。從實測電位數(shù)據(jù)結(jié)果來看，電位測試值低于-200較多，其中有1根柱子達到71%，所以綜合電位測試結(jié)果和鋼筋裸露情況可判斷3號轉(zhuǎn)載點鋼筋發(fā)生銹蝕的概率為50%，可能存在坑蝕現(xiàn)象，評定等級為C級。

8m支架共檢測了2個測區(qū)，每個測區(qū)檢測21（10cm×10cm）個測點。從實測電位數(shù)據(jù)結(jié)果來看，除了漏筋部分個別測試值低于-200，其他電壓測試值基本上高于-200，所以從電位測試結(jié)果可判斷8 m支架鋼筋無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定，銹蝕概率5%，評定等級為C級。

皮帶走廊桁架腹桿共檢測了2個測區(qū)，桁架每個測區(qū)檢測21（10cm×10cm）個測點。從實測電位數(shù)據(jù)結(jié)果來看，除了漏筋部分個別測試值低于-200，其他電壓測試值基本上高于-200，所以從電位測試結(jié)果可判斷皮帶走廊桁架腹桿鋼筋無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定，銹蝕概率5%，評定等級為C級。

2．5 鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部鋼筋保護層厚度檢測

采用鋼筋位置測定儀／KON-RBL（D）對皮帶走廊結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件及支撐結(jié)構(gòu)的鋼筋保護層厚度進行了檢測，依據(jù)標準《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204—2002（2011版）。檢測結(jié)果與原始設(shè)計施工圖紙比較得出：除了外露處，縱筋鋼筋保護層基本符合原設(shè)計要求［6］。

以下對整個皮帶走廊主要構(gòu)件進行外觀質(zhì)量說明：

20m支架：柱底部縱筋外露共5處，柱上部無明顯縱筋外露現(xiàn)象；柱底部箍筋外露嚴重，柱4m高處有明顯的箍筋外露，柱4m以上箍筋外露數(shù)量有所減少，只有個別箍筋外露，如圖5所示。

圖5 20m支架柱子

3號轉(zhuǎn)載點：柱子有12～13處縱筋外露，5根梁有縱筋外露情況；柱底部、節(jié)點位置箍筋外露現(xiàn)象嚴重，4根梁均有箍筋外露，個別箍筋銹蝕斷裂。

8m支架：右側(cè)柱子無縱筋外露，但有7處箍筋外露點、3處箍筋外露現(xiàn)象嚴重；左側(cè)柱子縱筋外露2處，箍筋外露9處。

皮帶走廊：24m跨度桁架底板露筋8處，腹桿露筋14處；27m跨度桁架底板露筋6處，腹桿露筋6處。

按照《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》GB50144—2008，潘一礦選煤廠301號皮帶走廊項目混凝土缺陷和損傷評定等級為C級。

2．6 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫檢測

采用KON-FK（A）裂縫寬度測定儀對該皮帶走廊及支撐結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件（柱、梁）表面裂縫進行了檢測，依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204—2002（2011版）和《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》GB50144—2008進行測試［8］。發(fā)現(xiàn)20m 支架、8m支架和3號轉(zhuǎn)載點有多處豎向裂縫；皮帶走廊內(nèi)部桁架腹桿有16處橫向微裂縫、底板有18處貫穿裂縫，同時桁架底板有23處貫穿裂縫。腹桿有7根橫向微裂縫，典型的裂縫如圖6所示。

圖6 皮帶走廊底板橫向貫穿裂縫

經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，20m支架裂縫主要分布在底部，呈現(xiàn)豎向分布，初步判斷屬于非受力性裂縫，最大平均縫寬2．48mm，長度88cm。3號轉(zhuǎn)載點構(gòu)件裂縫出現(xiàn)在柱底部、3m和6m節(jié)點上部，呈現(xiàn)豎向分布特征，初步判定為非受力性裂縫，最大平均縫寬2．52 mm，長度93cm。桁架腹桿微裂縫沿腹桿長度方向均勻分布，平均縫寬較小，根據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》GB50144—2008，評判等級為a級，屬于受力性裂縫，最大平均縫寬0．20mm，長度54cm，但未影響到結(jié)構(gòu)的安全。桁架底板裂縫沿板長跨方向分布，裂縫較多且長，初步判斷為預(yù)制板之間的裂縫，屬于非受力性裂縫，最大平均縫寬1．48mm，長度122cm。

