某發(fā)電工程煙囪檢測(cè)與可靠性鑒定

李海龍

(甘肅土木工程科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020)

1 工程概況

某發(fā)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(jiàn)圖1。標(biāo)高±0.000 m～5.275 m筒壁厚350 mm；標(biāo)高5.275 m～65.000 m筒壁厚350 mm，隔熱層厚60 mm，內(nèi)襯厚180 mm；標(biāo)高65.000 m～75.000 m筒壁厚280 mm，隔熱層厚60 mm，內(nèi)襯厚120 mm；標(biāo)高75.000 m～85.000 m筒壁厚250 mm，隔熱層厚60 mm，內(nèi)襯厚120 mm；標(biāo)高85.000 m～95.000 m筒壁厚220 mm，隔熱層厚60 mm，內(nèi)襯厚120 mm；標(biāo)高95.000 m～100.000 m筒壁厚200 mm，隔熱層厚60 mm，內(nèi)襯厚120 mm。該煙囪采用圓形板式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C30，65.0 m以下筒壁混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C40，65.0 m～100.0 m筒壁混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C30。煙囪內(nèi)襯采用耐酸膠泥砌筑耐酸磚，煙囪混凝土內(nèi)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(yùn)行，對(duì)該煙囪可靠性進(jìn)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(guī)定的程序進(jìn)行。

3 調(diào)查、檢測(cè)、分析

3.1 現(xiàn)狀調(diào)查

現(xiàn)狀調(diào)查應(yīng)包括原始資料、結(jié)構(gòu)上的作用、運(yùn)行環(huán)境條件和使用歷史四個(gè)部分。經(jīng)調(diào)查，該煙囪工程地質(zhì)勘察報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙、施工記錄等相關(guān)圖紙資料基本齊全。結(jié)構(gòu)上的作用標(biāo)準(zhǔn)值可按GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、GB 50051—2013煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范[1]對(duì)應(yīng)取值。設(shè)計(jì)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(chǔ)檢查、檢測(cè)

3.2.1 場(chǎng)地與地基基礎(chǔ)調(diào)查

該場(chǎng)地場(chǎng)區(qū)內(nèi)無(wú)斷裂構(gòu)造穿越，無(wú)滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地質(zhì)作用，場(chǎng)地穩(wěn)定性良好，適宜該工程建設(shè)。場(chǎng)地土類型屬中軟～堅(jiān)硬場(chǎng)地土，場(chǎng)地類別屬Ⅱ類建筑場(chǎng)地，屬建筑抗震一般地段，場(chǎng)地內(nèi)無(wú)飽和粉土及砂土層，無(wú)砂土液化現(xiàn)象。場(chǎng)地土自上而下為：①層細(xì)砂；①1層雜填土；②1層細(xì)砂；②層圓礫。煙囪采用圓形板式基礎(chǔ)，以②層圓礫層為持力層，地基承載力特征值為280 kPa，基礎(chǔ)底板厚度為1 400 mm，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-4.500 m，基礎(chǔ)底為100 mm厚C10素混凝土墊層。

3.2.2 地基基礎(chǔ)檢測(cè)

經(jīng)檢測(cè)，該煙囪基礎(chǔ)的種類、材料、尺寸及埋深符合設(shè)計(jì)要求，地基土未受到腐蝕影響，上部結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)地基不均勻沉降造成的傾斜、變形、裂縫等缺陷，地面散水設(shè)施完好，基礎(chǔ)使用狀況良好。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用SDJ-202LN型電子經(jīng)緯儀對(duì)煙囪筒壁傾斜進(jìn)行觀測(cè)。測(cè)量方法為通用的前方交會(huì)法，傾斜觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。經(jīng)觀測(cè)，煙囪地基變形滿足GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。

表1 筒壁傾斜觀測(cè)結(jié)果

3.3 筒壁及支承結(jié)構(gòu)檢查、檢測(cè)

3.3.1 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

依據(jù)JGJ/T 23—2011回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程，采用回彈法對(duì)煙囪筒壁混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，煙囪筒壁現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值在25.2 MPa～36.1 MPa之間，不滿足設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求。

3.3.2 筒壁幾何尺寸檢測(cè)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，煙囪實(shí)測(cè)筒壁幾何尺寸符合設(shè)計(jì)要求，尺寸偏差在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3.3.3 筒壁鋼筋檢測(cè)

