魏常寶

（甘肅土木工程科學研究院有限公司，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)生產的“血管”）。對于大多數企業(yè)而言，管道支架維護相對較少，增容相對較多。大多數老舊管道支架已年久失修，且處于維護不善的工作環(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，造成較為嚴重的經濟損失。因此，對管道支架結構的檢測與評估是發(fā)現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依據和前置條件，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 50 年代，在后期使用中因生產工藝及設備裝置陸續(xù)改造與擴建，支架上管線的數量、層數及荷載不斷增加，原有管道支架已不堪重負。經過多年的使用，管道支架已普遍存在老化、破損、變形、嚴重侵蝕等現象，原有舊管架的抗震設防標準也已嚴重落后于現行國家規(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件為下部鋼筋混凝土支架，水平承重構件為預制混凝土薄腹梁，垂直支撐為鋼結構，該段長度為 165 m，管道支架照片如圖 1 所示。

2 管架結構測繪

依據廠區(qū)總圖，對各個區(qū)段管道支架進行系統(tǒng)分類并編號，復核管道支架平面位置，繪制檢測區(qū)段的管道支架檢測總平面圖（見圖 2）。在繪制檢測區(qū)段的管道支架檢測總平面圖的基礎上，測繪管道支架具體尺寸等信息，繪制管道支架走向立面圖（見圖 3）。

圖1 6E（9-11）段管道支架外貌

在上述兩項工作的基礎上，并現場進行詳細的測量，繪制管道支架各種類型支架結構的立面圖、側面圖、基礎詳圖。

3 管架結構檢測

3.1 地基基礎調查與檢測

根據區(qū)域地質資料及檢測結果，該管道支架所在場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，下部為第三級泥巖。整個場地結構特征比較簡單且穩(wěn)定。場地自上而下依次為雜填土層、卵石層及泥巖。通過對管架基礎開挖探井抽樣進行檢測，結果如下。

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

2）在管道支架埋深范圍內抽查檢測未見地下水。建設單位提供的信息顯示該廠區(qū)管道支架基礎為鋼筋混凝土獨立基礎，基礎持力層為卵石層。開挖探井結果表明，管架基礎為鋼筋混凝土獨立基礎，基礎外觀無明顯破損，管道支架在使用過程中未發(fā)現明顯的不均勻沉降，地基穩(wěn)定。

3.2 材料強度檢測

依據現行 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》對管架混凝土構件采用回彈法檢測混凝土抗壓強度。經檢測，6E（9-11）段下部混凝土支架混凝土抽查實測強度在 21.1～28.0 MPa，檢測結果如表 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 結構構造與連接檢測

6E（9-11）段鋼筋混凝土支架結構預埋鋼板銹蝕嚴重，預應力混凝土桁架與支架柱采用預埋鋼板螺栓連接于支架柱柱頭，連接螺栓嚴重銹蝕，有部分松動，鋼桁架結構構造與連接方式正確，僅有局部的表面缺陷，勉強使用。

3.4 結構破損裂縫檢測

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

3.5 結構變形觀測

管道支架柱沒有明顯傾斜現象，對管道支架薄腹梁及鋼桁架進行了撓度變形觀測，管架梁撓度變形結果匯總如表 2 所示。經檢測，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 l0/200（不滿足規(guī)范要求）。

3.6 耐久性檢測

通過對混凝土耐久性的檢測發(fā)現，管道支架混凝土結構構件不同程度地出現了腐蝕。6E（9-11）段部分支架外觀有沿鋼筋通長裂縫，且寬度較大、深度較深，鋼筋嚴重銹蝕，混凝土薄腹梁鋼筋有腐蝕、有銹蝕現象，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。該構筑物混凝土構件由于長期暴露在大氣環(huán)境中，構件混凝土的中性化（碳化）深度已接近或超過鋼筋保護層厚度，靠近鋼筋部位的混凝土由較強堿性弱化為中性，鋼筋鈍化膜破壞，混凝土對鋼筋已不能起到較好的保護作用，構件的耐久性能降低，影響混凝土構件的安全及正常使用。

3.6.1 鋼筋保護層厚度檢測

采用混凝土鋼筋檢測儀對混凝土構件鋼筋保護層厚度進行檢測，選取測點中最小的數值為該構件的鋼筋保護層厚度值，檢測結果如表 3 所示。通過對管線支架混凝土構件的抽檢，部分混凝土構件鋼筋保護層厚度厚薄不均勻，尤其是角部鋼筋，鋼筋保護層厚度極不均勻，混凝土構件順筋裂縫均出現在該類型區(qū)域。

