某发电工程烟囱检测与可靠性鉴定

李海龙

(甘肃土木工程科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730020)

1 工程概况

某发电工程烟囱为单筒式钢筋混凝土烟囱，总高度为100 m，烟囱外观见图1。标高±0.000 m～5.275 m筒壁厚350 mm；标高5.275 m～65.000 m筒壁厚350 mm，隔热层厚60 mm，内衬厚180 mm；标高65.000 m～75.000 m筒壁厚280 mm，隔热层厚60 mm，内衬厚120 mm；标高75.000 m～85.000 m筒壁厚250 mm，隔热层厚60 mm，内衬厚120 mm；标高85.000 m～95.000 m筒壁厚220 mm，隔热层厚60 mm，内衬厚120 mm；标高95.000 m～100.000 m筒壁厚200 mm，隔热层厚60 mm，内衬厚120 mm。该烟囱采用圆形板式基础，基础混凝土强度设计等级为C30，65.0 m以下筒壁混凝土强度设计等级为C40，65.0 m～100.0 m筒壁混凝土强度设计等级为C30。烟囱内衬采用耐酸胶泥砌筑耐酸砖，烟囱混凝土内壁刷防腐涂料，涂层厚3 mm，隔热层采用憎水珍珠岩板。建成于2015年11月，为确保烟囱的安全可靠运行，对该烟囱可靠性进行鉴定。

2 烟囱可靠性鉴定程序

烟囱可靠性鉴定，宜按图2规定的程序进行。

3 调查、检测、分析

3.1 现状调查

现状调查应包括原始资料、结构上的作用、运行环境条件和使用历史四个部分。经调查，该烟囱工程地质勘察报告、设计图纸、施工记录等相关图纸资料基本齐全。结构上的作用标准值可按GB 50009—2012建筑结构荷载规范、GB 50051—2013烟囱设计规范[1]对应取值。设计烟气温度为138 ℃，该烟囱目前尚未正式投入使用。

3.2 地基基础检查、检测

3.2.1 场地与地基基础调查

该场地场区内无断裂构造穿越，无滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地质作用，场地稳定性良好，适宜该工程建设。场地土类型属中软～坚硬场地土，场地类别属Ⅱ类建筑场地，属建筑抗震一般地段，场地内无饱和粉土及砂土层，无砂土液化现象。场地土自上而下为：①层细砂；①1层杂填土；②1层细砂；②层圆砾。烟囱采用圆形板式基础，以②层圆砾层为持力层，地基承载力特征值为280 kPa，基础底板厚度为1 400 mm，基础底标高为-4.500 m，基础底为100 mm厚C10素混凝土垫层。

3.2.2 地基基础检测

经检测，该烟囱基础的种类、材料、尺寸及埋深符合设计要求，地基土未受到腐蚀影响，上部结构未发现地基不均匀沉降造成的倾斜、变形、裂缝等缺陷，地面散水设施完好，基础使用状况良好。根据现场实际情况，采用SDJ-202LN型电子经纬仪对烟囱筒壁倾斜进行观测。测量方法为通用的前方交会法，倾斜观测结果见表1。经观测，烟囱地基变形满足GB 50007—2011建筑地基基础设计规范的规定。

表1 筒壁倾斜观测结果

3.3 筒壁及支承结构检查、检测

3.3.1 混凝土强度检测

依据JGJ/T 23—2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程，采用回弹法对烟囱筒壁混凝土强度进行检测。检测结果表明，烟囱筒壁现龄期混凝土强度推定值在25.2 MPa～36.1 MPa之间，不满足设计混凝土强度等级要求。

3.3.2 筒壁几何尺寸检测

经现场检测，烟囱实测筒壁几何尺寸符合设计要求，尺寸偏差在规范允许范围内。

3.3.3 筒壁钢筋检测

该烟囱采用HPB300，HRB335级钢筋。外侧竖向钢筋为φ18,φ16，内层竖向钢筋为φ16，竖向钢筋环向布置间距为200 mm。外侧环向钢筋75.0 m以下为φ18@100，φ18@200，75.0 m～85.0 m为φ16@100,φ16@200，85.0 m以上为φ14@100，φ14@200；内侧环向钢筋75.0 m以下为φ12@200,75.0 m以上为φ10@200。采用HC-GY71型钢筋扫描仪检测烟囱筒壁环向、竖向钢筋直径、间距及钢筋的混凝土保护层厚度。检测结果表明烟囱筒壁钢筋直径、间距满足设计要求；筒壁钢筋的混凝土保护层厚度合格率为42.9%，不满足规范要求。

