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某水塔結(jié)構(gòu)安全性鑒定實例

文檔作者：左勇志魯巧稚馬德云李超文檔來源：北京市建筑工程研究院有限責(zé)任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月16日
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四川建筑科學(xué)研究
Sichuan Building Science
第40卷第3期
2014年6月
某水塔結(jié)構(gòu)安全性鑒定實例
左勇志，魯巧稚，馬德云，李 超
(北京市建筑工程研究院有限責(zé)任公司，北京100039)
摘要：某國外水塔結(jié)構(gòu)始建于1954年，由于發(fā)生滲漏，使用30年后便一直被廢棄。為了解該水塔目前的技術(shù)狀
況，須對其進行安全性檢測鑒定。本文對該水塔的安全性檢測、鑒定工作進行了詳細的介紹，并提出了相應(yīng)的處理
建議。
關(guān)鍵詞：水塔；鑒定；檢測
中圖分類號：TU347 文獻標志碼：B 文章編號：1008—1933(2014)03—090—04
1 工程概況
剛果共和國某2500 m 水塔為現(xiàn)澆混凝土結(jié)
構(gòu)，上部為混凝土筒倉形蓄水池，水池頂板、底板均
為混凝土殼體結(jié)構(gòu)。下部為框架結(jié)構(gòu)，12根混凝土
柱(b×h：600 mm×1400 mm)沿圓周均勻分布。
水塔外部建有圍護結(jié)構(gòu)(圖1)：首層為石砌墻體，2
層至水池頂均為粘土磚墻。水塔剖面如圖2所示，
其下部筒狀結(jié)構(gòu)分為5層，平面布置如圖3所示。
圖1 水塔外部實景
該水塔始建于1954年，由于存在滲漏，使用30
年后便一直被廢棄。因建設(shè)年代較早，該水塔現(xiàn)已
無相關(guān)圖紙資料可供參考，上述結(jié)構(gòu)平面、剖面圖均
由現(xiàn)場勘驗測繪得出。
2 現(xiàn)場檢測及分析驗算
2．1 外觀質(zhì)量普查
現(xiàn)場對水塔的結(jié)構(gòu)損傷及現(xiàn)狀質(zhì)量進行普查，
將主要外觀質(zhì)量問題列于表1。
收稿日期：2012—11-27
作者簡介：左勇志(1974一)，男，教授級高級工程師，博士，主要從事
工程結(jié)構(gòu)可靠性和建設(shè)工程質(zhì)量司法鑒定方面的研究。
E —m ail：zuoyongzhi@ tsinghua org．cn
圖2 水塔剖面
圖3 水塔平面
2．2 地基基礎(chǔ)勘驗
現(xiàn)場對水塔地基基礎(chǔ)進行開挖勘驗，水塔基礎(chǔ)
為混凝土現(xiàn)澆圓形筏板基礎(chǔ)，經(jīng)測量，基礎(chǔ)埋深
2．663 m，板厚1220 mm，基礎(chǔ)上表面直徑為21．200
m，下表面直徑為23．800 m，具體尺寸見圖2?，F(xiàn)場
檢查表明，基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)均不存在因不均勻沉降
左勇志，等：某水塔結(jié)構(gòu)安全性鑒定實例 91
產(chǎn)生的裂縫。
表1 結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量普查結(jié)果
與位置 外觀質(zhì)量問題
鋼筋銹蝕、外露
水池內(nèi)部頂板 頂板開裂嚴重
頂板防水層損壞嚴重，頂板存在漏水現(xiàn)象
水池底板 滲漏痕跡明顯
水池池壁 存在漏水現(xiàn)象，在池壁已凝結(jié)成沉積物
墻體磚風(fēng)化嚴重，部分墻體強度喪失
水池圍護墻體 磚柱與墻體交接處普遍存在豎向裂縫
， 且裂縫寬
度5～20 mm
水池上部磚房 囂捺 茬 處存在裂縫’寬度達 。m m'且
水塔主體結(jié)構(gòu) 圍護墻窗洞處磚風(fēng)化現(xiàn)象明顯
混凝土連系梁 個別梁端存在細微裂縫
混凝土柱 薦霍 ；i 跑?，F(xiàn)象，柱混凝
2．3 結(jié)構(gòu)傾斜度檢測
根據(jù)JGJ 8—2007《建筑變形測量規(guī)范》 采用
