沙市區(qū)廠房加層檢測(cè)

時(shí)間：2021-09-26作者：湖北維施工程技術(shù)有限公司瀏覽：97

沙市區(qū)廠房加層檢測(cè)



本文通過(guò)實(shí)際案例講解廠房加層改造前后，檢測(cè)內(nèi)容、檢測(cè)項(xiàng)目，以及如何參考檢測(cè)結(jié)論進(jìn)行改造加固設(shè)計(jì)，由于原文內(nèi)容過(guò)多，在此簡(jiǎn)約介紹。

一、工程概況

某化工廠綜合管廊位于上海市某某工業(yè)區(qū)內(nèi)。管廊分多次建成，建筑年代有1975年、1984年、1995年等，部分管架曾進(jìn)行過(guò)改造。管架主要為混凝土結(jié)構(gòu)，部分大跨度區(qū)段采用鋼結(jié)構(gòu)桁架。

擬改造管廊總長(zhǎng)約為1325米，管架鋪設(shè)的管道有氨氣管道、醋酸管道、蒸汽管道等。管架基本為排架結(jié)構(gòu)，每榀排架平面內(nèi)，中間連接橫梁均為鉸接，縱向柱距為12m時(shí)，縱向連接構(gòu)件基本用工字鋼連接，當(dāng)跨度為15m和18m及以上時(shí)，使用混凝土或鋼桁架連接。

排架高基本為6m~10m，管道每層高基本為1.5m~2.5m左右，平面內(nèi)跨度分為：2m、2.5m、4m、5m、6m等幾種，縱向跨距有：2m~7m、12m、15m、18m、19m、31m等幾種。柱截面除改造過(guò)的截面外一般為：350mmx350mm、350mmx400mm、400mmx400mm等三種。橫梁斷面一般為：250mmx350mm、250mmx400mm、250mmx500mm及型鋼梁等。

混凝土牛腿離柱**距離基本為2m左右?；炷翗?biāo)號(hào)：80年代以前的預(yù)制構(gòu)件為300號(hào)、現(xiàn)澆的為200號(hào)、基礎(chǔ)為150號(hào)，80年代以后的預(yù)制構(gòu)件為C30、現(xiàn)澆的為C20?；A(chǔ)基本為現(xiàn)澆的杯口聯(lián)合基礎(chǔ)，部分柱柱距離較大的采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為1m~2m，地基承載力設(shè)計(jì)值據(jù)勘察報(bào)告可得為100kPa。

目前，某化工廠擬對(duì)管廊進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固改造，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢測(cè)和加固處理。




二、檢查檢測(cè)結(jié)果與分析

01 檢查檢測(cè)概況

在有關(guān)單位配合下，對(duì)管廊既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為全面的復(fù)核檢查及檢測(cè)。主要工作內(nèi)容包括：全面檢查結(jié)構(gòu)布置，檢查結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外觀缺陷及裂損，測(cè)定傾斜情況，測(cè)定混凝土構(gòu)件強(qiáng)度等。

檢測(cè)結(jié)果顯示：大部分混凝土管架柱出現(xiàn)縱向裂縫、鋼筋及柱間鋼支撐銹蝕，部分梁、柱節(jié)點(diǎn)失效。

02 檢查檢測(cè)結(jié)果
 
【構(gòu)件裂損、缺陷檢查】

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：由于該管廊各個(gè)單元建筑年代不同，各單元的裂損情況也不相同，70年代建造的管架裂損情況比較嚴(yán)重，80年代以后建造的管架情況較好。并且，由于該管架處于化工廠內(nèi)，受腐蝕性氣體侵蝕比一般情況下嚴(yán)重得多，導(dǎo)致該管廊所有鋼結(jié)構(gòu)柱間支撐、鋼梁及各種連接節(jié)點(diǎn)的埋件和連接件都有不同程度的銹蝕情況。

