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20 世纪随着无线电广播和电视事业的发展,世界各地建造了大量较高的无线电塔和电视塔。电力、冶金、石油、化工等企业也建造了很多高耸结构,如输电线路塔、石油钻井塔、炼油化工塔、风动机塔、排气塔水塔烟囱等。在邮电、交通、运输等部门中也兴建了电信塔、导航塔、航空指挥塔、雷达塔、灯塔等。此外,还有卫星发射塔、跳伞塔和环境气象塔等。

高度较大、横断面相对较小的结构被称为高耸建筑,以水平荷载(特别是风荷载为结构设计的主要依据。随着时间的推移,既有高耸建筑物面临着整修、围护、改造等命运,故对于高耸建筑的检测成了检测单位又一新领域。

工程概述

该受检烟囱为一座套筒式钢筋混凝土烟囱,于 2009 年建成,2010 年投入使用,使用年限为 50 年。该烟囱筒体底座直径约为 22.00m,高 210m,烟囱筒体共分为 10 层,除标高 12.47m处为积灰平台外,标高 30.00m~标高 200.00m 共设置 8 道夹层平台,每 25.00m 一道或 20.00m 一道。

钢筋混凝土外筒壁部分采用 C40 混凝土,混凝土环境类别为三类,其余外筒壁外侧钢筋的最小保护层净厚度为 30mm,内侧钢筋的最小保护层净厚度为 40mm。内部排烟筒由环梁和支承在环梁上的耐酸砌块砌筑而成,排烟筒自里向外分别为耐酸砌块砌体、耐酸砂浆封闭层、超细玻璃棉毡隔热层和用于固定隔热层的钢丝网,其中耐酸砂浆封闭层中的铅丝网选用直径 2mm,孔径为 16mm 的拔花网。耐酸砖选用防水型陶制隔热异型耐酸砖,内侧面釉化处理, 耐酸砖容重1900kg/m3,抗压强度25MPa。

该烟囱自建成后未发生火灾、使用功能改变和使用荷载过大等情况,自使用以来未对其采取维修加固等维保措施。

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主要检测内容及结果

2.1 烟囱完损状况检测

为明确受检烟囱内部结构损伤状况,现场对该烟囱进行了损伤检测。经检测,烟囱标高12.47m 以下构件连接节点基本完好;标高 12.47m 以上内筒外保温层腐蚀严重,玻璃棉大面积脱落,构件表面伴有结晶析出;烟囱内部钢结构部分均锈蚀严重;取样过程中发现砖缝处伴有结晶现象,混凝土构件中钢筋轻微锈蚀。

2.2 混凝土材料强度检测
2.2.1 混凝土碳化机理

混凝土的碳化是介质与混凝土互相作用的一种很广泛的形式,最典型的例子是大气中的二氧化碳气体对混凝土的作用,在工业区,其他酸性气体如二氧化硫、硫化氢等也会引起混凝土“碳化(准确地说是中性化。大气中的二氧化碳与水泥水化物中的氢氧化钙发生化学反应:

Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O XCaO+YSiO2ZH2O+nCO2XCaCO3+YSiO2nH2O+H2O

2.2.2 碳化深度现场检测

混凝土的碳化深度大致与碳化时间的平方根成正比。混凝土的碳化速度系数与所采用的水泥品种、水泥用量、水灰比、正道情况、养护方法、外加剂、掺合料等多种因素有关。此外,还收到环境因素的影响。

所检烟囱混凝土碳化深度在 8~20mm 之间。

2.2.3 混凝土强度测试

为确定受检烟囱的混凝土抗压强度,根据受检烟囱现场实际情况,采用混凝土回弹仪, 参照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23-2011)对混凝土强度进行现场抽样检测,并在外筒壁上每隔 25-30m 选取一个检测及取芯部位进行芯样混凝土抗压强度测试。

检测结果表明,受检烟囱抽检混凝土构件的混凝土强度均大于设计强度 C40。

2.3 耐酸砖强度检测

为确定受检烟囱耐酸砖的耐压强度,现场对该烟囱内筒壁每 25-30m 分别选取一个检测及取芯部位,并对烟囱内筒耐酸砖进行取样试验。试验结果表明,抽检耐酸砖抗压强度在

33.6MPa~36.7MPa 之间,满足抗压强度≥25MPa 的设计要求。

2.4 变形检测
2.4.1 沉降检测

根据《烟囱设计规范》,高耸建筑物的基础最终沉降量可按下列规定进行计算:

 

环形基础可计算环宽中点 C、D 的沉降;圆形基础应计算圆心 O 点的沉降。计算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007 进行。


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2.4.2 倾斜检测

根据《烟囱设计规范》,基础倾斜可按下列规定进行计算:

 

分别计算与基础最大压力 pmax 及最小压力 pmin 相对应的基础外边缘 A、B 两点的沉降量SA 和 SB,基础的倾斜值mθ。

计算在梯形荷载作用下的基础沉降量 SA SB 时,可将荷载分为均布荷载和三角形荷载, 分别计算其相应的沉降量再进行叠加。

计算环形基础在三角形荷载作用下的倾斜值时,可按半径 r1 的圆板在三角形荷载作用下,算得的AB 两点沉降值,减去半径为 r4 的圆板在相应的梯形荷载作用下,算得的 AB 两点沉降值。

2.4.3 检测结果

本次倾斜检测结合既有建筑整体倾斜法计算该烟囱圆心的倾斜率,按照投点法测量烟囱位于过圆心两点上部相对于下部的偏移值,并进行计算,计算得出该烟囱底部圆心处的东西向倾斜整体向北倾斜,倾斜率为 0.33‟;东西向整体向东倾斜,倾斜率为 0.08‟。

 

1  受检房屋倾斜测量结果


 

测点

 

测点位置

 

高程(m)

平距

mm)

倾斜

方向

 

倾斜率‟)

 

备注

 

Q1

上部

13.677

7.514

 

 

向北

 

 

0.33

/

下部

1.730

6.821

/

 

Q2

上部

13.279

8.382

/

下部

1.330

7.681

/

 

Q3

上部

13.643

7.413

 

 

向东

 

 

0.08

/

下部

1.669

6.701

/

 

Q4

上部

13.547

7.888

/

下部

1.600

7.178

/

 

 

 

 

 

 

倾斜观测点布置

 

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处理建议

(1) 建议对轻微锈蚀的钢结构进行除锈并做好相关防腐工作,对锈蚀严重的构件进行更换;

(2) 由于排烟筒外侧钢丝网均已酥化、剥落,建议对排烟筒外部保温部分进行清除并按相关要求重做。

(3) 在后续使用过程及改造过程中,若发现原结构有异常情况并存在安全隐患时,应及时采取有效处理措施。


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