全站型電子速測儀對水塔12根混凝土柱的傾斜度
進行測量，觀測結(jié)果見表2。
表2 混凝土柱傾斜測量結(jié)果
根據(jù)GB 50144-2008(工業(yè)建筑可靠性鑒定標
準》 和GB50204-2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)
量驗收規(guī)范》 』，部分混凝土柱傾斜度超過允許值
(45 mm)的要求，且偏差較大。
2．4 混凝土強度檢測
采用回彈結(jié)合取芯修正的方法檢測結(jié)構(gòu)墻、柱、
梁及基礎(chǔ)梁的混凝土強度，檢測工作遵守JGJ／T
23_200l《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)
程》 和CECS 03：2007《鉆芯法檢測混凝土強度技
術(shù)規(guī)程》 的規(guī)定。
現(xiàn)場抽取構(gòu)件采用混凝土回彈儀進行混凝土強
度檢測，采用鉆芯機鉆取芯樣帶回國內(nèi)實驗室進行
強度試驗，混凝土芯樣強度見表3。
表3 混凝土芯樣強度試驗結(jié)果
依據(jù)JGJ／T 23_2o01《回彈法檢測混凝土抗壓
強度技術(shù)規(guī)程》 計算回彈修正系數(shù)，根據(jù)混凝土
芯樣強度修正得到的修正系數(shù)卵為1．681，見表4。
表4 混凝土回彈修正系數(shù)
混凝土強度推定根據(jù)GB／T 50344-2004(建筑
結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》 進行計算，從混凝土抗壓強
度檢測結(jié)果可以得到，該水塔混凝土抗壓強度標準
值的推定區(qū)間為47～50 MPa，限于篇幅，本文不對
推定過程進行詳細闡述。
推定結(jié)果表明，水塔混凝土抗壓強度較高，但混
凝土強度離散性較大，說明水塔施工工藝穩(wěn)定性差。
從鉆芯芯樣來看，混凝土內(nèi)部缺陷較普遍，存在裂
縫、孔洞、不密實現(xiàn)象，內(nèi)部缺陷的普遍存在將影響
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)無先兆的脆性破壞，影響
結(jié)構(gòu)的安全性。
2．5 混凝土碳化深度檢測
采用碳化檢測尺對水塔混凝土梁、柱及水池壁
等構(gòu)件的碳化深度進行檢測。檢測結(jié)果表明，所抽
檢構(gòu)件大部分混凝土碳化未到達構(gòu)件鋼筋表面。同
時結(jié)合現(xiàn)場剔鑿出鋼筋驗證，保護層內(nèi)鋼筋大部分
未銹蝕，但個別存在露筋現(xiàn)象的構(gòu)件內(nèi)部鋼筋存在
銹蝕現(xiàn)象。水塔水池頂板存在大面積鋼筋銹脹、外
露現(xiàn)象，推斷此現(xiàn)象主要由頂板長期漏水潮濕所致。
2．6 混凝土中氯離子濃度檢測
根據(jù)GB／T 50344-2004(建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標

左勇志，等：某水塔結(jié)構(gòu)安全性鑒定實例 93
要求。以柱1為例，根據(jù)鋼筋掃描結(jié)果算得柱1實
配鋼筋面積為4198 mm ，而根據(jù)規(guī)范驗算所需配筋
面積應(yīng)為6720 mill 。其他構(gòu)件也普遍存在配筋面
積不足的情況，此處不一一詳述。
3．3 地基承載力驗算
根據(jù)現(xiàn)場開挖情況以及對所取土樣的分析，基
于安全考慮，地基承載力按最小值150 kPa考慮。
通過對水塔上部結(jié)構(gòu)荷載的核算(水荷載按滿負荷
考慮)進行水塔地基承載力驗算。驗算結(jié)果表明，
水塔地基承載力滿足建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范
(GB50007-2011)¨ 的要求。
4 結(jié)構(gòu)健康狀況評價及處理建議
4．1 耐久性評價
依據(jù)GB／T 50082-2009~普通混凝土長期性能
和耐久性能試驗方法標準》運用逐級加壓法對所取
混凝土芯樣進行抗?jié)B透性能試驗，試驗結(jié)果表明，該
水塔混凝土抗?jié)B性滿足要求。另外由于該水塔位于