3.3.4 混凝土外观质量、裂缝及损伤检测

经现场检查、检测，烟囱外壁混凝土面均存在不同程度蜂窝、麻面、疏松、孔洞等外观质量缺陷，逐段浇筑接槎部位尤为严重，部分接槎部位出现水平裂缝、局部存在露筋现象，裂缝及露筋情况详见表2。

表2 烟囱筒壁裂缝检测结果表(浇筑段自下而上编号)

3.3.5 筒壁倾斜检测

经检测，烟囱筒壁倾斜满足规范要求。

3.3.6 筒壁构造检测

经调查、检测，烟囱筒壁的坡度、分节高度和厚度符合GB 50051—2013烟囱设计规范要求；环形悬臂的配筋及构造、悬臂楔形缝设置的宽度和缝间距均满足规范要求；烟道孔、根部人孔均为矩形孔洞，孔洞周围均配补强钢筋，孔洞的设置及孔洞周围补强钢筋的配置均满足规范要求。

3.4 内衬与隔热层检查、检测

烟囱内衬采用耐酸胶泥砌筑耐酸砖，耐酸砖外形尺寸为230 mm×113 mm×65 mm。经调查、检测，烟囱内衬砌筑质量较好，未发现破损、开裂、腐蚀、变形等现象。隔热层采用憎水珍珠岩板，规格为60 mm×250 mm×500 mm，板间用ZB型胶结胶，经现场调查、检测，烟囱隔热层厚度基本满足设计要求，填充较为饱满，无腐蚀现象。烟囱内衬及隔热层构造合理，连接方式正确，符合设计及规范要求。

3.5 附属设施检查、检测

烟囱在标高65.0 m，93.75 m分别设置信息平台。经检查、检测，平台与筒壁连接完好，平台未发现锈蚀、变形及缺损现象。烟囱爬梯底部与筒壁未形成有效连接，爬梯个别螺栓缺失。烟囱筒身外侧从70.0 m起涂刷航空标志色，航空标志涂料采用高氯化橡胶涂料，红白相间，每种色5.0 m高，最顶部为红色，航空标志涂层完好，无破损脱落及褪色现象。避雷装置完整性良好，连接可靠，未发现腐蚀现象。烟道口无腐蚀现象。烟囱顶部无破损、腐蚀、裂缝、露筋、保护层剥落现象。

3.6 腐蚀检测

烟囱尚未投入使用，检测未发现明显钢筋锈蚀及混凝土腐蚀现象。烟囱内壁刷防腐涂层，涂层厚3 mm。涂层黏结强度满足设计要求，黏结剂较为饱满，未发现老化、腐蚀、开裂等情况。

4 结构分析与计算

烟囱应按承载力极限状态和正常使用极限状态进行分析和校核。作用效应的分项系数和组合系数，按现行国家标准GB 50051—2013烟囱设计规范有关规定确定。

4.1 计算软件及计算参数

采用中国建筑科学研究院研发的PKPM系列烟囱设计软件，共分20段(每5.0 m一段)进行烟囱结构受力分析计算。依据GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)[3]，烟囱所处地区抗震设防烈度为7度(加速度0.15g 第三组)。地面粗糙度为C类。

恒载：包括烟囱筒壁自重，各层平台自重等；活荷载：包括各层平台活荷载等。

基本风压：0.55 kN/m2(50 a一遇)。

4.2 材料强度及烟囱的几何参数

根据实测强度，筒壁混凝土强度按C25取值，钢筋采用HPB300，HRB335级钢筋；烟囱的几何参数取实测值。

4.3 结构计算结果

经结构计算，烟囱基础承载力满足要求；裂缝、变形、位移等均满足要求；筒壁配筋不满足承载力要求，配筋对比详见表3。

表3 筒壁配筋对比

5 可靠性鉴定评级

烟囱的可靠性鉴定评级，应划分为构件、结构系统、鉴定单元三个层次。其中结构系统和构件两个层次的鉴定评级，应包括安全性、正常使用性、腐蚀性的等级评定。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。

5.1 地基基础可靠性评级

本次鉴定地基基础的安全性按烟囱现状和地基变形观测资料检测结果评定，使用性根据筒壁或烟道的使用状况评定。烟囱使用状况良好，未出现与地基基础有关的问题，无沉降裂缝、变形或位移，地基基础的安全性等级评定为A级，使用性等级评定为A级。根据地基基础的安全性和使用性评级结果，烟囱地基基础可靠性等级评定为A级。