該煙囪采用HPB300，HRB335級(jí)鋼筋。外側(cè)豎向鋼筋為φ18,φ16，內(nèi)層豎向鋼筋為φ16，豎向鋼筋環(huán)向布置間距為200 mm。外側(cè)環(huán)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(nèi)側(cè)環(huán)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(cè)煙囪筒壁環(huán)向、豎向鋼筋直徑、間距及鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度。檢測(cè)結(jié)果表明煙囪筒壁鋼筋直徑、間距滿足設(shè)計(jì)要求；筒壁鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度合格率為42.9%，不滿足規(guī)范要求。

3.3.4 混凝土外觀質(zhì)量、裂縫及損傷檢測(cè)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查、檢測(cè)，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(zhì)量缺陷，逐段澆筑接槎部位尤為嚴(yán)重，部分接槎部位出現(xiàn)水平裂縫、局部存在露筋現(xiàn)象，裂縫及露筋情況詳見(jiàn)表2。

表2 煙囪筒壁裂縫檢測(cè)結(jié)果表(澆筑段自下而上編號(hào))

3.3.5 筒壁傾斜檢測(cè)

經(jīng)檢測(cè)，煙囪筒壁傾斜滿足規(guī)范要求。

3.3.6 筒壁構(gòu)造檢測(cè)

經(jīng)調(diào)查、檢測(cè)，煙囪筒壁的坡度、分節(jié)高度和厚度符合GB 50051—2013煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范要求；環(huán)形懸臂的配筋及構(gòu)造、懸臂楔形縫設(shè)置的寬度和縫間距均滿足規(guī)范要求；煙道孔、根部人孔均為矩形孔洞，孔洞周圍均配補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，孔洞的設(shè)置及孔洞周圍補(bǔ)強(qiáng)鋼筋的配置均滿足規(guī)范要求。

3.4 內(nèi)襯與隔熱層檢查、檢測(cè)

煙囪內(nèi)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(jīng)調(diào)查、檢測(cè)，煙囪內(nèi)襯砌筑質(zhì)量較好，未發(fā)現(xiàn)破損、開(kāi)裂、腐蝕、變形等現(xiàn)象。隔熱層采用憎水珍珠巖板，規(guī)格為60 mm×250 mm×500 mm，板間用ZB型膠結(jié)膠，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、檢測(cè)，煙囪隔熱層厚度基本滿足設(shè)計(jì)要求，填充較為飽滿，無(wú)腐蝕現(xiàn)象。煙囪內(nèi)襯及隔熱層構(gòu)造合理，連接方式正確，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.5 附屬設(shè)施檢查、檢測(cè)

煙囪在標(biāo)高65.0 m，93.75 m分別設(shè)置信息平臺(tái)。經(jīng)檢查、檢測(cè)，平臺(tái)與筒壁連接完好，平臺(tái)未發(fā)現(xiàn)銹蝕、變形及缺損現(xiàn)象。煙囪爬梯底部與筒壁未形成有效連接，爬梯個(gè)別螺栓缺失。煙囪筒身外側(cè)從70.0 m起涂刷航空標(biāo)志色，航空標(biāo)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(biāo)志涂層完好，無(wú)破損脫落及褪色現(xiàn)象。避雷裝置完整性良好，連接可靠，未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。煙道口無(wú)腐蝕現(xiàn)象。煙囪頂部無(wú)破損、腐蝕、裂縫、露筋、保護(hù)層剝落現(xiàn)象。

3.6 腐蝕檢測(cè)

煙囪尚未投入使用，檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯鋼筋銹蝕及混凝土腐蝕現(xiàn)象。煙囪內(nèi)壁刷防腐涂層，涂層厚3 mm。涂層黏結(jié)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，黏結(jié)劑較為飽滿，未發(fā)現(xiàn)老化、腐蝕、開(kāi)裂等情況。

4 結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算

煙囪應(yīng)按承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行分析和校核。作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)和組合系數(shù)，按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50051—2013煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)規(guī)定確定。

4.1 計(jì)算軟件及計(jì)算參數(shù)

采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院研發(fā)的PKPM系列煙囪設(shè)計(jì)軟件，共分20段(每5.0 m一段)進(jìn)行煙囪結(jié)構(gòu)受力分析計(jì)算。依據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)[3]，煙囪所處地區(qū)抗震設(shè)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(tái)自重等；活荷載：包括各層平臺(tái)活荷載等。