從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況看，部分混凝土管架柱、梁及桁架混凝土保護(hù)層剝落情況比較嚴(yán)重(尤其是混凝土牛腿附近)，因此導(dǎo)致鋼筋銹蝕較嚴(yán)重，個(gè)別部位箍筋斷裂失去作用。各柱間支撐及水平支撐等銹蝕嚴(yán)重，部分支撐失去承載能力。部分柱、梁連接節(jié)點(diǎn)也因?yàn)殇P蝕基本失去連接作用。

縱向跨度15米以上柱間均設(shè)置混凝土桁架或鋼桁架，其中混凝土桁架采用標(biāo)準(zhǔn)圖集《鋼筋混凝土桁架式管架通用圖》(HG21252-93)，桁架構(gòu)件截面較小，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)桁架桿件存在大量裂縫、露筋、鋼筋銹蝕情況。腹桿裂縫寬度一般小于或等于0.2mm，尚在允許范圍以內(nèi)；個(gè)別裂縫寬度達(dá)到0.4mm，**過(guò)設(shè)計(jì)允許范圍。個(gè)別桁架與柱連接處拉裂，連接件銹蝕、裂損嚴(yán)重，甚至失去連接作用。
 
【桁架檢測(cè)】

現(xiàn)場(chǎng)使用水準(zhǔn)儀對(duì)部分桁架的撓度進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果顯示，桁架撓度值均較小，部分桁架變形值為正（即向上），向下變形較大值28.6mm，相當(dāng)于跨度的1/629，符合規(guī)范要求。分析認(rèn)為，主要是由于桁架承受荷載較小，由此產(chǎn)生的撓度較小。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，個(gè)別桁架連接件拉脫、拉裂。對(duì)桁架兩端牛腿標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量后分析，被拉脫桁架兩端牛腿差異沉降較大，較大相鄰牛腿高差達(dá)149mm，不均勻沉降是造成桁架拉脫、拉裂的主要因素。
 
【地基處理監(jiān)測(cè)調(diào)查】

管架所處場(chǎng)地類型為上海地區(qū)IV類場(chǎng)地，采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約1.5米?；A(chǔ)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為150號(hào)(相當(dāng)于現(xiàn)行規(guī)范混凝土強(qiáng)度等級(jí)C13)，部分基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度為C20。

從柱子傾斜測(cè)量結(jié)果來(lái)看，基礎(chǔ)傾斜量都較小，在規(guī)范允許范圍內(nèi)；從牛腿標(biāo)高測(cè)量結(jié)果分析，個(gè)別基礎(chǔ)差異沉降較大，造成桁架連接件拉脫、拉裂，影響到結(jié)構(gòu)安全。

03 檢查檢測(cè)結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，管架周圍釋放的蒸汽很多，工廠內(nèi)氨氣、醋酸氣味很濃，表明管架結(jié)構(gòu)處于濕度大、酸性高的環(huán)境下。
 
【混凝土碳化分析】

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，大部分管架柱混凝土碳化深度均大于6mm，碳化現(xiàn)象嚴(yán)重。由于管架周圍空氣呈很強(qiáng)的酸性，構(gòu)件混凝土內(nèi)水泥石中的氫氧化鈣與空氣中的酸性氣體在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣和水，使混凝土中性化（即混凝土碳化），碳化作用時(shí)，還會(huì)引起混凝土收縮，混凝土表面在碳化過(guò)程中產(chǎn)生微裂縫，從而混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。
 
【鋼筋銹蝕分析】

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，敲除開(kāi)裂混凝土后，構(gòu)件鋼筋均有不同程度的銹蝕。由于構(gòu)件表面混凝土碳化，在潮濕環(huán)境（有氧）環(huán)境下構(gòu)件內(nèi)鋼筋表面發(fā)生電化反應(yīng)，引起鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕后體積膨脹（銹蝕體積膨脹2~6倍），導(dǎo)致混凝土順筋開(kāi)裂。

