提要 管廊是化工區常見的一種工業構筑物。隨著社會經濟的發展，化工企業需要進行技術工藝改造、增加產能等，必要時需對管廊進行加荷或加層。本文結合上海某化工區綜合管廊加層改造前的檢測評估工作，對化工環境下舊管架加層前檢測評估進行了一定的分析和總結。
關鍵詞 綜合管廊
房屋加層改造 房屋檢測 鑒定
DETECTION AND EVALUATION OF A COMPOSITIVE PIPE GALLERY BEFORE STOREY-ADDING RECONSTRUCTION
Wang Chengqiao Leng Chaoqun Jin Lizan
(East China Branch of Central Research Institute of Building and Construction, MCC Group Shanghai, 200940)
Abstract: Pipe gallery is a kind of most common chemical industry structure. Along with the development of society and economy, the chemical enterprises have the demand of technology and productivity improvement, and then the pipe gallery storey-adding will be a effective measure to satisfy the need. This article analyzes and summarizes the detection and evaluation of pipe gallery under chemical environment based on the work of detection and evaluation of a compositive pipe gallery before storey-adding reconstruction in a chemical area in Shanghai.
Keywords: pipe rack, compositive pipe gallery, storey-adding reconstruction, detection and evaluation, appraisal
1 前言
管廊是化工區常見的一種工業構筑物。石油化工區有大量的管道，支撐這些管道的支架結構，稱之為管架。在較長的距離范圍內，管架形成一條支撐管道的長廊，通稱為管廊。
隨著社會經濟的發展，化工企業經常遇到技術工藝改造、增加產能等。當既有管廊空間受到限制，不能滿足生產工藝的需要，同時廠區土地緊張，不能新建相應的管廊時，對既有管廊進行加層改造是一個非常有效的解決方案，具有明顯的經濟和社會效益。
既有管廊一般建設年代不一，結構形式多樣。長年暴露在化工腐蝕環境中，管架結構構件將遭受不同程度的腐蝕。經多年使用，可能是使房屋產生傾斜。既有結構構件可能發生性能退化，如混凝土碳化和強度降低、鋼筋銹脹、鋼結構構件腐蝕受損等。對既有管廊進行加層改造前，需對其進行鑒定評估，以了解既有管廊的結構工作狀況，為加層提供必要的技術依據。
2 工程概況
上海某化工區綜合管廊，分多次建成，建筑年代有1975年、1984年、1995年等，部分管架曾進行過改造。管架主要為混凝土結構，部分大跨度區段采用鋼結構桁架。由于生產需要，擬對總長約為1325米的管廊進行加層改造，由原2層管道改為4層。管廊內鋪設的管道有氨氣管道、醋酸管道、蒸汽管道等。
管架主受力結構為排架結構，本次擬加層管架均為門形雙層管架，每榀排架平面內，中間連接橫梁均為鉸接。當縱向柱距為12m時，縱向連接構件基本用工字鋼連接，當跨度為15m和18m及以上時，使用混凝土或鋼桁架連接。
排架高基本為6m~10m，通廊層高基本為1.5m~2.5m左右，平面內跨度分為：2m、2.5m、4m、5m、6m等幾種，縱向跨距有：2m~7m、12m、15m、18m、19m、31m等幾種。柱截面一般為：350mmx350mm、350mmx400mm、400mmx400mm。橫梁斷面一般為：250mmx350mm、250mmx400mm、250mmx500mm及型鋼梁等。混凝土牛腿離柱頂距離基本為2m左右。混凝土標號：80年代以前的預制構件為300號、現澆的為200號、基礎為150號，80年代以后的預制構件為C30、現澆的為C20。基礎基本為現澆的杯口聯合基礎，柱距離較大的采用獨立基礎，基礎埋深為1m~2m，地基承載力設計值據勘察報告一般為100kPa。
3 既有管廊的前期調查
在對既有管廊進行加層改造時，不同于新建管廊，既有管廊的結構形式、固定管架位置、既有管道的補償器或膨脹節設置等都已經成為事實，且往往這些管道都在使用中，不能進行改動。鑒定分析時，應首先對既有管廊的結構布置進行識別。
管廊一般由固定管架、活動管架、管道、補償器等構成。對既有管廊進行加層時，應分析這些既有管架的布置特點，新加層采取與之匹配的結構布置。
固定管架縱向及橫向均為管道的不移動支點，具有足夠的剛度，保證管道系統的穩定，管架上的管道一般均采用固定管座敷設于管架上。固定管架通常采用四柱式鋼筋混凝土結構，并設置剪刀支撐，直接形成穩定的結構體系。
活動管架一般縱向為管道的可滑動支點，橫向為管道的不移動支點，管道采用滑動或滾動管座敷設于管架上。根據其受力特點的不同，活動管架可分為剛性管架、柔性管架、半鉸接管架等幾種。
