某鋁廠地下工業(yè)皮帶廊頂板檢測鑒定及加固分析

季 海 峰

(山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，山西 太原 030001)

0 引言

某鋁廠地下皮帶廊位于山西省原平市，該皮帶廊構(gòu)筑物為地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，于2005年建設(shè)完成，設(shè)計高度為2.400 m～2.727 m，頂板板底設(shè)計標(biāo)高為-11.60 m～-7.50 m，頂板設(shè)計厚度為500 mm，混凝土強度設(shè)計等級為C25，抗?jié)B標(biāo)號為S8，鋼筋牌號為HPB235和HRB335，鋼筋保護層厚度設(shè)計值為40 mm。皮帶廊上方附近范圍存在沿皮帶廊長度方向的重載火車鐵軌線。

該工業(yè)地下皮帶廊自建設(shè)完成后一直閑置，直至2018年年底，由于生產(chǎn)需要，需啟動該皮帶廊，但工作人員發(fā)現(xiàn)該皮帶廊頂板存在較為明顯的撓曲變形，且存在大量的裂縫，存在一定程度的安全隱患。該地下工業(yè)皮帶廊現(xiàn)狀情況如圖1所示。

1 現(xiàn)場檢測

1.1 結(jié)構(gòu)外觀缺陷檢測

現(xiàn)場對該地下皮帶廊頂板現(xiàn)狀缺陷情況進行檢查，發(fā)現(xiàn)該皮帶廊頂板底部局部存在裂縫，裂縫整體呈縱、橫兩個方向垂直分布，裂縫最大寬度約1.2 mm。裂縫分布情況如圖2所示。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該皮帶廊頂板板底局部存在蜂窩麻面(局部已經(jīng)修補)，部分麻面處存在露筋現(xiàn)象，露出的鋼筋已經(jīng)銹蝕，如圖3所示。該皮帶廊頂板多處范圍存在滲水現(xiàn)象，頂板總體潮濕。

1.2 皮帶廊頂板板底鋼筋檢測

現(xiàn)場使用混凝土鋼筋檢測儀，對皮帶廊頂板板底的鋼筋間距進行抽樣檢測，所測鋼筋間距偏差滿足GB 50204—2015混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[1]相關(guān)要求；對皮帶廊頂板的板底最下排鋼筋保護層厚度進行抽樣檢測，實測保護層厚度為13 mm～24 mm，鋼筋保護層厚度總體偏小。

為了解鋼筋銹蝕的程度，現(xiàn)場抽取5處位置，去除鋼筋保護層，并對露出的鋼筋進行除銹處理，測試鋼筋的實際直徑，測試結(jié)果如表1所示。

表1 板底鋼筋直徑測試結(jié)果表 mm

從表1測試結(jié)果可知，部分位置所測鋼筋直徑偏差超過GB/T 1499.2—2018鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋[2]限值要求，鋼筋最大面積損失率達到17.7%，后續(xù)加固設(shè)計應(yīng)考慮鋼筋截面損失對承載力的不利影響。

1.3 皮帶廊頂板厚度檢測

由于本次檢測的地下皮帶廊為地下構(gòu)筑物，皮帶廊頂板上部覆土，無法采用一般樓板測厚儀測試頂板厚度。本次使用GSSI SIR—3000便攜式地質(zhì)雷達對皮帶廊頂板的厚度進行檢測，現(xiàn)場每間隔2 m測試一組頂板厚度值，每組3個測點，取其平均值作為該部位的頂板厚度值，測試結(jié)果如表2所示。

表2 皮帶廊頂板厚度測試結(jié)果表 mm

由表2可知，本項目檢測中，共測得樓板構(gòu)件厚度值11組，偏差值介于[-70 mm，2 mm]之間。其中，10處構(gòu)件截面尺寸偏差超過GB 50204—2015混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[1]要求限值，該皮帶廊頂板厚度總體存在不足。

在后續(xù)結(jié)構(gòu)驗算中，混凝土頂板厚度取值參照數(shù)理統(tǒng)計方法中正態(tài)分布理論進行計算，即(μ，σ2)對稱正態(tài)分布方法計算該頂板的厚度值，頂板厚度計算參照如下公式進行：

(1)

(2)

h=mh-1.645sh

(3)

經(jīng)計算，該皮帶廊頂板厚度計算值取為425 mm。

1.4 皮帶廊頂板變形檢測

現(xiàn)場依據(jù)JGJ 8—2016建筑變形測量規(guī)范，對該皮帶廊頂板短跨方向的撓度進行了抽檢測量，測試結(jié)果見表3。

表3 板構(gòu)件撓度抽檢結(jié)果表

由表3可知，所抽檢的混凝土頂板板構(gòu)件撓度中，存在多處位置的樓板撓度抽檢結(jié)果超出GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[3]的相關(guān)限值要求，該皮帶廊頂板中部范圍的撓度值較大。