非洲國家，氣溫較高，水塔內(nèi)水體及周圍環(huán)境無侵蝕
性，因此在本工程中混凝土抗凍性及抗侵蝕性不作
為評價混凝土耐久性的依據(jù)。
綜合考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土碳化深度、鋼筋保護
層厚度、氯離子含量及混凝土抗?jié)B性能，大部分構(gòu)件
混凝土碳化深度未達到鋼筋表面，混凝土中氯離子
含量低于激發(fā)鋼筋銹蝕的氯離子含量f臨界濃度，尚
未對鋼筋腐蝕產(chǎn)生影響。依據(jù)CECS 220：2007《混
凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定標準》 J，該水塔所測以上耐
久性指標總體符合GB／T50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)
耐久性設(shè)計規(guī)范》_9 J有關(guān)耐久性的相關(guān)要求。
如本文2．5節(jié)所述，水塔筒體除個別露筋處鋼
筋存在銹蝕外，其他部位的鋼筋未出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，因
此筒體混凝土的耐久性尚未受到銹蝕的影響。但
是，水塔水池頂板由于水塔的長期滲漏，出現(xiàn)了大面
積鋼筋銹蝕、外露現(xiàn)象，對水塔耐久性存在較大影
響。
4．2 安全性評價
4．2．1 構(gòu)件評級
工業(yè)建筑可靠性鑒定標準(GB50144-2008)第
6．2．1條規(guī)定，“混凝土構(gòu)件的安全性等級應(yīng)按承載
能力、構(gòu)造和連接二個項目評定，并取其中較低等級
作為構(gòu)件的安全性等級”。在第6．2．2條中規(guī)定了
具體的評級指標。根據(jù)GB50144-2008第6．2．1
條和6．2．2條，結(jié)合前述主體結(jié)構(gòu)承載力驗算結(jié)果，
該水塔受力構(gòu)件配筋面積顯著不足，其承重構(gòu)件的
安全性等級評定為d級。
4．2．2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)評級
工業(yè)建筑可靠性鑒定標準(GB50144-2008)第
7．2．3條規(guī)定：地基基礎(chǔ)承載力滿足現(xiàn)行國家標準
GB50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的要
求，建、構(gòu)筑物完好無損時，地基基礎(chǔ)評定為A級。
本文3．3節(jié)驗算結(jié)果表明該水塔地基基礎(chǔ)滿足規(guī)范
要求，且本文2．2節(jié)指出水塔結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)因地基不
均勻沉降引起的損傷，因此該水塔地基基礎(chǔ)可評為
A級。
根據(jù)規(guī)范(GB50144-2008)第7．3．2條及該水
塔的結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)造情況，水塔的整體性可評定為
B級。根據(jù)第7．3．3條和7．3．5條結(jié)合前述承重構(gòu)
件的評級結(jié)果，水塔上部承重結(jié)構(gòu)承載功能評定等
級為D級。規(guī)范7．3．1條規(guī)定上部承重結(jié)構(gòu)的安
全性評定應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)承載功能和整體性兩個項目，
并取兩者較低一級，因此該水塔上部承重結(jié)構(gòu)安全
性評為D級。
根據(jù)工業(yè)建筑可靠性鑒定標準(GB50144—
2008)第7．4．1條及現(xiàn)場檢測結(jié)果，可評定水塔非承
重圍護結(jié)構(gòu)的安全性等級為C級。
4．2．3 鑒定單元評級
工業(yè)建筑可靠性鑒定標準(GB50144-2008)第
8．0．2條規(guī)定“當圍護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與地基基礎(chǔ)和上部
