单筒式钢筋混凝土烟囱可靠性鉴定及加固分析

任廷选 王 勇 徐海军

(甘肃省建筑科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730070)

0 引言

钢筋混凝土烟囱由于其良好的抗震性能及耐久性，已被广泛应用于电力、冶金等行业。但由于施工设备和施工质量管理体制不健全，生产工艺措施不当等多方面因素，加之钢筋混凝土本身也是一种非均匀的非线性工程材料，会导致部分烟囱建成后不久，出现不同程度的损伤、混凝土碳化、承载力明显下降、筒壁开裂等现象，轻者影响到工艺生产，重者危及到周围建筑物群及人的生命财产安全。因此对钢筋混凝土的破损评估和质量检测鉴定以及采取相应的措施已成为当前工程建设中一个重要的课题。某电厂单筒式钢筋混凝土烟囱位于甘肃河西地区，自2013年4月开工建设，2015年11月筒身完工，未投入使用，总高度为100 m。混凝土基础及筒壁均采用现场自拌混凝土，内衬采用耐酸胶泥砌筑耐酸砖，烟囱基础设计混凝土强度等级采用C40，筒壁65.0 m以下采用C40，65 m～100.0 m采用C30。筒壁保护层厚度为30 mm。筒身外设置了两个环向钢结构平台，一道钢爬梯，钢爬梯未完成施工。烟囱外貌见图1。该烟囱自2013年4月开工建设，2015年11月筒身完工，未投入使用。

1 现场检测

1)烟囱筒身混凝土强度检测：受现场条件限制，本次检测仅在20 m以下采用回弹法对混凝土强度进行检测，检测结果表明，所检测部位混凝土强度均低于设计强度的要求。

2)筒身钢筋检测：检测结果表明，该烟囱筒壁外侧环向、竖向钢筋间距分布不均匀，但基本与设计图纸相符。

3)混凝土碳化深度检测：检测结果表明，该烟囱筒壁混凝土碳化深度为6 mm～7 mm。

4)钢筋保护层厚度检测：检测结果表明，该烟囱筒壁钢筋保护层厚度在20 mm左右，均小于设计保护层厚度30 mm的要求。

5)筒壁混凝土外观质量：经现场检查，该烟囱混凝土外观质量较差，尤其在浇筑接槎部位，麻面现象较为严重。

6)裂缝检测：经现场检查，该烟囱筒壁浇筑接槎部位存在水平裂缝，裂缝宽度在0.05 mm～0.1 mm之间。

7)变形观测：现场采用电子经纬仪对该烟囱倾斜进行观测，观测方法为前方交会法，见图2。

检测结果见表1。

表1 倾斜观测结果

检测结果表明，该烟囱倾斜满足规范的要求。

8)内衬与隔热层检查。根据现场调查，该烟囱还未投入使用，现场检查过程中未发现明显损伤、变形及缺陷。

9)附属设施检测：根据现场调查，该烟囱在标高65.0 m，93.75 m分别设置平台，现场使用望远镜观察，平台与筒壁连接完好，未发现明显锈蚀、变形及缺损。但该烟囱爬梯未完成施工，未完成高度距地面约30 m，且底部爬梯与烟囱筒壁未形成有效连接，烟囱积灰平台局部模板未完全拆除。