1.5 混凝土抗壓強度檢測

現(xiàn)場檢測中，采用回彈法對皮帶廊側(cè)墻的混凝土強度進行測試，在兩側(cè)墻體上各隨機布置50個測區(qū)，共計100個測區(qū)，每個測區(qū)的范圍大約200 mm×200 mm，每個測區(qū)讀取16個回彈值?；貜棞y試完畢后，在該檢測批中抽取了6個測區(qū)，在每個測區(qū)上鉆取1個混凝土芯樣，用于計算測區(qū)混凝土強度修正量。

經(jīng)計算，修正后該批次混凝土抗壓強度推定值為37.1 MPa，達到原設(shè)計強度等級要求。

1.6 場地勘察及土性分析

為了解該場地土層分布情況，現(xiàn)場對該皮帶廊所處場地進行了場地勘察，該場地揭露范圍的土層主要為粉土層、粉砂層，得出該場地各土層的物理力學(xué)參數(shù)，為后續(xù)皮帶廊結(jié)構(gòu)相關(guān)驗算提供依據(jù)。

2 結(jié)構(gòu)承載力驗算

2.1 荷載計算

1)垂直土壓力計算。

作用于皮帶廊頂板單位長度的豎向土壓力強度標(biāo)準(zhǔn)值，按式(4)計算：

(4)

其中，qt為作用于皮帶廊頂部的豎向土壓力，kN/m2；γi為第i層土體的重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3；Hi為第i層土體的厚度，m。

2)側(cè)向土壓力計算。

作用于皮帶廊側(cè)墻的水平土壓力呈梯形分布，側(cè)向土壓力強度標(biāo)準(zhǔn)值按TB 1002—2017鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范中4.2.3條有關(guān)規(guī)定計算，計算公式如下：

e=ξγH

(5)

其中，e為作用于皮帶廊頂部的側(cè)向土壓力強度，kN/m2；γ為土體的重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3；H為計算點距離地面的高度，m。

3)列出荷載計算。

皮帶廊上方列車荷載取值，參照TB/T 3466—2016鐵路列車荷載圖式取值。列車豎向活載對涵洞的豎向壓力和水平壓力計算，參照TB 1002—2017鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范中第4.3節(jié)計算。

列車活載對皮帶廊的水平壓力可按式(6)計算：

e=εqh

(6)

列車活載對皮帶廊的豎向壓力可按式(7)計算：

(7)

其中，h為軌底至皮帶廊頂板深度，m；ε為水平土壓力系數(shù)；q為特種活載分布集度，kN/m。

4)其他荷載。

水壓力及皮帶廊自重荷載等參照實際荷載取值。

2.2 驗算結(jié)果

結(jié)構(gòu)承載力計算采用荷載基本組合，荷載基本組合參照GB 50068—2018建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[4]第8.2.4條規(guī)定計算，計算公式如下：

(8)

其中，Sd為作用組合效應(yīng)的設(shè)計值；Gik為第i個永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值；Q1k為第1個可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值；Qjk為第j個可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值；γGi為第i個永久作用的分項系數(shù)；γQ1為第1個可變作用的分項系數(shù)；γQj為第j個可變作用的分項系數(shù)。

經(jīng)計算該皮帶廊結(jié)構(gòu)荷載最不利組合如圖4所示。

基于GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(2015版)第6.2.10條、第6.2.17條相關(guān)規(guī)定，對皮帶廊配筋情況計算結(jié)果如表4所示。

表4 皮帶廊結(jié)構(gòu)配筋面積計算結(jié)果

從驗算結(jié)果可知，該皮帶廊頂板的受彎、受剪承載力均存在不足。

3 皮帶廊頂板加固設(shè)計

考慮到皮帶廊頂板受彎、受剪承載力存在不足，本次采用板底增設(shè)疊合層的方法對皮帶廊頂板受彎承載力進行加固，采用板端部加腋的方法對皮帶廊頂板端部進行抗剪加固，具體加固布置如圖5，圖6所示。經(jīng)計算，加固后的皮帶廊頂板受彎、受剪承載力均滿足規(guī)范要求。

此外，針對該皮帶廊頂板存在的相關(guān)滲水問題，尚需對皮帶廊頂板外側(cè)的防水層進行重新施工。對于皮帶廊頂板存在的相關(guān)裂縫，在板底疊合層施工前，應(yīng)參照GB 50367—2013混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范相關(guān)要求，采用灌漿法對裂縫進行修補，裂縫修復(fù)膠的安全性能應(yīng)滿足GB 50728—2011工程結(jié)構(gòu)材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范中第4.6.4條要求。

4 結(jié)語

結(jié)合某鋁廠地下工業(yè)皮帶廊檢測鑒定及加固實際工程案例，介紹了該類工程一般檢測流程包括：結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀缺陷的檢測、鋼筋間距檢測、鋼筋直徑檢測、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸測試、結(jié)構(gòu)變形檢測、材料強度測試、土體勘察等。根據(jù)檢測結(jié)果，按照結(jié)構(gòu)實際荷載，對結(jié)構(gòu)承載力計算驗算，并與原設(shè)計配筋面積進行比較。針對該皮帶廊結(jié)構(gòu)存在的各類現(xiàn)狀缺陷和不足，本加固設(shè)計提出采用板底疊合層對皮帶廊頂板的受彎承載力進行加固，采用板端加腋的方法對頂板抗剪承載力進行了加固。