泵房建筑物檢測(cè)與結(jié)構(gòu)承載力復(fù)核技術(shù)探討

于順霞

(遼寧省河庫(kù)管理服務(wù)中心(遼寧省水文),遼寧 沈陽(yáng) 110003)

1 工程概況

某排灌站位于遼河河口、渤海灣感潮段，是一座擁有50余年歷史的大型排灌兩用泵站。工程等別Ⅱ等，主要建筑物級(jí)別2級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50 a一遇；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200 a一遇；地震基本烈度Ⅶ度。

該排灌站主要建筑物泵房類型為塊基型，布置形式為堤后式。泵房采用框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸為46.52 m×9.00 m，沿長(zhǎng)度方向中間偏北處設(shè)右伸縮沉降縫。吊車(chē)梁排架柱間距6.00 m，共9根柱、8跨。廠房共分4層，自上而下依次為電機(jī)層、聯(lián)軸層、水泵層和基礎(chǔ)層。其中，電機(jī)層地面高程為5.70 m，電機(jī)層南、北兩側(cè)通過(guò)混凝土臺(tái)階直達(dá)聯(lián)軸層。聯(lián)軸層地面高程為2.52 m，水泵層底高程為-1.48 m，基礎(chǔ)層塊基底面高程為-6.53 m。廠房屋頂高程為16.68 m，廠房地下部分總高度為12.23 m，地上部分總高度為10.98 m。

2 重點(diǎn)檢測(cè)項(xiàng)目及分析

按照《泵站安全鑒定規(guī)程》SL 316—2015[1]規(guī)定，在外觀普查基礎(chǔ)上，選取廠房代表性構(gòu)件進(jìn)行抽樣檢測(cè)。檢測(cè)項(xiàng)目包括外觀質(zhì)量檢查、構(gòu)件截面尺寸、地面沉降測(cè)量、混凝土抗壓強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度、鋼筋銹蝕性狀等。本節(jié)針對(duì)部分檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行描述和分析。

2.1 外觀質(zhì)量檢查

(1)地上電機(jī)層。廠房混凝土柱、梁等構(gòu)件表面均粉刷涂層，表觀完好；個(gè)別電機(jī)混凝土機(jī)座存在裂縫，最大裂縫寬度達(dá)2 mm，其他電機(jī)混凝土機(jī)座基本完好。

(2)地下聯(lián)軸層和水泵層。聯(lián)軸層混凝土柱、梁表觀完好，其他構(gòu)件無(wú)明顯缺陷。水泵層靠近出水池一側(cè)，有3根縱梁的底部存在露筋，鋼筋銹蝕情況。其中，水泵層第7跨縱梁現(xiàn)狀見(jiàn)圖1。

圖1 水泵層第7跨縱梁露筋、銹蝕情況

2.2 地面沉降測(cè)量

沿泵房電機(jī)層南北向、貼近東側(cè)和西側(cè)柱內(nèi)緣共布置2個(gè)測(cè)量斷面(分別設(shè)為斷面1和斷面2)，各斷面分別布置10個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行地面高程測(cè)量。泵房電機(jī)層平面布置及各斷面分布情況見(jiàn)圖2，各測(cè)點(diǎn)高程測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1，高程變化情況(即地面沉降情況)見(jiàn)圖3。

圖2 泵房電機(jī)層平面布置及各斷面高程測(cè)點(diǎn)分布示意圖

由表1和圖3可知，斷面1伸縮縫兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)5和測(cè)點(diǎn)6實(shí)測(cè)高程分別大于設(shè)計(jì)高程11.7 cm和9.7 cm，南側(cè)的測(cè)點(diǎn)10實(shí)測(cè)高程小于設(shè)計(jì)高程4.8 cm，北側(cè)的測(cè)點(diǎn)1實(shí)測(cè)高程大于設(shè)計(jì)高程2.9 cm，該斷面各測(cè)點(diǎn)最大高程差16.5 cm；斷面2伸縮縫兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)15和測(cè)點(diǎn)16實(shí)測(cè)高程分別大于設(shè)計(jì)高程10.0 cm和9.9 cm，南側(cè)的測(cè)點(diǎn)20實(shí)測(cè)高程小于設(shè)計(jì)高程5.0 cm，北側(cè)的測(cè)點(diǎn)11實(shí)測(cè)高程小于設(shè)計(jì)高程0.4 cm，該斷面各測(cè)點(diǎn)最大高程差15.0 cm。2個(gè)測(cè)量斷面各點(diǎn)高程均呈現(xiàn)中間伸縮縫隆起、南北兩側(cè)塌陷的不均勻沉降狀況。

表1 電機(jī)層地面高程測(cè)量結(jié)果

圖3 電機(jī)層地面高程測(cè)量變化(即地面沉降情況)示意圖

結(jié)合泵站管理單位30余年觀測(cè)記錄，泵房中間高、南北兩側(cè)低的不均勻沉降情況呈逐年加重趨勢(shì)。究其原因主要為：工程場(chǎng)地土地質(zhì)條件差，存在液化土層，地震導(dǎo)致地基發(fā)生液化、破壞，造成泵房等建筑物產(chǎn)生不均勻沉降，局部墻體和伸縮縫開(kāi)裂，加之地下水位高，在滲透壓作用下，地下水從開(kāi)裂處滲漏，并攜帶土顆粒流失，造成局部地基淘空，進(jìn)一步加重了不均勻沉降。

