某發(fā)電廠汽機房牛腿開裂原因分析及加固處理*

張風亮，田鵬剛，孫 沖，毛冬旭，邊兆偉，贠作義，史繼創(chuàng)，劉歲強

(1.陜西省建筑科學研究院有限公司，陜西 西安 710082；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054)

1 工程概況

某公司一期2×660MW空冷汽輪發(fā)電機房大平臺采用鋼筋混凝土框架+現(xiàn)澆樓板結構體系，大平臺梁通過牛腿支撐于主廠房框架，軸柱上，與柱鉸接連接。該汽機房橫向跨度34m，縱向柱距10m，雙柱插入距1.5m，總長171.5m。汽機房運轉層標高為14.100m，中間層標高為7.100m。汽機房使用環(huán)境類別為b類，設計使用年限為50年，結構安全等級為二級?；炷翉姸仍O計等級為C40，縱向梁鋼筋保護層厚度設計值為50(與柱外邊平齊側)，25mm(另一側)，柱、板鋼筋保護層厚度設計值分別為35，15mm。汽機房剖面如圖1所示，平面如圖2所示。

圖1 汽機房剖面

圖2 汽車機房平面

使用過程中，廠房0m處6根立柱、14m處5根立柱的牛腿均出現(xiàn)了不同程度的裂縫，為進一步查找開裂原因，為加固設計提供全面的技術參考依據(jù)，對該汽機房立柱牛腿進行全方面檢測鑒定，并對存在的問題提出相應的處理建議。

2 牛腿裂縫分布形態(tài)

根據(jù)GB 50144—2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》中第4.1.1條規(guī)定，對汽機房立柱牛腿的裂縫形態(tài)進行現(xiàn)場檢測，典型裂縫的破壞形態(tài)描述如下。

3 立柱及牛腿檢測

3.1 牛腿截面尺寸及保護層厚度檢測

根據(jù)GB/T 50344—2019《建筑結構檢測技術標準》及原始設計圖紙，對牛腿截面尺寸及保護層厚度進行檢測，結果如表1所示。

由表1可知，本次檢測的牛腿截面尺寸與原設計基本相符；牛腿端部鋼筋保護層厚度最小值為20mm，最大值為56mm，保護層厚度不均勻，個別牛腿保護層厚度偏大，設計保護層厚度為30mm。

表1 混凝土構件截面尺寸及鋼筋保護層厚度檢測結果

3.2 牛腿鋼筋配置情況檢測

根據(jù)《建筑結構檢測技術標準》及原始設計圖紙，現(xiàn)場采用鋼筋探測儀對牛腿外邊緣鋼筋配置情況進行抽樣檢測與復核。現(xiàn)場檢測結果表明，受檢牛腿外邊緣鋼筋配置情況與原設計圖紙基本相符。

3.3 立柱及牛腿混凝土抗壓強度檢測

為全面準確反映受檢汽機房立柱及牛腿實際抗壓強度，依據(jù)《建筑結構檢測技術標準》、JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土強度技術規(guī)程》，采用回彈法檢測。同時根據(jù)需要檢測受檢構件碳化深度，由于受檢構件混凝土服役時間較長，碳化深度測試結果均>6mm。依據(jù)GB 50292—2015《民用建筑可靠性鑒定標準》附錄K，已有結構混凝土回彈齡期修正系數(shù)取0.97。經(jīng)換算，考慮齡期折減后的受檢立柱及牛腿混凝土構件現(xiàn)齡期抗壓強度推定值均>40.0MPa，滿足原設計強度等級(C40)要求。

3.4 牛腿混凝土內部缺陷檢測

當混凝土原材料、配合比、內部質量及測試距離一定時，超聲波在其中傳播速度、首波幅度及接收信號頻率等聲學參數(shù)測量值應基本一致。如果結構混凝土局部區(qū)域內存在空洞、不密實區(qū)等缺陷，所測聲時值將偏大，波幅及頻率值降低。根據(jù)聲學參數(shù)變化，可判定混凝土內部缺陷情況。依據(jù)CECS 21∶2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術規(guī)程》，采用超聲對測法檢測，在待測構件的兩相對測試面上分別畫等間距的網(wǎng)格(本次采用100mm×100mm測網(wǎng))，并編號確定對應的測點位置，按一定順序測取各測點的聲時、幅度及頻率值，并按規(guī)程對其進行分析處理。當測區(qū)中某些測點的聲速值、波幅值(或頻率值)被判為異常值時，可結合異常測點的分布及波形情況確定混凝土內部存在不密實區(qū)或空洞的范圍。為準確找出開裂原因，現(xiàn)場對具備檢測條件的開裂牛腿混凝土進行內部缺陷檢測。經(jīng)檢測，受檢汽機房立柱牛腿測試部位的混凝土內部密實度較好，不存在不密實區(qū)或空洞缺陷區(qū)域。

