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某水塔结构安全性鉴定实例

文档作者：左勇志鲁巧稚马德云李超文档来源：北京市建筑工程研究院有限责任公司		点击数：	更新时间： 2021年06月16日
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四川建筑科学研究
Sichuan Building Science
第40卷第3期
2014年6月
某水塔结构安全性鉴定实例
左勇志，鲁巧稚，马德云，李 超
(北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京100039)
摘要：某国外水塔结构始建于1954年，由于发生渗漏，使用30年后便一直被废弃。为了解该水塔目前的技术状
况，须对其进行安全性检测鉴定。本文对该水塔的安全性检测、鉴定工作进行了详细的介绍，并提出了相应的处理
建议。
关键词：水塔；鉴定；检测
中图分类号：TU347 文献标志码：B 文章编号：1008—1933(2014)03—090—04
1 工程概况
刚果共和国某2500 m 水塔为现浇混凝土结
构，上部为混凝土筒仓形蓄水池，水池顶板、底板均
为混凝土壳体结构。下部为框架结构，12根混凝土
柱(b×h：600 mm×1400 mm)沿圆周均匀分布。
水塔外部建有围护结构(图1)：首层为石砌墙体，2
层至水池顶均为粘土砖墙。水塔剖面如图2所示，
其下部筒状结构分为5层，平面布置如图3所示。
图1 水塔外部实景
该水塔始建于1954年，由于存在渗漏，使用30
年后便一直被废弃。因建设年代较早，该水塔现已
无相关图纸资料可供参考，上述结构平面、剖面图均
由现场勘验测绘得出。
2 现场检测及分析验算
2．1 外观质量普查
现场对水塔的结构损伤及现状质量进行普查，
将主要外观质量问题列于表1。
收稿日期：2012—11-27
作者简介：左勇志(1974一)，男，教授级高级工程师，博士，主要从事
工程结构可靠性和建设工程质量司法鉴定方面的研究。
E —m ail：zuoyongzhi@ tsinghua org．cn
图2 水塔剖面
图3 水塔平面
2．2 地基基础勘验
现场对水塔地基基础进行开挖勘验，水塔基础
为混凝土现浇圆形筏板基础，经测量，基础埋深
2．663 m，板厚1220 mm，基础上表面直径为21．200
m，下表面直径为23．800 m，具体尺寸见图2。现场
检查表明，基础及上部结构均不存在因不均匀沉降
左勇志，等：某水塔结构安全性鉴定实例 91
产生的裂缝。
表1 结构外观质量普查结果
与位置 外观质量问题
钢筋锈蚀、外露
水池内部顶板 顶板开裂严重
顶板防水层损坏严重，顶板存在漏水现象
水池底板 渗漏痕迹明显
水池池壁 存在漏水现象，在池壁已凝结成沉积物
墙体砖风化严重，部分墙体强度丧失
水池围护墙体 砖柱与墙体交接处普遍存在竖向裂缝
， 且裂缝宽
度5～20 mm
水池上部砖房 嚣捺 茬 处存在裂缝’宽度达 。m m'且
水塔主体结构 围护墙窗洞处砖风化现象明显
混凝土连系梁 个别梁端存在细微裂缝
混凝土柱 荐霍 ；i 跑模现象，柱混凝
2．3 结构倾斜度检测
根据JGJ 8—2007《建筑变形测量规范》 采用
全站型电子速测仪对水塔12根混凝土柱的倾斜度
进行测量，观测结果见表2。
表2 混凝土柱倾斜测量结果
根据GB 50144-2008(工业建筑可靠性鉴定标
准》 和GB50204-2002《混凝土结构工程施工质
量验收规范》 』，部分混凝土柱倾斜度超过允许值
(45 mm)的要求，且偏差较大。
2．4 混凝土强度检测