3 加固對策

經(jīng)過上述6項可靠性鑒定測試結(jié)果，按照《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》3．3．1條的規(guī)定，鑒定該皮帶走廊和支撐結(jié)構(gòu)的可靠性等級為3級，不符合國家現(xiàn)行標準規(guī)范的可靠性要求，影響影響整體安全，在目標使用年限內(nèi)明顯影響整體正常使用，應(yīng)采取措施，且可能有極少數(shù)構(gòu)件必須立即采取措施。

1）對20m、8m支架和3號轉(zhuǎn)載點的支撐柱子進行加固處理，方案可采取增加柱子截面和配筋的方式，對銹蝕斷裂箍筋進行修復(fù)，梁、柱的表面加做保護層，加固使用的混凝土強度等級可較原設(shè)計提高1個等級。

2）3號轉(zhuǎn)載點的附屬樓梯進行拆除重做。

3）皮帶走廊的底板非受力裂縫進行修復(fù)，部分裸露鋼筋的桁架腹桿進行加固，可以采取外包鋼板的方式［9-10］，具體操作可參考相關(guān)規(guī)范進行。

4）考慮結(jié)構(gòu)長期處于高頻動荷載作用的情況，建議定期對皮帶走廊內(nèi)部桁架腹桿及外部主要支架局部構(gòu)件（環(huán)境惡劣處構(gòu)件以及c級構(gòu)件）進行復(fù)查，確保結(jié)構(gòu)的安全。

4 結(jié)論

1）皮帶走廊及支架結(jié)構(gòu)工作環(huán)境惡劣，腐蝕介質(zhì)含量較高，同時結(jié)構(gòu)所受動荷載較多，尤其高頻振動，綜合這些因素導(dǎo)致混凝土和鋼筋等材料的腐蝕速度加快，檢測結(jié)果也證明，混凝土的強度低于設(shè)計強度。

2）混凝土的平均碳化深度較大，伴隨著支架結(jié)構(gòu)的混凝土保護層剝落現(xiàn)象，造成個別構(gòu)件主筋和箍筋銹蝕嚴重，電位測試結(jié)果顯示銹蝕概率5%，部分構(gòu)件達到50%，評定等級為C級。

3）皮帶走廊的支架結(jié)構(gòu)及3號轉(zhuǎn)載點的基礎(chǔ)未發(fā)現(xiàn)明顯的變形和裂縫，對上部結(jié)構(gòu)無不利影響，但是3號轉(zhuǎn)載點處的附屬樓梯銹蝕嚴重，需拆除重做。

4）最終可靠性鑒定皮帶走廊及支架結(jié)構(gòu)的等級為3級，對于部分受力較大支架構(gòu)件應(yīng)采取加固措施，同時應(yīng)該進行定期的跟蹤與檢測，確保主體結(jié)構(gòu)安全。

［1］張鑫，李安起，趙考重．建筑結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造技術(shù)的進展［J］．工程力學，2011，28（1）：1-25．

［2］中冶建筑研究總院有限公司（原冶金工業(yè)部建筑研究總院）．工業(yè)建筑可靠性鑒定標準（GB50144—2008）［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008．

［3］中國建筑科學研究院．鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程（CECS03：2007）［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007．

［4］中國建筑科學研究院．混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50010—2010）［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［5］王雪艷，胡長明，梅源，等．框架柱含貫通缺陷的混凝土結(jié)構(gòu)安全性鑒定及加固［J］．工業(yè)建筑，2013，43（8）：150-169．

［6］中國建筑科學研究院．混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50204—2002（2011版））［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011．

［7］中國建筑科學研究院．建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準（GB／T50344—2004）［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004．

［8］李雁，宋雷，殷惠光．某煤礦鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房檢測和可靠性鑒定［J］．工業(yè)建筑，2012，42（12）：133-138．

［9］黃建文，姚正治，張煥娥，等．某電廠輸煤棧橋結(jié)構(gòu)加固設(shè)計［J］．建筑結(jié)構(gòu)，2007，37（S1）：72-74．

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