現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)桁架及支撐銹蝕嚴(yán)重，部分構(gòu)件已被銹透，由于鋼構(gòu)件處于大氣中，表面保護(hù)油漆局部遭到損壞后，同鋼筋銹蝕一樣，大氣中酸性氣體和空氣中水生成無(wú)機(jī)酸使構(gòu)件表面發(fā)生電化反應(yīng)，引起鋼構(gòu)件銹蝕。由于鋼構(gòu)件是直接裸露在大氣環(huán)境中，銹蝕比混凝土中鋼筋嚴(yán)重的多，很多構(gòu)件已被銹蝕透。

現(xiàn)場(chǎng)混凝土開(kāi)裂、鋼筋銹蝕及管架間的鋼支撐銹蝕現(xiàn)狀如下圖：
鋼支撐銹蝕
鋼筋的銹蝕量與鋼筋的材性密切相關(guān)。隨著鋼筋的銹蝕量的增加，銹蝕鋼筋的屈服強(qiáng)度降低，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度也呈明顯下降趨勢(shì)。當(dāng)鋼筋的銹蝕量大于15%時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換鋼筋。

當(dāng)鋼筋銹蝕面積達(dá)到或**過(guò)30%~40%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行加固處理。同時(shí)，鋼筋銹蝕還將導(dǎo)致鋼筋附近混凝土材料性能的劣化。該管架鋼筋銹蝕約達(dá)到15%，需要對(duì)銹蝕鋼筋進(jìn)行處理，結(jié)合管廊的加固層改造，對(duì)該管架進(jìn)行加固處理。


三、加固改造設(shè)計(jì)

01 加層設(shè)計(jì)

管廊一般由固定管架、活動(dòng)管架（一般分為剛性、柔性、半鉸接活動(dòng)管架）、管道、補(bǔ)償器等組成，承受荷載主要有管道產(chǎn)生的水平縱向荷載(由管道摩擦力產(chǎn)生)、風(fēng)荷載、垂直荷載。管架示意圖如下：

某化工廠管廊改造設(shè)計(jì)工程，柱和基礎(chǔ)連接形式為固接，梁、柱連接平面內(nèi)為鉸接連接，平面外為自由（無(wú)縱向梁連接時(shí)）或鉸接（梁或桁架連接時(shí)）連接。

活動(dòng)管架為剛性管架時(shí)，縱向水平荷載為管道摩擦力。由于管架剛度較大，不能適應(yīng)管道變形的要求，管道因變形與管架出現(xiàn)相對(duì)位移，而產(chǎn)生的水平力即為管道水平摩擦力。

管道水平摩擦力大小還要考慮管道之間的互相牽制作用，當(dāng)管架上敷設(shè)多根管道時(shí)，各管道之間由于不同時(shí)工作（產(chǎn)生的溫度內(nèi)力不相同），對(duì)管架的受力和位移會(huì)產(chǎn)生牽制作用。

牽制作用的大小與管道在管架上的布置方式有關(guān)，管架上管道根數(shù)越多牽制作用越大、常溫管道的質(zhì)量所占比例越大牽制作用越大、管道中介質(zhì)溫度高和溫度低的，質(zhì)量大的和質(zhì)量小的，其排列越對(duì)稱、越均衡牽制作用大、雙層管道的管道牽制作用比單層管道大、高溫管道偏設(shè)一側(cè)時(shí)牽制作用小、管道同時(shí)起動(dòng)時(shí)牽制作用小。

橫向水平荷載為風(fēng)荷載，當(dāng)為單層多管情況時(shí)，管道風(fēng)荷載計(jì)算公式為： （l為管道跨度，Di為管道保溫后外徑），當(dāng)為多層管道時(shí)，由于上下層管道間風(fēng)荷載的影響，每層管道風(fēng)荷載須乘以影響系數(shù) 加以修正。

固定管架還須考慮管道補(bǔ)償器的彈性變形引起的水平推力，管道水平推力由管道專業(yè)提供。管架柱、基礎(chǔ)因在平面內(nèi)、外兩個(gè)方面都有受力，所以一般按雙向偏壓受力考慮計(jì)算。