2.3 混凝土強(qiáng)度及鋼筋狀況檢測(cè)

(1)混凝土抗壓強(qiáng)度。回彈法抽檢聯(lián)軸層左6電機(jī)大梁、水泵層第7跨縱梁、電機(jī)層右4框架柱和聯(lián)軸層左3～4柱之間側(cè)墻混凝土抗壓強(qiáng)度推定值分別為34.6 MPa、32.3 MPa、35.2 MPa和29.7 MPa。

(2)碳化深度及鋼筋保護(hù)層厚度。抽檢聯(lián)軸層左6電機(jī)大梁、水泵層第7跨縱梁、電機(jī)層右4框架柱和聯(lián)軸層左3～4柱之間側(cè)墻混凝土碳化深度平均值分別為2.8 mm、2.9 mm、2.3 mm和3.2 mm，鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果平均值為77 mm、73 mm、79 mm和89 mm。所抽檢構(gòu)件混凝土碳化深度均小于鋼筋保護(hù)層厚度。

(3)鋼筋銹蝕性狀。抽檢聯(lián)軸層左6電機(jī)大梁、水泵層第7跨縱梁、電機(jī)層右4框架柱和聯(lián)軸層左3～4柱之間側(cè)墻混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕情況，所測(cè)聯(lián)軸層電機(jī)大梁和電機(jī)層框架柱的半電池電位值大于-200 mV，鋼筋銹蝕性狀判別為：發(fā)生銹蝕的概率小于10%；水泵層縱梁和聯(lián)軸層左3～4柱之間側(cè)墻90%的半電池電位值為-200～-350 mV，鋼筋銹蝕性狀判別為：銹蝕性狀不確定。聯(lián)軸層左3～4柱之間側(cè)墻測(cè)區(qū)鋼筋銹蝕電位等值線見(jiàn)圖4。

圖4 聯(lián)軸層左3～4柱之間側(cè)墻測(cè)區(qū)鋼筋銹蝕電位等值線圖(單位：mV)

3 廠房結(jié)構(gòu)承載力復(fù)核

3.1 荷載及材料特性參數(shù)

泵站廠房為框架結(jié)構(gòu)，主要荷載包括廠房自重、雪荷載、風(fēng)荷載、吊車(chē)荷載及樓面活荷載等，均按工程實(shí)際調(diào)查、檢測(cè)及相關(guān)規(guī)范[2]取值。泵站廠房主要受力構(gòu)件的荷載計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表2。

表2 泵站廠房構(gòu)件荷載計(jì)算表

鋼筋按原設(shè)計(jì)強(qiáng)度取用，混凝土強(qiáng)度根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和按原設(shè)計(jì)強(qiáng)度聯(lián)合取用，即大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度和未檢測(cè)的按原設(shè)計(jì)取，小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的取實(shí)測(cè)值；保護(hù)層厚度按設(shè)計(jì)厚度扣除碳化深度檢測(cè)結(jié)果取值，未檢測(cè)構(gòu)件的碳化深度按實(shí)測(cè)構(gòu)件的平均碳化深度??；構(gòu)件尺寸及其他未盡項(xiàng)目按原設(shè)計(jì)取值。泵站廠房主要受力構(gòu)件配筋情況、截面尺寸、混凝土抗壓強(qiáng)度、保護(hù)層厚度等參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 泵站廠房構(gòu)件參數(shù)表

3.2 構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算

泵站廠房電機(jī)層存在不均勻沉降，各柱沉降量為-5.0～11.7 cm?？紤]各柱及相關(guān)基礎(chǔ)沉降位移，選取最不利框架和排架進(jìn)行構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算。計(jì)算結(jié)果為:①屋面大梁最大彎矩140.82 kN·m，電機(jī)大梁最大彎矩137.01 kN·m;②吊車(chē)梁最大彎矩177.81 kN·m;③電機(jī)層框架柱最大軸力158.90 kN;④水泵層縱梁最大彎矩36.73 kN·m。

3.3 承載力復(fù)核

梁系構(gòu)件按正截面受彎構(gòu)件計(jì)算承載力，框架柱按軸心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力計(jì)算[3-4]，分別計(jì)算出各構(gòu)件抗力(即承載力)，并對(duì)廠房構(gòu)件承載力進(jìn)行復(fù)核，具體復(fù)核過(guò)程見(jiàn)表4。

表4 泵站廠房構(gòu)件承載力驗(yàn)算過(guò)程

由表4可知，泵站廠房屋面大梁、整體式吊車(chē)梁、電機(jī)大梁、水泵層縱梁、電機(jī)層框架柱等構(gòu)件抗力(即承載力)計(jì)算結(jié)果均大于構(gòu)件效應(yīng)(即考慮安全系數(shù)的最大彎矩或最大軸力)，結(jié)構(gòu)承載力復(fù)核均滿足要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于已運(yùn)行時(shí)間超過(guò)50 a的泵房建筑物，盡管外觀狀況、檢測(cè)結(jié)果存在明顯缺陷，但結(jié)構(gòu)承載力復(fù)核未必不滿足要求。因此，對(duì)既有泵房建筑物，除了應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家法令、行業(yè)規(guī)范等要求開(kāi)展相關(guān)檢測(cè)與復(fù)核外，尚需針對(duì)工程現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析評(píng)判才能獲得科學(xué)、客觀評(píng)價(jià)結(jié)果。