基本風(fēng)壓：0.55 kN/m2(50 a一遇)。

4.2 材料強(qiáng)度及煙囪的幾何參數(shù)

根據(jù)實(shí)測(cè)強(qiáng)度，筒壁混凝土強(qiáng)度按C25取值，鋼筋采用HPB300，HRB335級(jí)鋼筋；煙囪的幾何參數(shù)取實(shí)測(cè)值。

4.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算，煙囪基礎(chǔ)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(duì)比詳見(jiàn)表3。

表3 筒壁配筋對(duì)比

5 可靠性鑒定評(píng)級(jí)

煙囪的可靠性鑒定評(píng)級(jí)，應(yīng)劃分為構(gòu)件、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、鑒定單元三個(gè)層次。其中結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和構(gòu)件兩個(gè)層次的鑒定評(píng)級(jí)，應(yīng)包括安全性、正常使用性、腐蝕性的等級(jí)評(píng)定。煙囪的可靠性鑒定，按地基基礎(chǔ)、筒壁及支承結(jié)構(gòu)、隔熱層和內(nèi)襯、附屬設(shè)施四個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行。

5.1 地基基礎(chǔ)可靠性評(píng)級(jí)

本次鑒定地基基礎(chǔ)的安全性按煙囪現(xiàn)狀和地基變形觀測(cè)資料檢測(cè)結(jié)果評(píng)定，使用性根據(jù)筒壁或煙道的使用狀況評(píng)定。煙囪使用狀況良好，未出現(xiàn)與地基基礎(chǔ)有關(guān)的問(wèn)題，無(wú)沉降裂縫、變形或位移，地基基礎(chǔ)的安全性等級(jí)評(píng)定為A級(jí)，使用性等級(jí)評(píng)定為A級(jí)。根據(jù)地基基礎(chǔ)的安全性和使用性評(píng)級(jí)結(jié)果，煙囪地基基礎(chǔ)可靠性等級(jí)評(píng)定為A級(jí)。

5.2 筒壁及支承結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)級(jí)

5.2.1 筒壁及支承結(jié)構(gòu)安全性評(píng)級(jí)

煙囪筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的安全性等級(jí)應(yīng)按承載能力、構(gòu)造和連接、裂縫三個(gè)項(xiàng)目的評(píng)定等級(jí)確定。筒壁及支承結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性評(píng)定等級(jí)可按構(gòu)件評(píng)級(jí)中的最低級(jí)確定。

煙囪筒壁現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值均不滿足設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求，經(jīng)計(jì)算，筒壁配筋不滿足承載力要求，筒壁及支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性按承載能力評(píng)定為c級(jí)。筒壁出現(xiàn)環(huán)向水平裂縫，按裂縫評(píng)定為c級(jí)。筒壁構(gòu)造合理，基本滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，按構(gòu)造和連接評(píng)定為b級(jí)。根據(jù)構(gòu)件評(píng)定結(jié)果，煙囪筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的安全性等級(jí)評(píng)定為C級(jí)。

5.2.2 筒壁及支承結(jié)構(gòu)使用性評(píng)級(jí)

煙囪筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的使用性等級(jí)應(yīng)按損傷、裂縫和傾斜三個(gè)項(xiàng)目的最低評(píng)定等級(jí)確定。煙囪外壁混凝土面存在不同程度外觀質(zhì)量缺陷，煙囪目前尚未投入使用，筒壁無(wú)明顯腐蝕現(xiàn)象，但在目標(biāo)使用年限存在因腐蝕或溫度作用，存在影響結(jié)構(gòu)安全的因素，煙囪筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的使用性按損傷評(píng)定為b級(jí)，按裂縫評(píng)定為c級(jí)，按傾斜評(píng)定為a級(jí)。根據(jù)構(gòu)件的評(píng)定結(jié)果，煙囪筒壁及支撐結(jié)構(gòu)的使用性評(píng)定為C級(jí)。

5.2.3 筒壁及支承結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)級(jí)

根據(jù)煙囪筒壁及支承結(jié)構(gòu)的安全性和使用性評(píng)級(jí)結(jié)果，煙囪筒壁及支承結(jié)構(gòu)的可靠性等級(jí)評(píng)定為C級(jí)。

5.3 隔熱層和內(nèi)襯可靠性評(píng)級(jí)

5.3.1 隔熱層和內(nèi)襯安全性評(píng)級(jí)

