某石油化工裝置管道支架檢測(cè)與評(píng)估

魏常寶

（甘肅土木工程科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020）

0 引言

管道支架是工業(yè)、化工、發(fā)電等行業(yè)的一種重要構(gòu)筑物［1］，主要用于支承各種類型的架空管線（管線是工業(yè)生產(chǎn)的“血管”）。對(duì)于大多數(shù)企業(yè)而言，管道支架維護(hù)相對(duì)較少，增容相對(duì)較多。大多數(shù)老舊管道支架已年久失修，且處于維護(hù)不善的工作環(huán)境下。管道支架因年久失修、增加荷載等因素，存在不同程度的安全隱患，易觸發(fā)安全事故，造成工業(yè)裝置停產(chǎn)，造成較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)管道支架結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與評(píng)估是發(fā)現(xiàn)老舊管道支架安全隱患的前提，是老舊管道支架加固維修的技術(shù)依據(jù)和前置條件，也是保證老舊管道支架繼續(xù)安全使用的重要前提［2］。

1 工程概況

某石油化工廠管道支架大多建于 20 世紀(jì) 50 年代，在后期使用中因生產(chǎn)工藝及設(shè)備裝置陸續(xù)改造與擴(kuò)建，支架上管線的數(shù)量、層數(shù)及荷載不斷增加，原有管道支架已不堪重負(fù)。經(jīng)過(guò)多年的使用，管道支架已普遍存在老化、破損、變形、嚴(yán)重侵蝕等現(xiàn)象，原有舊管架的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)也已嚴(yán)重落后于現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范的要求，其中以6 E（9-11）段管道支架較為典型。6E（9-11）段管道支架豎向承重構(gòu)件為下部鋼筋混凝土支架，水平承重構(gòu)件為預(yù)制混凝土薄腹梁，垂直支撐為鋼結(jié)構(gòu)，該段長(zhǎng)度為 165 m，管道支架照片如圖 1 所示。

2 管架結(jié)構(gòu)測(cè)繪

依據(jù)廠區(qū)總圖，對(duì)各個(gè)區(qū)段管道支架進(jìn)行系統(tǒng)分類并編號(hào)，復(fù)核管道支架平面位置，繪制檢測(cè)區(qū)段的管道支架檢測(cè)總平面圖（見(jiàn)圖 2）。在繪制檢測(cè)區(qū)段的管道支架檢測(cè)總平面圖的基礎(chǔ)上，測(cè)繪管道支架具體尺寸等信息，繪制管道支架走向立面圖（見(jiàn)圖 3）。

圖1 6E（9-11）段管道支架外貌

在上述兩項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，并現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量，繪制管道支架各種類型支架結(jié)構(gòu)的立面圖、側(cè)面圖、基礎(chǔ)詳圖。

3 管架結(jié)構(gòu)檢測(cè)

3.1 地基基礎(chǔ)調(diào)查與檢測(cè)

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及檢測(cè)結(jié)果，該管道支架所在場(chǎng)地土上部為第四系全新統(tǒng)地層，巖性主要為雜填土及沖洪積得卵礫石層，下部為第三級(jí)泥巖。整個(gè)場(chǎng)地結(jié)構(gòu)特征比較簡(jiǎn)單且穩(wěn)定。場(chǎng)地自上而下依次為雜填土層、卵石層及泥巖。通過(guò)對(duì)管架基礎(chǔ)開(kāi)挖探井抽樣進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下。

1）自然地面至基礎(chǔ)底面為雜填土，深灰色，濕，飽和，稍密—松散，土質(zhì)不均勻，主要成份為粉土和卵石，基礎(chǔ)埋深自然地面以下約 2.3～3.2 m，基礎(chǔ)持力層為卵石層。

2）在管道支架埋深范圍內(nèi)抽查檢測(cè)未見(jiàn)地下水。建設(shè)單位提供的信息顯示該廠區(qū)管道支架基礎(chǔ)為鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為卵石層。開(kāi)挖探井結(jié)果表明，管架基礎(chǔ)為鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)外觀無(wú)明顯破損，管道支架在使用過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)明顯的不均勻沉降，地基穩(wěn)定。

3.2 材料強(qiáng)度檢測(cè)

依據(jù)現(xiàn)行 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》對(duì)管架混凝土構(gòu)件采用回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度。經(jīng)檢測(cè)，6E（9-11）段下部混凝土支架混凝土抽查實(shí)測(cè)強(qiáng)度在 21.1～28.0 MPa，檢測(cè)結(jié)果如表 1 所示。