3.6.2 混凝土構件的中性化檢測

混凝土構件的中性化（碳化）檢測是在混凝土構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，根據顏色變化來測定混凝土構件中性化（碳化）深度，檢測結果如表 4 所示。從以上結果可看出，由于混凝土構件長期暴露在大氣環(huán)境下，缺乏正常的維護，酸性氣體腐蝕使管道支架混凝土構件的中性化（碳化）深度已接近或已超過鋼筋保護層厚度。

3.6.3 混凝土構件凍融現狀

經對管線支架的全面檢測，管線支架所處位置不是易積水區(qū)域，未見混凝土構件表面出現因凍融產生的剝離、酥松現象，凍融對混凝土構件無明顯影響。

3.6.4 鋼筋銹蝕檢測

經對部分銹蝕鋼筋進行直徑測量，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。經檢測，柱體銹蝕鋼筋屈服點和抗拉強度均不符合規(guī)范要求，所以其力學性能不符合現行規(guī)范要求，銹蝕鋼筋力學性能檢測結果如表 5 所示。

表1 6E（9-11）段管架混凝土構件強度檢測匯總表

表2 6E（9-11）段管架梁撓度變形匯總表

表3 混凝土構件鋼筋保護層厚度檢測表

表4 混凝土構件的中性化（碳化）深度檢測表

4 管架結構構件評級

4.1 管架結構構件評級標準

根據 GB 50144－2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》［3］， 參考《某管道支架檢測鑒定與評級淺析》［4］《火災后損傷混凝土結構構件檢測鑒定與評級探討》［5］等研究文獻以及其他相關文獻［6］，制定了老舊管道支架混凝土結構構件和結構系統(tǒng)的評級標準。該結構構件評級標準從混凝土材料強度、構件變形、構件裂縫、構造與連接、構件腐蝕等 5 個方面進行制定并進行評定，再根據這 5 個分項評定對結構系統(tǒng)進行綜合評級。

表5 銹蝕鋼筋取樣力學性能試驗表

4.2 管架結構構件安全性評級

根據以上各項檢測結果和制定的分項評級、綜合評級說明，對某石油化工廠管道支架各個區(qū)段進行檢測結果匯總，并進行分項評級與綜合評級。匯總及評級結果如表 6 所示。

經檢測與評級，該段管道支架地基基礎綜合評級為 C 級，管道支架上部結構混凝土支架綜合評級為 D 級，管架上部預制鋼筋混凝土、薄腹梁綜合評級為 D 級，管架下部鋼筋混凝土支架綜合評級為 D 級。因此，該段管道支架結構構件現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 50 年代末，根據 GB 50117－2014《構筑物抗震鑒定標準》，該管道支架按A類構筑物進行抗震鑒定。

5.1 抗震措施鑒定

該管道支架抗震措施鑒定通過管道支架結構系統(tǒng)的布置及構件連接構造、縱向承重梁與支架結構的連接與構造、管道支架混凝土結構的外觀和內在質量、管道支架的抗震措施等進行。經鑒定，該管道支架抗震措施已不滿足現行規(guī)范要求。

表6 6 E（9-11）段管架治理區(qū)段檢測結果匯總評級表

5.2 抗震承載力評定

管道支架應按現行 GB 50191－2012《構筑物抗震設計規(guī)范》的分析方法和 GB 50117－2014《構筑物抗震鑒定標準》的規(guī)定進行抗震承載力驗算。經驗算，該管道支架抗震承載力不滿足現行規(guī)范要求。

6 結語

對于已超過設計使用年限的老舊工業(yè)管道支架，大多歷經多次改造、擴容，管線布置及數量超出原設計要求，再加上多年使用和介質的侵蝕，管道支架混凝土結構已出現不同程度的損傷，存在一定的安全隱患，影響道支架的安全運營［7-8］。且該類管道支架當時的設計已不滿足現抗震措施要求，抗震承載力也不滿足現行規(guī)范要求，即該管道支架的抗震性能不足。因此，對此類老舊管道支架進行檢測是必要的，也是管道支架結構損傷評估和抗震性能的評估的前置條件，是其隱患治理的前提。本文通過對某石油化工裝置老舊管道支架的結構檢測與評估實踐，對類似工業(yè)混凝土構筑物進行檢測與評估具有一定的參考意義。