煙囪隔熱層和內(nèi)襯的安全性等級(jí)應(yīng)根據(jù)構(gòu)造連接和損壞情況兩個(gè)項(xiàng)目的評(píng)定等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，并取其中最低等級(jí)作為該項(xiàng)目的安全性等級(jí)。煙囪隔熱層和內(nèi)襯構(gòu)造合理，無(wú)變形及損壞，煙囪隔熱層和內(nèi)襯的安全性按構(gòu)造和連接評(píng)定為A級(jí)，按損壞評(píng)定為A級(jí)。故煙囪隔熱層和內(nèi)襯的安全性等級(jí)評(píng)定為A級(jí)。

5.3.2 隔熱層和內(nèi)襯使用性評(píng)級(jí)

煙囪隔熱層和內(nèi)襯的使用性等級(jí)應(yīng)根據(jù)使用功能的實(shí)際狀況進(jìn)行評(píng)定。煙囪隔熱層和內(nèi)襯完好，使用性評(píng)定為A級(jí)。

5.3.3 隔熱層和內(nèi)襯可靠性評(píng)級(jí)

依據(jù)煙囪筒壁及支承結(jié)構(gòu)的安全性和使用性評(píng)級(jí)結(jié)果，煙囪隔熱層和內(nèi)襯的可靠性等級(jí)評(píng)定為A級(jí)。

5.4 附屬設(shè)施可靠性評(píng)級(jí)

5.4.1 附屬設(shè)施安全性評(píng)級(jí)

附屬設(shè)施的安全性等級(jí)應(yīng)根據(jù)承載構(gòu)件的實(shí)際狀況進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及檢測(cè)結(jié)果，煙囪附屬設(shè)施是適合工作的，輕微損壞，安全性評(píng)定為B級(jí)。

5.4.2 附屬設(shè)施使用性評(píng)級(jí)

附屬設(shè)施的使用性等級(jí)應(yīng)根據(jù)使用功能、破壞程度進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及檢測(cè)結(jié)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(gè)別螺栓缺失，影響使用，附屬設(shè)施的使用性評(píng)定為B級(jí)。

5.4.3 附屬設(shè)施可靠性評(píng)級(jí)

依據(jù)煙囪附屬設(shè)施的安全性和使用性評(píng)級(jí)結(jié)果，煙囪附屬設(shè)施的可靠性等級(jí)評(píng)定為B級(jí)。

5.5 腐蝕評(píng)定

煙囪的腐蝕評(píng)定應(yīng)根據(jù)煙囪的裂縫、損傷、腐蝕等情況進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及檢測(cè)結(jié)果，煙囪腐蝕評(píng)定為A級(jí)。

5.6 鑒定單元可靠性評(píng)級(jí)

根據(jù)煙囪地基基礎(chǔ)、筒壁及支承結(jié)構(gòu)、隔熱層和內(nèi)襯的鑒定評(píng)級(jí)結(jié)果，煙囪的可靠性等級(jí)評(píng)定為三級(jí)，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，在目標(biāo)使用年限內(nèi)明顯影響整體正常使用，應(yīng)采取措施。

6 建議

煙囪筒壁混凝土強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)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(zhì)量缺陷，逐段澆筑接槎部位尤為嚴(yán)重，部分接槎部位出現(xiàn)水平裂縫、局部存在露筋現(xiàn)象，且筒壁配筋不滿足承載力要求，建議對(duì)煙囪采取加固維修處理措施，爬梯螺栓缺失和松動(dòng)部位應(yīng)補(bǔ)齊或緊固螺栓。

7 結(jié)語(yǔ)

煙囪是排放煙氣的主要構(gòu)筑物，在使用的過(guò)程中不僅需要經(jīng)常性的管理與維護(hù)，同時(shí)在煙囪存在缺陷和損傷、遭受事故或?yàn)?zāi)害、達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限、改變使用條件或使用環(huán)境、進(jìn)行工藝改造等問(wèn)題時(shí)，煙囪的安全性、使用性能否滿足要求，需要對(duì)煙囪整體或局部進(jìn)行檢測(cè)鑒定才能給出正確的評(píng)價(jià)。本文詳細(xì)介紹了某發(fā)電工程煙囪可靠性的鑒定過(guò)程，為該煙囪后續(xù)使用及治理提供技術(shù)依據(jù)，可供其他類似的煙囪可靠性鑒定工作借鑒。