5.2 筒壁及支承结构可靠性评级

5.2.1 筒壁及支承结构安全性评级

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、裂缝三个项目的评定等级确定。筒壁及支承结构系统的安全性评定等级可按构件评级中的最低级确定。

烟囱筒壁现龄期混凝土强度推定值均不满足设计混凝土强度等级要求，经计算，筒壁配筋不满足承载力要求，筒壁及支撑结构构件的安全性按承载能力评定为c级。筒壁出现环向水平裂缝，按裂缝评定为c级。筒壁构造合理，基本满足国家现行标准要求，按构造和连接评定为b级。根据构件评定结果，烟囱筒壁及支撑结构的安全性等级评定为C级。

5.2.2 筒壁及支承结构使用性评级

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的最低评定等级确定。烟囱外壁混凝土面存在不同程度外观质量缺陷，烟囱目前尚未投入使用，筒壁无明显腐蚀现象，但在目标使用年限存在因腐蚀或温度作用，存在影响结构安全的因素，烟囱筒壁及支撑结构的使用性按损伤评定为b级，按裂缝评定为c级，按倾斜评定为a级。根据构件的评定结果，烟囱筒壁及支撑结构的使用性评定为C级。

5.2.3 筒壁及支承结构可靠性评级

根据烟囱筒壁及支承结构的安全性和使用性评级结果，烟囱筒壁及支承结构的可靠性等级评定为C级。

5.3 隔热层和内衬可靠性评级

5.3.1 隔热层和内衬安全性评级

烟囱隔热层和内衬的安全性等级应根据构造连接和损坏情况两个项目的评定等级进行评定，并取其中最低等级作为该项目的安全性等级。烟囱隔热层和内衬构造合理，无变形及损坏，烟囱隔热层和内衬的安全性按构造和连接评定为A级，按损坏评定为A级。故烟囱隔热层和内衬的安全性等级评定为A级。

5.3.2 隔热层和内衬使用性评级

烟囱隔热层和内衬的使用性等级应根据使用功能的实际状况进行评定。烟囱隔热层和内衬完好，使用性评定为A级。

5.3.3 隔热层和内衬可靠性评级

依据烟囱筒壁及支承结构的安全性和使用性评级结果，烟囱隔热层和内衬的可靠性等级评定为A级。

5.4 附属设施可靠性评级

5.4.1 附属设施安全性评级

附属设施的安全性等级应根据承载构件的实际状况进行评定。根据现场调查及检测结果，烟囱附属设施是适合工作的，轻微损坏，安全性评定为B级。

5.4.2 附属设施使用性评级

附属设施的使用性等级应根据使用功能、破坏程度进行评定。根据现场调查及检测结果，烟囱爬梯尚未完成施工，且底部爬梯与烟囱筒壁未形成有效连接，爬梯个别螺栓缺失，影响使用，附属设施的使用性评定为B级。

5.4.3 附属设施可靠性评级

依据烟囱附属设施的安全性和使用性评级结果，烟囱附属设施的可靠性等级评定为B级。

5.5 腐蚀评定

烟囱的腐蚀评定应根据烟囱的裂缝、损伤、腐蚀等情况进行评定。根据现场调查及检测结果，烟囱腐蚀评定为A级。

5.6 鉴定单元可靠性评级

根据烟囱地基基础、筒壁及支承结构、隔热层和内衬的鉴定评级结果，烟囱的可靠性等级评定为三级，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。

6 建议

烟囱筒壁混凝土强度不满足设计要求，外壁混凝土面存在不同程度蜂窝、麻面、疏松、孔洞等外观质量缺陷，逐段浇筑接槎部位尤为严重，部分接槎部位出现水平裂缝、局部存在露筋现象，且筒壁配筋不满足承载力要求，建议对烟囱采取加固维修处理措施，爬梯螺栓缺失和松动部位应补齐或紧固螺栓。

7 结语

烟囱是排放烟气的主要构筑物，在使用的过程中不仅需要经常性的管理与维护，同时在烟囱存在缺陷和损伤、遭受事故或灾害、达到设计使用年限、改变使用条件或使用环境、进行工艺改造等问题时，烟囱的安全性、使用性能否满足要求，需要对烟囱整体或局部进行检测鉴定才能给出正确的评价。本文详细介绍了某发电工程烟囱可靠性的鉴定过程，为该烟囱后续使用及治理提供技术依据，可供其他类似的烟囱可靠性鉴定工作借鉴。