圖2 管架總平面圖（局部）

圖3 6E（9-11）段管架立面圖（局部）

3.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)造與連接檢測(cè)

6E（9-11）段鋼筋混凝土支架結(jié)構(gòu)預(yù)埋鋼板銹蝕嚴(yán)重，預(yù)應(yīng)力混凝土桁架與支架柱采用預(yù)埋鋼板螺栓連接于支架柱柱頭，連接螺栓嚴(yán)重銹蝕，有部分松動(dòng)，鋼桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)造與連接方式正確，僅有局部的表面缺陷，勉強(qiáng)使用。

3.4 結(jié)構(gòu)破損裂縫檢測(cè)

6E（9-11）段混凝土支架大量存在裂縫與混凝土剝離，角筋處尤其嚴(yán)重，裂縫寬度在 0.88～6.70 mm，大部分主筋銹蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件掉角以及混凝土保護(hù)層脫落。

3.5 結(jié)構(gòu)變形觀測(cè)

管道支架柱沒(méi)有明顯傾斜現(xiàn)象，對(duì)管道支架薄腹梁及鋼桁架進(jìn)行了撓度變形觀測(cè)，管架梁撓度變形結(jié)果匯總?cè)绫?2 所示。經(jīng)檢測(cè)，6E（9-11）段混凝土薄腹梁撓度值部分處于 l0/200 以下（滿足規(guī)范要求），部分超過(guò) l0/200（不滿足規(guī)范要求）。

3.6 耐久性檢測(cè)

通過(guò)對(duì)混凝土耐久性的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，管道支架混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件不同程度地出現(xiàn)了腐蝕。6E（9-11）段部分支架外觀有沿鋼筋通長(zhǎng)裂縫，且寬度較大、深度較深，鋼筋嚴(yán)重銹蝕，混凝土薄腹梁鋼筋有腐蝕、有銹蝕現(xiàn)象，混凝土表面有腐蝕和損傷，外觀有沿鋼筋裂縫或者鋼筋有明顯銹跡。該構(gòu)筑物混凝土構(gòu)件由于長(zhǎng)期暴露在大氣環(huán)境中，構(gòu)件混凝土的中性化（碳化）深度已接近或超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度，靠近鋼筋部位的混凝土由較強(qiáng)堿性弱化為中性，鋼筋鈍化膜破壞，混凝土對(duì)鋼筋已不能起到較好的保護(hù)作用，構(gòu)件的耐久性能降低，影響混凝土構(gòu)件的安全及正常使用。

3.6.1 鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)

采用混凝土鋼筋檢測(cè)儀對(duì)混凝土構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)，選取測(cè)點(diǎn)中最小的數(shù)值為該構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層厚度值，檢測(cè)結(jié)果如表 3 所示。通過(guò)對(duì)管線支架混凝土構(gòu)件的抽檢，部分混凝土構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度厚薄不均勻，尤其是角部鋼筋，鋼筋保護(hù)層厚度極不均勻，混凝土構(gòu)件順筋裂縫均出現(xiàn)在該類型區(qū)域。

3.6.2 混凝土構(gòu)件的中性化檢測(cè)

混凝土構(gòu)件的中性化（碳化）檢測(cè)是在混凝土構(gòu)件上鉆孔或局部破損，用 1 % 濃度的酚酞試液滴在混凝土受檢部位，根據(jù)顏色變化來(lái)測(cè)定混凝土構(gòu)件中性化（碳化）深度，檢測(cè)結(jié)果如表 4 所示。從以上結(jié)果可看出，由于混凝土構(gòu)件長(zhǎng)期暴露在大氣環(huán)境下，缺乏正常的維護(hù)，酸性氣體腐蝕使管道支架混凝土構(gòu)件的中性化（碳化）深度已接近或已超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度。

3.6.3 混凝土構(gòu)件凍融現(xiàn)狀

經(jīng)對(duì)管線支架的全面檢測(cè)，管線支架所處位置不是易積水區(qū)域，未見(jiàn)混凝土構(gòu)件表面出現(xiàn)因凍融產(chǎn)生的剝離、酥松現(xiàn)象，凍融對(duì)混凝土構(gòu)件無(wú)明顯影響。

3.6.4 鋼筋銹蝕檢測(cè)

