某钢筋混凝土烟囱可靠性鉴定

陈 泷，孙世光，李奉阁

1.天津市房屋质量安全鉴定检测中心有限公司，天津 300060

2.内蒙古科技大学土木工程学院，内蒙古 包头 014010

烟囱是工业建筑中不可缺少的构筑物，也是化工、电力等部门中重要的标志性构筑物。近年来，随着国民经济的快速发展以及对能源需求的不断增加，根据环境保护相关规定，所有烟囱需要进行脱硫改造。目前，我国现有的钢筋混凝土烟囱大多是二十世纪八九十年代修建的，随着时间的流逝，建筑烟囱的材料会发生腐蚀，结构会发生损伤，给其安全使用带来很大影响。因此，对钢筋混凝土烟囱进行可靠性鉴定已经成为一项非常重要的工作。

1 构筑物概况

某钢筋混凝土单筒烟囱位于天津市某热电厂厂区内，于1996 年建造完成，投入使用至今。该烟囱设计高度为100m，烟囱结构由混凝土筒壁、空气隔热层、内衬普通黏土砖砌体三部分组成，烟囱筒壁设计底部外径为9m，设计顶部出口外径为3.2m，基础设计采用钢筋混凝土振动沉管灌注桩、钢筋混凝土环形承台基础。

2 主要检查情况

2.1 基础

烟囱基础设计采用钢筋混凝土振动沉管灌注桩、钢筋混凝土环形承台基础。环形承台基础设计直径为15.2m、高度为1000mm，承台底皮设计埋深为3m；基础承台构件设计混凝土强度等级为C20，承台下设100mm 厚的C10 素混凝土垫层。

经现场宏观检查，尚未发现因基础出现较大沉降或不均匀沉降变形所引起的烟囱上部囱身结构明显开裂、侧向倾斜变形等结构损坏现象。

2.2 钢筋混凝土筒壁

该烟囱高度为100m，0 ～10m 标高筒壁外侧坡度为8%；10 ～20m 标高筒壁外侧坡度为6%；20 ～40m 标高筒壁外侧坡度为4%；40 ～70m 标高筒壁外侧坡度为2%；70 ～80m标高筒壁外侧坡度为1.0%；80 ～100m 标高筒壁外侧坡度为0%。烟囱筒壁底部外径为9m，底部混凝土筒壁厚度为360mm；顶部出口外径为3.2m，顶部混凝土筒壁厚度为180mm。筒壁为分段式结构，沿高度每隔10m 设置一道钢筋混凝土悬臂环梁（牛腿），筒壁于50m 以下高度配置内、外双层纵向钢筋及环向钢筋，在50 ～100m 高度配置外侧纵向钢筋及环向钢筋，内、外两侧设计混凝土保护层厚度均不小于30mm。

由于烟囱高度为100m，筒壁外侧现状检查主要采用折射式高倍望远镜进行，并通过吊篮、爬梯及无人机高清拍摄技术进行实际复核。

现场主要检查情况如下：

（1）现场剔凿发现烟囱底部出灰口部位混凝土保护层腐蚀酥松，纵向钢筋及箍筋存在严重锈蚀现象，其中，部分箍筋存在锈断损坏现象；

（2）筒壁外侧混凝土表面普遍存在麻面现象；

（3）筒壁外侧中上部局部存在竖向裂缝，最大裂缝长度约为3.7m，最大裂缝宽度约为0.5mm，东侧方位距离烟囱底部11m 及23m 高度处，筒壁外侧局部存在混凝土保护层脱落、环向钢筋外露且轻微锈蚀现象；

（4）筒壁外侧表面涂料层及航空漆标识层普遍存在涂料及漆皮脱落现象。

2.3 环形内衬砖砌体

烟筒环形内衬砖砌体沿高度每10m 为一段，砌筑于混凝土筒壁内侧的悬臂环梁上。0 ～20m 高度内衬砖砌体厚度为240mm；20 ～100m 高度内衬砖砌体厚度为120mm。环形内衬砌体采用MU10 机制普通黏土砖、M5 耐热砂浆砌筑。

经现场敲击内衬砖砌体表面及直观检查发现，内衬底部部分黏土砖表面存在酥松、腐蚀现象；部分黏土砖表面存在附着黄白色结晶物现象；上部黏土砖表面普遍存在挂灰、熏黑现象。

2.4 烟囱防腐系统

烟囱防腐系统包括混凝土筒壁内侧与内衬砖砌体之间设50mm 宽的空气隔热层、混凝土筒壁内侧的防腐隔离层等，筒壁内侧混凝土表面防腐隔离层为喷刷沥青漆3 道。

经现场将烟囱内部3 个不同高度部位（1m、50m、80m）的内衬砖砌体局部剔除勘察、检测，结果显示所检查部位混凝土筒壁内侧原防腐沥青漆基本失效。内衬砖砌体存在一定腐蚀、酥松现象，混凝土筒壁外侧个别位置存在竖向裂缝及沿裂缝的渗漏水渍等损坏现象。