3.5 受檢牛腿裂縫深度檢測

為查找開裂原因，依據(jù)《超聲法檢測混凝土缺陷技術規(guī)程》，現(xiàn)場采用人工鑿開法及儀器檢測法(非金屬超聲波檢測儀)對立柱牛腿代表性裂縫深度進行檢測，結果如下。

2)現(xiàn)場采用ZBL-U510型非金屬超聲波檢測儀對檢測條件較好的1層①/牛腿西側面裂縫處、2層○/牛腿西側面裂縫處、2層○/牛腿正立面裂縫處、2層/牛腿西側面裂縫處、2層/牛腿正立面裂縫處混凝土進行跨縫波速檢測，結果如表2所示。

表2 受檢牛腿裂縫深度檢測結果

檢測結果表明，受檢牛腿側面代表性裂縫推算深度與對應牛腿寬度基本一致，說明受檢牛腿側面的表層裂縫已貫穿；正立面裂縫深度較小，未貫通，綜合裂縫形態(tài)、裂縫深度可推斷牛腿裂縫為表層素混凝土開裂。

3.6 汽機房立柱傾斜檢測

為了解汽機房立柱目前狀態(tài)下的變形情況，根據(jù)構筑物所處環(huán)境、現(xiàn)場檢測條件及《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》的要求，現(xiàn)場在具備檢測條件的區(qū)域，采用經(jīng)緯儀對立柱傾斜變形進行檢測。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，目前狀態(tài)下，受檢汽機房立柱傾斜變形均未超過《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》中第7.3.9條關于廠房柱傾斜達到C級的限值規(guī)定要求，說明立柱未發(fā)生影響結構安全的傾斜變形。

4 汽機房立柱牛腿承載力驗算

4.1 牛腿構造核查

4.2 牛腿裂縫控制驗算

ND-40085號牛腿Fv=164kN，F(xiàn)vk=164kN/1.4=117.1kN，為該類牛腿荷載最大值。

4.3 牛腿受壓承載力驗算

4.4 牛腿局部受壓承載力驗算

5 牛腿開裂原因分析

6 加固處理方案

通過上述分析可知，立柱牛腿開裂的主要原因是牛腿與梁之間連接構造不合理，在溫度作用及混凝土收縮變形作用下，牛腿開裂。裂縫雖不影響牛腿承載力，但影響牛腿耐久性，因此，應對牛腿進行加固處理(見圖3)。具體加固處理方案如下。

圖3 牛腿加固示意

1)將牛腿及對應立柱表面裝飾層剔除，混凝土表面出現(xiàn)剝落、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應予剔除，對于較大面積的劣質層，剔除后應用聚合物水泥砂漿進行修復；用混凝土角磨機、砂輪(砂紙)等工具，去除混凝土表面浮漿、油污等雜質，打磨平整構件表面混凝土。

2)對牛腿表面裂縫采用壓力灌膠(漿)或嵌縫封閉的方法進行加固。

3)采用[10及對拉螺栓進行加固。

4)用環(huán)氧樹脂膠凝材料或灌漿料填實槽鋼與混凝土間隙。

5)將混凝土梁頂升30mm，插筋切斷牛腿頂面。

6)牛腿頂面聚合物砂漿或灌漿料找平，混凝土梁回落。

7 結語

牛腿端面保護層厚度過大、梁板沿縱向的溫度、收縮變形產(chǎn)生的內力向廠房兩端部、變形縫兩側自由端釋放受到約束時，在牛腿內部產(chǎn)生附加應力以及牛腿與梁之間采用插筋構造連接是立柱牛腿發(fā)生開裂的主要原因。采用本文提出的加固方案對開裂牛腿進行加固，通過對加固牛腿近1年的觀察，未發(fā)現(xiàn)有新裂縫生成，加固效果良好且經(jīng)濟成本低，說明本次加固方案可在類似工程結構加固領域中推廣應用。