10)腐蚀检测：根据现场调查，烟囱未投入使用，未发现明显钢筋锈蚀、混凝土腐蚀。

2 计算分析

2.1 计算参数

本次模拟计算分析采用PKPM软件进行建模计算，主要参数见表2,表3。

表2 主要计算参数表

表3 主要材料参数表

2.2 作用效应组合

该烟囱荷载作用效应组合按照《烟囱设计规范》第3.1条相关规范进行取值。

2.3 计算结果

1)烟囱筒壁内外侧竖向、环向钢筋配筋率均满足最小配筋率的要求。

2)在荷载标准值和温度共同作用下混凝土与钢筋应力以及温度作用下钢筋应力均满足规范限值的要求。

3)根据裂缝验算结果，该烟囱5.0 m～22.5 m范围内水平最大裂缝和垂直最大裂缝均不满足《烟囱设计规范》规定限制的要求。

3 可靠性鉴定评级

根据《烟囱可靠性鉴定标准》的规定，烟囱的可靠性鉴定，按地基基础、筒壁及支承结构、隔热层和内衬、附属设施四个结构系统进行。

3.1 地基基础可靠性评级

按照《烟囱可靠性鉴定标准》的要求，地基基础可靠性按照地基基础安全性和使用性，经综合分析，评定为A级。

3.2 筒壁及支承结构可靠性评级

1)筒壁及支承结构安全性评级。根据《烟囱可靠性鉴定标准》的规定，该烟囱筒壁及支撑结构的安全性等级应按承载能力、构造和连接、裂缝三个项目进行，并取其中较低的评定等级作为筒壁及支撑结构的安全性等级，经综合分析，评定为C级。

2)筒壁及支承结构使用性评级。根据《烟囱可靠性鉴定标准》的规定，该烟囱筒壁及支撑结构的使用性等级应按损伤、裂缝和倾斜三个项目进行，并取其中较低的评定等级作为筒壁及支撑结构的使用性等级。经综合分析，该烟囱筒壁及支撑结构的使用性评定为B级。

根据以上评定结果，经综合分析，该烟囱筒壁及支撑结构可靠性评定为B级。

3)隔热层和内衬可靠性评级。根据《烟囱可靠性鉴定标准》的规定，该烟囱隔热层和内衬的安全性等级应按构造连接和损坏两个项目进行，并取其中较低的评定等级作为隔热层和内衬的安全性等级。经综合分析，该烟囱隔热层和内衬的安全性等级评定为A级。

4)附属设施可靠性评级。按照《烟囱可靠性鉴定标准》的规定，附属设施可靠性等级按照安全性和使用性两个项目进行，并取其中较低的评定等级作为附属设施可靠性等级。经综合分析，该烟囱附属设施可靠性评定为B级。

5)腐蚀评级。按照《烟囱可靠性鉴定标准》，经综合分析，该烟囱腐蚀评定为A级。

6)鉴定单元可靠性评级。根据《烟囱可靠性鉴定标准》的规定，将该烟囱作为一个鉴定单元，根据地基基础、筒壁及支承结构、隔热层和内衬的鉴定评级结果，评定结果见表4。

表4 鉴定单元评级

4 加固改造

根据检测鉴定结果，该烟囱由于施工过程管理不到位，导致施工质量整体较差，混凝土强度偏低，保护层偏薄，外观存在蜂窝、麻面、裂缝等质量缺陷。且地处环境较恶劣地区，日常维护不到位，已严重影响到钢筋混凝土结构的耐久性。

鉴于以上情况，本次加固维修欲采用增大界面的方法进行，加固方法见图3。

1)在原有烟囱筒壁外侧重新浇筑一层混凝土，厚度为100 mm。混凝土采用泵送混凝土，施工过程中应严格控制混凝土配合比，加强施工过程质量控制。

2)新增筒壁设置单层环向、竖向配筋，配筋参照原筒壁配筋。

3)为保证新增部分与原结构可靠连接，在原结构设置φ10@300销钉，锚入原结构深度150 mm。

4)施工段依据原设计的施工段进行。

5 结论

本文基于河西地区已建成4年且未经过使用的单筒式混凝土烟囱，通过现场检测及调查，并结合中国建筑科学研究院开发的PKPM软件进行计算分析，得出几点结论：

1)通过现场检测及调查，该单筒式混凝土烟囱混凝土强度不满足设计强度等级要求，并且通过外观检查，混凝土构件表面存在明显的蜂窝麻面现象，施工质量较差。

2)借助于中国建筑科学研究院开发的PKPM软件，引入实测混凝土强度，因混凝土实测强度等级不满足设计要求，导致单筒式混凝土承载能力明显不足，并且计算裂缝宽度明显大于规范限值。

3)根据检测结果及计算分析数据，提出单筒式混凝土烟囱的加固整体方向，以便为设计加固改造提供一些建议。

本文以河西地区建成4年未使用的单筒式混凝土烟囱为例，阐述了检测鉴定及后期加固维修的整体思路和初步探讨，在构筑物安全性鉴定领域方面，混凝土烟囱可靠性研究和分析尤为重要，很有必要对其进一步分析和研究，以便更好的对构筑物安全进行控制。