本次管廊鑒定評估，由于管廊建設年代不一，平面布置上復雜曲折，鑒定時根據年代、平面布置特點等，將整條管廊分為A、B、C、D、E、F、G七個區，以便于檢測記錄標記、分析評估等工作順利進行。檢測前，制定了詳盡的檢測方案，以指導檢測工作的有序進行。
由于既有管廊設計時代、設計條件、設計水平不一，部分區段可明顯區分固定管架、活動管架，也有部分區段管架沒有明顯的固定和活動之分，管架水平力傳力不明確。
由于加層后管廊為綜合管廊，廊道內敷設的管道有多種類型，管道數量、種類在設計時尚不明確，其水平推力在設計時亦不能具體確定。進行鑒定及加層設計時，盡量多考慮一些固定管架，將具有明顯四柱特征及存在柱間支撐的管架、較大跨度桁架連接的四柱管架均視為固定管架，便于結構的分析和設計。
4 檢查檢測結果與分析
在有關單位配合下，對管廊既有結構進行了較為全面的復核檢查及檢測。主要工作內容包括：全面檢查結構布置，檢查結構構件的外觀缺陷及裂損，測定傾斜情況，測定混凝土構件強度、混凝土碳化測試等。
4.1構件裂損、缺陷檢查
現場檢測發現：由于該管廊各個單元建筑年代不同，各單元的裂損情況也不相同，70年代建造的管架裂損情況比較嚴重，80年代以后建造的管架情況較好。并且，由于該管架處于化工廠內，受腐蝕性氣體侵蝕比一般情況下嚴重得多，導致該管廊所有鋼結構柱間支撐、鋼梁及各種連接節點的埋件和連接件都有不同程度的銹蝕情況。
從現場檢測情況看，部分混凝土管架柱、梁及桁架混凝土保護層剝落情況比較嚴重(尤其是混凝土牛腿附近)，因此導致鋼筋銹蝕較嚴重，個別部位箍筋已斷裂失去作用。各柱間支撐及水平支撐等銹蝕嚴重，部分支撐失去承載能力。部分柱、梁連接節點也因為銹蝕基本失去連接作用。
縱向跨度15米以上柱間均設置混凝土桁架或鋼桁架，其中混凝土桁架采用標準圖集《鋼筋混凝土桁架式管架通用圖》(HG21252-93)，桁架構件截面較小，現場檢查發現桁架桿件存在大量裂縫、露筋、鋼筋銹蝕情況。腹桿裂縫寬度一般小于或等于0.2mm，尚在允許范圍以內；個別裂縫寬度達到0.4mm，超過設計允許范圍。個別桁架與柱連接處拉裂，連接件銹蝕、裂損嚴重，甚至失去連接作用。
4.2桁架變形檢測
現場使用水準儀對部分桁架的撓度進行測量。結果顯示，桁架撓度值均較小，部分桁架表現為上拱，向下變形最大值28.6mm，相當于跨度的1/629，符合規范要求。分析認為，主要是由于桁架承受荷載較小，由此產生的撓度較小。
現場檢查發現，個別桁架與混凝土柱之間的連接件拉脫、拉裂。對桁架兩端牛腿標高進行測量后分析，被拉脫桁架兩端牛腿差異沉降較大，最大相鄰牛腿高差達149mm，不均勻沉降是造成桁架拉脫、拉裂的主要因素。
4.3混凝土碳化情況
現場發現，管架周圍釋放的蒸汽較多，工廠內氨氣、醋酸氣味較濃，管架結構處于濕度大、酸性高的環境下。
現場檢測發現，大部分管架柱混凝土碳化深度均大于6mm，碳化現象嚴重。由于管架周圍空氣呈很強的酸性，構件混凝土內水泥石中的氫氧化鈣與空氣中的酸性氣體在適當的溫度條件下發生化學反應，生成碳酸鈣和水，使混凝土中性化（即混凝土碳化），碳化作用時，還會引起混凝土收縮，混凝土表面在碳化過程中產生微裂縫，從而混凝土失去對鋼筋的保護作用。
4.4混凝土強度測試情況
現場采用鉆芯回彈法對既有構件的混凝土強度進行測試，重點測試柱混凝土的材料強度。混凝土原設計強度為150號、200號、300號、C20、C30等幾種不同標號。根據檢測結果，部分批次的構件混凝土強度不能達到原設計要求，需在評估時按實測強度進行分析評估。
4.5鋼筋及鋼構件銹蝕情況
現場敲除開裂混凝土后檢查，構件鋼筋均有不同程度的銹蝕。由于構件表面混凝土碳化，在潮濕環境下構件內鋼筋表面發生電化學反應，引起鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕后體積膨脹(可達2~6倍)，導致混凝土順筋開裂。
現場鋼結構支撐銹蝕嚴重，部分構件已被銹蝕殆盡。由于鋼構件處于大氣中，表面保護油漆局部遭到損壞后，同鋼筋銹蝕一樣，大氣中酸性氣體和空氣中水生成無機酸使構件表面發生電化學反應，引起鋼構件銹蝕。由于鋼構件是直接裸露在大氣環境中，銹蝕比混凝土中鋼筋嚴重的多，很多構件已被銹蝕透。
5考慮加層的既有構件可靠性評定
參照《工業廠房可靠性鑒定標準》(GBJ144-90)，對管廊既有構件進行可靠性評定。首先，對既有管架結構，按照加層后的結構狀態，建立力學模型，以分析構件在加層后的承載能力。模型中混凝土強度依據推定的構件混凝土強度。基于計算結果及現場檢測結果，對混凝土構件的承載能力、構造和連接、裂縫、變形等幾個子項進行評級，然后進行該構件的評級；對鋼結構構件則為承載能力、變形、偏差幾個子項進行評級，然后進行該構件的評級。
根據
構件可靠性鑒定評級結果，形成鑒定評級傳力樹，推定各結構單元鑒定評級。由評級結果分析，由于增加兩層管道，荷載增加較大，大部分基礎及混凝土柱承載能力均不滿足現行規范要求，承重結構系統評級為D，導致結構單元評級為四級，需要進行全面的加固處理。
6結語
隨著社會經濟的發展，化工廠區進行工藝改造、增加產能，需要新的管廊時，對既有管廊進行加層是一個切實可行的、具有明顯社會經濟效益的方案。加層前，應對既有管廊進行詳實的調查和鑒定評估。
本項目既有管廊長度達1325米，平面曲折復雜，管廊建筑年代不一，結構形式復雜，鑒定評估時，可采取分區段處理，最后匯總的鑒定評估方法。
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