2.5 烟囱附属设施

烟囱附属设施主要包括筒身外侧于50m、93.75m 标高处环向设置的钢结构围栏及平台，于筒壁外侧北侧方位自筒身底部至顶部设置的钢结构检修爬梯，烟囱顶部沿筒壁及内衬砖砌体厚度环向设置的铸铁盖板，以及航空障碍灯等信号标志。

经现场检查，平台处个别围栏存在断裂及轻微下凹变形现象；平台底部格栅、围栏钢构件及角钢支撑杆件普遍存在防锈涂层脱落、表面锈蚀现象；爬梯及护身围栏钢构件普遍存在防腐涂层脱落、表面锈蚀现象；避雷针存在防锈涂层脱落、表面锈蚀现象；烟囱顶部铸铁盖板存在缺失现象；环向平台处个别航空障碍信号灯存在缺失现象。

3 偏斜变形测量情况

经现场使用Z+F 型三维激光扫描仪器对该烟囱东侧囱身沿高度进行三维扫描，并对得到的点云图进行处理分析，结果显示烟囱顶部最大侧向偏斜值为94mm，偏斜方向为东北方向，囱身倾斜率为1.01‰，符合《烟囱可靠性鉴定标准》（GB 51056—2014）中对A 级的规定要求。

4 构件检测情况

4.1 混凝土筒壁检测

采用钻芯法对烟囱筒壁进行混凝土强度检测，此次检测分别对烟囱筒壁内、外侧混凝土钻取的7 处芯样，取芯编号及位置情况见表1。结果显示所钻取7 个芯样的混凝土强度抗压值分别为48.1MPa（外侧下部）、43.9MPa（外侧下部）、61.9MPa（外侧中部）、57.4MPa（外侧上部）、60.4MPa（内侧下部）、69.2MPa（内侧中部）、69.5MPa（内侧上部），均满足原设计混凝土强度等级C30 的要求。

表1 钢筋混凝土烟囱腐蚀综合评定标准

对该烟囱混凝土筒壁外侧上部、中部、下部各抽取1处筒身部位采用钢筋探测仪进行钢筋配置情况检测，结果显示所测部位纵向受力钢筋间距实测平均值分别为204mm（外侧下部）、186mm（外侧中部）、212mm（外侧上部），环向钢筋间距实测平均值分别为195mm（外侧下部）、210mm（外侧中部）、235mm（外侧上部）；相应纵向钢筋保护层厚度实测平均值分别为75mm（外侧下部）、40mm（外侧中部）、78mm（外侧上部），环向钢筋保护层厚度实测平均值为56mm（外侧下部）、35mm（外侧中部）、59mm（外侧上部），均基本满足相关施工质量验收规范要求。

采用酚酞试液对上述7 处位置钻取的芯样进行混凝土碳化深度检测，结果显示所检测的7 个芯样部位混凝土碳化深度实测值均为10 ～15mm。

4.2 内衬砌体砂浆强度检测

现场采用贯入法对该烟囱内衬砖砌体下部1 处部位的砌筑砂浆强度进行抽查检测，结果显示所抽测砖砌体部位的砌筑砂浆强度推定值为11.6MPa，评定砂浆强度等级为M10，满足原设计砌筑砂浆强度等级M5 的要求。

4.3 内衬砌体砌筑用砖强度检测

对该烟囱内衬砖砌体底部、中部及上部共10 处部位的砌筑用砖强度进行抽查检测，结果显示所抽查检测的9 处砖砌体的抗压强度值为12.71 ～24.45MPa，评定砖强度等级均可达到MU10，均满足原设计砌筑用砖强度等级MU10 的要求。

5 腐蚀性评定

5.1 评定标准

根据《烟囱可靠性鉴定标准》（GB 51056—2014），烟囱的腐蚀评定应该根据烟囱的裂缝、损伤、腐蚀等情况分三级进行评定，评定标准见表1。

评价项目满分100 分，根据各项符合程度扣分，按照最终得分评定其等级：A 级为86 ～100 分，烟囱现状较好，可以继续正常运行；B 级为35 ～85 分，需对筒壁进行适当的维修，并对内衬进行局部修复，防腐层宜更新；C 级为0 ～34 分，应对筒壁进行维修，并对内衬进行修复处理，防腐层应更新或改造。