02 加固設(shè)計(jì)

由于管廊加層改造后，設(shè)計(jì)荷載大大增加，原有結(jié)構(gòu)的承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，須對(duì)原管架進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。加固設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)，須考慮和原結(jié)構(gòu)的共同受力和原結(jié)構(gòu)因裂損帶來(lái)的承載力損失等問(wèn)題。

某化工廠管廊加固設(shè)計(jì)時(shí)，考慮現(xiàn)場(chǎng)情況(由于管道正處于使用中，管道無(wú)法挪動(dòng))，對(duì)管架柱**有管道不便設(shè)節(jié)點(diǎn)的管架，在柱上端側(cè)面加設(shè)混凝土牛腿做新增管架的支點(diǎn)。在原管架柱**無(wú)管道處，柱**設(shè)置節(jié)點(diǎn)（鉸接連接），新增管架通過(guò)該節(jié)點(diǎn)傳遞新增荷載，這樣處理主要好處就是不會(huì)讓新增荷載對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏心矩，對(duì)加固設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是較有利的一種連接方式。

原管架柱側(cè)面增加混凝土牛腿做新增管架支點(diǎn)的方法，應(yīng)考慮新增荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的偏心矩，并且在柱**原管架柱和新增管架柱間需再設(shè)置一道連接，這樣可以減少新增柱的計(jì)算長(zhǎng)度，在原結(jié)構(gòu)柱上端平面內(nèi)加設(shè)一道水平系桿以增加平面內(nèi)穩(wěn)定并傳遞新增水平荷載。方案簡(jiǎn)圖見(jiàn)下圖：

縱向跨度較大的管架(15米及以上)因?yàn)榭偤奢d增加較大，基礎(chǔ)荷載大大增加，承載力遠(yuǎn)不滿足要求。并且因原基礎(chǔ)底面積已經(jīng)較大(4mx4m左右)，如果考慮增加基礎(chǔ)底面積加固，基礎(chǔ)高度增加太大。

因此，該工程采用基礎(chǔ)壓樁加固，壓樁樁長(zhǎng)為18米左右，每節(jié)長(zhǎng)約2~3米。原混凝土基礎(chǔ)按承臺(tái)考慮，不足處再進(jìn)行加固處理，驗(yàn)算承臺(tái)時(shí)，須考慮承臺(tái)的抗拔能力?？v向跨度較小管架基礎(chǔ)根據(jù)荷載增加大小對(duì)原基礎(chǔ)擴(kuò)大截面處理。

考慮到荷載增加較大，加固部分和原有基礎(chǔ)協(xié)同作用能力的折減，該管架基礎(chǔ)加固時(shí)，考慮在新舊結(jié)合處加設(shè)暗梁加固，暗梁加設(shè)在獨(dú)立基礎(chǔ)四周，可以提高基礎(chǔ)承載能力。擴(kuò)大截面處理時(shí)須對(duì)新舊結(jié)構(gòu)的結(jié)合處進(jìn)行專門(mén)處理，如增加接合短鋼筋、鑿毛結(jié)合面等保證結(jié)合牢靠、共同受力。


四、檢測(cè)加固設(shè)計(jì)結(jié)論

某化工廠既有管架，增加兩層管道，荷載增加較大。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、計(jì)算分析，有以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）混凝土開(kāi)裂、鋼筋銹蝕引起結(jié)構(gòu)承載力嚴(yán)重下降，包括鋼筋與混凝土粘結(jié)力下降、鋼筋銹蝕使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的拉應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)延性下降，需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。

2）新增部分管架設(shè)計(jì)時(shí)須全面考慮各種管道荷載，包括管道和活動(dòng)管架的水平摩擦力、管道補(bǔ)償器的彈性變形引起的水平力、不同管道之間的水平牽制力。

3）原有管架加層改造時(shí)，要采取合適的加固方案，對(duì)新舊結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)需進(jìn)行特別處理.




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