承重結(jié)構(gòu)的等級相差不大于一級時，可按地基基礎(chǔ)
和上部承重結(jié)構(gòu)中的較低等級作為該鑒定單元的可
靠性等級”，該水塔圍護結(jié)構(gòu)為c級，地基基礎(chǔ)等級
為A級，上部承重結(jié)構(gòu)為D級，因此該結(jié)構(gòu)安全性
等級評定為D級。
4．3 處理建議
綜合考慮該水塔主要受力構(gòu)件承載力不足，混
凝土內(nèi)部缺陷較普遍，將影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，易使結(jié)構(gòu)
出現(xiàn)無先兆的脆性破壞，對結(jié)構(gòu)安全性影響較大。
并且此工程若加固，工程量大且施工難度大，不易實
施操作，加固必須考慮增加自重對地基承載力的影
響，若加固方式不當將會造成新的結(jié)構(gòu)問題，因此建
議考慮拆除重建。若進行加固處理，則必須選擇適
當?shù)募庸谭桨?，并且充分考慮施工的可操作性。
5 結(jié) 語
1)鑒定工作的目的是對結(jié)構(gòu)的健康狀況做出
客觀、準確的判斷，因此本次鑒定工作在前期的現(xiàn)場
勘驗階段對結(jié)構(gòu)的各項參數(shù)進行了全面的測量與記
錄，檢測方法均嚴格按照我國各項技術(shù)標準執(zhí)行，在
后期的耐久性評價、安全性驗算階段所用到的所有
參數(shù)均為現(xiàn)場實測值。
(下轉(zhuǎn)第97頁)
操禮林，等：基于BOTDA的銹蝕梁鋼筋應(yīng)力監(jiān)測及有限元分析
進一步分析局部銹蝕鋼筋混凝土梁分級荷載下
的裂縫分布(圖5(b))，發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕混凝土梁的
裂縫位置基本靠近跨中，即模擬的銹蝕鋼筋段的兩
端。由于在鋼筋銹蝕區(qū)域混凝土和鋼筋無粘結(jié)，鋼
筋受拉，所有拉力由銹蝕兩端的錨固區(qū)域承擔。因
此，在銹蝕兩端，混凝土承受比較大的拉力，致使提
前出現(xiàn)裂縫。從試驗結(jié)果來看，也證實了該分析結(jié)
果。
4 結(jié) 語
1)利用BOTDA技術(shù)監(jiān)測縱向主筋，根據(jù)應(yīng)變
曲線上波峰和波谷的位置及應(yīng)變大小，可以判斷出
鋼筋的銹蝕區(qū)域。試驗及有限元模擬結(jié)果驗證了該
方法的可行性和監(jiān)測結(jié)果的有效性。
2)有限元分析方法可以克服銹蝕梁試驗研究
中的不足，是研究銹蝕鋼筋混凝土梁的一種有效方
法。按照所提方法建立銹蝕梁合理的有限元分析模
型，能夠較準確獲得工程結(jié)構(gòu)中的銹蝕梁的受力性
能。
3)通過與銹蝕梁的鋼筋應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果對比分
析，驗證了所選用的描述銹蝕構(gòu)件參數(shù)的正確性。
參考文獻：
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(上接第93頁)
2)經(jīng)檢測，該水塔耐久性符合相關(guān)規(guī)范的要
求，但主要構(gòu)件承載力不足，且由于施工質(zhì)量的原
因，構(gòu)件混凝土內(nèi)部缺陷較嚴重，故該結(jié)構(gòu)存在較大
的安全隱患。
3)在對結(jié)構(gòu)進行加固方案設(shè)計時，除了考慮主
體結(jié)構(gòu)的安全性外，也應(yīng)考慮到加固工作的可實施
性、加固效果的性價比以及加固后是否會產(chǎn)生新的
問題。
該水塔結(jié)構(gòu)安全性等級為D級，健康狀況較
差，綜合考慮維修加固的難度，建議對其進行拆除處
理。
4)本文水塔結(jié)構(gòu)位于剛果共和國，由于當?shù)厝?
乏相應(yīng)的技術(shù)標準，本鑒定項目所參考的技術(shù)規(guī)范
均為國內(nèi)規(guī)范。建議我國在進行援外建設(shè)工作的同
時也加強對落后國家建設(shè)工程技術(shù)規(guī)范制定與完善
的援助。
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