經(jīng)對(duì)部分銹蝕鋼筋進(jìn)行直徑測(cè)量，截面損失為0.7 %～8.2 %，柱體鋼筋銹蝕略輕，梁體鋼筋銹蝕較重。經(jīng)檢測(cè)，柱體銹蝕鋼筋屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度均不符合規(guī)范要求，所以其力學(xué)性能不符合現(xiàn)行規(guī)范要求，銹蝕鋼筋力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如表 5 所示。

表1 6E（9-11）段管架混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)匯總表

表2 6E（9-11）段管架梁撓度變形匯總表

表3 混凝土構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)表

表4 混凝土構(gòu)件的中性化（碳化）深度檢測(cè)表

4 管架結(jié)構(gòu)構(gòu)件評(píng)級(jí)

4.1 管架結(jié)構(gòu)構(gòu)件評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù) GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［3］， 參考《某管道支架檢測(cè)鑒定與評(píng)級(jí)淺析》［4］《火災(zāi)后損傷混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢測(cè)鑒定與評(píng)級(jí)探討》［5］等研究文獻(xiàn)以及其他相關(guān)文獻(xiàn)［6］，制定了老舊管道支架混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。該結(jié)構(gòu)構(gòu)件評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)從混凝土材料強(qiáng)度、構(gòu)件變形、構(gòu)件裂縫、構(gòu)造與連接、構(gòu)件腐蝕等 5 個(gè)方面進(jìn)行制定并進(jìn)行評(píng)定，再根據(jù)這 5 個(gè)分項(xiàng)評(píng)定對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)級(jí)。

表5 銹蝕鋼筋取樣力學(xué)性能試驗(yàn)表

4.2 管架結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全性評(píng)級(jí)

根據(jù)以上各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果和制定的分項(xiàng)評(píng)級(jí)、綜合評(píng)級(jí)說(shuō)明，對(duì)某石油化工廠管道支架各個(gè)區(qū)段進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果匯總，并進(jìn)行分項(xiàng)評(píng)級(jí)與綜合評(píng)級(jí)。匯總及評(píng)級(jí)結(jié)果如表 6 所示。

經(jīng)檢測(cè)與評(píng)級(jí)，該段管道支架地基基礎(chǔ)綜合評(píng)級(jí)為 C 級(jí)，管道支架上部結(jié)構(gòu)混凝土支架綜合評(píng)級(jí)為 D 級(jí)，管架上部預(yù)制鋼筋混凝土、薄腹梁綜合評(píng)級(jí)為 D 級(jí)，管架下部鋼筋混凝土支架綜合評(píng)級(jí)為 D 級(jí)。因此，該段管道支架結(jié)構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)已存在不同程度的安全隱患，已影響管道支架系統(tǒng)安全及正常使用。

5 管架抗震鑒定

因該廠管道支架建于 20 世紀(jì) 50 年代末，根據(jù) GB 50117－2014《構(gòu)筑物抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，該管道支架按A類構(gòu)筑物進(jìn)行抗震鑒定。

5.1 抗震措施鑒定

該管道支架抗震措施鑒定通過(guò)管道支架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的布置及構(gòu)件連接構(gòu)造、縱向承重梁與支架結(jié)構(gòu)的連接與構(gòu)造、管道支架混凝土結(jié)構(gòu)的外觀和內(nèi)在質(zhì)量、管道支架的抗震措施等進(jìn)行。經(jīng)鑒定，該管道支架抗震措施已不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

表6 6 E（9-11）段管架治理區(qū)段檢測(cè)結(jié)果匯總評(píng)級(jí)表

5.2 抗震承載力評(píng)定

管道支架應(yīng)按現(xiàn)行 GB 50191－2012《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的分析方法和 GB 50117－2014《構(gòu)筑物抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算，該管道支架抗震承載力不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于已超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限的老舊工業(yè)管道支架，大多歷經(jīng)多次改造、擴(kuò)容，管線布置及數(shù)量超出原設(shè)計(jì)要求，再加上多年使用和介質(zhì)的侵蝕，管道支架混凝土結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)不同程度的損傷，存在一定的安全隱患，影響道支架的安全運(yùn)營(yíng)［7-8］。且該類管道支架當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)已不滿足現(xiàn)抗震措施要求，抗震承載力也不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，即該管道支架的抗震性能不足。因此，對(duì)此類老舊管道支架進(jìn)行檢測(cè)是必要的，也是管道支架結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估和抗震性能的評(píng)估的前置條件，是其隱患治理的前提。本文通過(guò)對(duì)某石油化工裝置老舊管道支架的結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)估實(shí)踐，對(duì)類似工業(yè)混凝土構(gòu)筑物進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估具有一定的參考意義。