5.2 评定等级情况

根据各评价项目情况，该烟囱腐蚀综合评定分数为57分，其评定等级为B 级，需对筒壁进行适当的维修，并对内衬进行局部修复，防腐层宜更新。

6 耐久性评估

6.1 耐久性使用年限计算

根据《烟囱可靠性鉴定标准》（GB 51056—2014），该烟囱的耐久性使用年限可按标准中“单筒式钢筋混凝土烟囱结构耐久性年限评估”计算，得出其剩余耐久年限为55.5 年。

6.2 耐久性评估意见

该钢筋混凝土烟囱在正常大气环境使用条件下，考虑混凝土碳化影响因素，并扣除已使用年限，其剩余耐久性年限约为55.5 年。但根据现场检查、检测结果，上述损坏部位若不及时修复，将明显影响烟囱的耐久性。

7 结构分析与验算

根据建筑、结构施工图和现场实际检测数据，对该烟囱采用PKPM 计算软件建立结构分析模型，并对烟囱主体筒壁结构进行复核验算。验算结果表明该烟囱的筒壁部分钢筋配置不满足现行相关技术规范要求。

8 可靠性鉴定评级

8.1 地基基础系统

经过对钢筋混凝土烟囱进行现场检查，尚未发现烟囱因基础出现较大沉降或不均匀沉降变形所引起的上部结构明显开裂、变形等结构性损坏现象。根据《烟囱可靠性鉴定标准》（GB 51056—2014），地基基础的安全性等级、使用性等级及腐蚀性等级均评定为A 级。

8.2 筒壁及支承结构系统

（1）安全性等级。采用PKPM 软件建立结构分析模型对烟囱主体结构进行复核验算，验算结果表明该烟囱的筒壁部分钢筋配置不满足现行相关技术规范要求，筒壁构件的安全性评定等级为C 级，筒壁及支承结构系统的安全性评定等级为C 级。

（2）正常使用性等级。筒壁及支承结构系统的正常使用性等级按使用情况和位移两个项目分别进行评定：①筒壁混凝土表面普遍存在麻面现象；个别部位存在混凝土保护层脱落、环向钢筋外露且轻微锈蚀现象；筒壁涂料层普遍存在涂料及漆皮脱落现象；筒身内壁原防腐沥青漆基本失效，筒壁构件的损伤评定等级为B 级。②筒壁中上部位局部存在竖向裂缝，且最大裂缝宽度约为0.5mm，筒壁构件的裂缝评定等级为B 级；筒壁顶部偏斜值为94mm，偏斜方向为东北方向，倾斜率为1.01‰，满足《烟囱可靠性鉴定标准》（GB 51056—2014）中对A 级的规定要求，筒壁构件的倾斜评定等级为A 级，筒壁及支承结构系统的正常使用性等级为B 级。

（3）腐蚀性等级经现场检查，烟囱底部出灰口部位纵向钢筋及环向箍筋存在严重锈蚀现象，其中，部分箍筋存在锈断现象；筒壁外侧个别部位环向钢筋外露且轻微锈蚀现象，腐蚀性等级为B 级。

8.3 内衬与隔热层结构系统

（1）安全性等级。内衬与隔热层结构的安全性等级按照承载能力和构造连接两个项目进行评定。内衬承载力能够满足要求，构造和连接基本合理，安全性评定等级为B 级。

（2）正常使用性等级。内衬与隔热层结构的正常使用性等级按照承重结构的使用状况评定。部分砖砌体表面存在酥松、腐蚀现象；部分砖砌体表面存在附着黄白色结晶物现象；上部砖砌体表面普遍存在挂灰、熏黑现象，故使用状况评级为C 级，综合确定其正常使用性评定等级为C 级。

（3）腐蚀性等级。经现场检查，烟筒筒壁内侧混凝土表面原防腐沥青漆基本失效；烟筒筒壁混凝土腐蚀深度约为3 ～5mm，腐蚀性等级为B 级。

根据以上项目和结构系统评级结果，对该烟囱的可靠性鉴定评级结果如下：地基基础为A 级；筒壁及支承结构为C 级；内衬及隔热层为C 级；可靠性评定等级为三级。

9 鉴定结论及加固处理

该烟囱的可靠性评定等级为三级，即不符合国家现行标准规范的可靠性要求，影响整体安全，在目标使用年限内明显影响整体正常使用，应采取措施，且可能有极少数构件必须立即采取措施。