采用回弹结合取芯修正的方法检测结构墙、柱、
梁及基础梁的混凝土强度，检测工作遵守JGJ／T
23_200l《回弹法检测混凝土抗压强度技术规
程》 和CECS 03：2007《钻芯法检测混凝土强度技
术规程》 的规定。
现场抽取构件采用混凝土回弹仪进行混凝土强
度检测，采用钻芯机钻取芯样带回国内实验室进行
强度试验，混凝土芯样强度见表3。
表3 混凝土芯样强度试验结果
依据JGJ／T 23_2o01《回弹法检测混凝土抗压
强度技术规程》 计算回弹修正系数，根据混凝土
芯样强度修正得到的修正系数卵为1．681，见表4。
表4 混凝土回弹修正系数
混凝土强度推定根据GB／T 50344-2004(建筑
结构检测技术标准》 进行计算，从混凝土抗压强
度检测结果可以得到，该水塔混凝土抗压强度标准
值的推定区间为47～50 MPa，限于篇幅，本文不对
推定过程进行详细阐述。
推定结果表明，水塔混凝土抗压强度较高，但混
凝土强度离散性较大，说明水塔施工工艺稳定性差。
从钻芯芯样来看，混凝土内部缺陷较普遍，存在裂
缝、孔洞、不密实现象，内部缺陷的普遍存在将影响
结构稳定性，使结构易出现无先兆的脆性破坏，影响
结构的安全性。
2．5 混凝土碳化深度检测
采用碳化检测尺对水塔混凝土梁、柱及水池壁
等构件的碳化深度进行检测。检测结果表明，所抽
检构件大部分混凝土碳化未到达构件钢筋表面。同
时结合现场剔凿出钢筋验证，保护层内钢筋大部分
未锈蚀，但个别存在露筋现象的构件内部钢筋存在
锈蚀现象。水塔水池顶板存在大面积钢筋锈胀、外
露现象，推断此现象主要由顶板长期漏水潮湿所致。
2．6 混凝土中氯离子浓度检测
根据GB／T 50344-2004(建筑结构检测技术标

左勇志，等：某水塔结构安全性鉴定实例 93
要求。以柱1为例，根据钢筋扫描结果算得柱1实
配钢筋面积为4198 mm ，而根据规范验算所需配筋
面积应为6720 mill 。其他构件也普遍存在配筋面
积不足的情况，此处不一一详述。
3．3 地基承载力验算
根据现场开挖情况以及对所取土样的分析，基
于安全考虑，地基承载力按最小值150 kPa考虑。
通过对水塔上部结构荷载的核算(水荷载按满负荷
考虑)进行水塔地基承载力验算。验算结果表明，
水塔地基承载力满足建筑地基基础设计规范
(GB50007-2011)¨ 的要求。
4 结构健康状况评价及处理建议
4．1 耐久性评价
依据GB／T 50082-2009~普通混凝土长期性能
和耐久性能试验方法标准》运用逐级加压法对所取
混凝土芯样进行抗渗透性能试验，试验结果表明，该
水塔混凝土抗渗性满足要求。另外由于该水塔位于
非洲国家，气温较高，水塔内水体及周围环境无侵蚀
性，因此在本工程中混凝土抗冻性及抗侵蚀性不作
为评价混凝土耐久性的依据。
综合考虑结构构件混凝土碳化深度、钢筋保护
层厚度、氯离子含量及混凝土抗渗性能，大部分构件
混凝土碳化深度未达到钢筋表面，混凝土中氯离子
含量低于激发钢筋锈蚀的氯离子含量f临界浓度，尚
未对钢筋腐蚀产生影响。依据CECS 220：2007《混
凝土结构耐久性评定标准》 J，该水塔所测以上耐
久性指标总体符合GB／T50476-2008《混凝土结构
耐久性设计规范》_9 J有关耐久性的相关要求。
如本文2．5节所述，水塔筒体除个别露筋处钢
筋存在锈蚀外，其他部位的钢筋未出现锈蚀现象，因
此筒体混凝土的耐久性尚未受到锈蚀的影响。但
是，水塔水池顶板由于水塔的长期渗漏，出现了大面
积钢筋锈蚀、外露现象，对水塔耐久性存在较大影
响。
4．2 安全性评价
4．2．1 构件评级
工业建筑可靠性鉴定标准(GB50144-2008)第
6．2．1条规定，“混凝土构件的安全性等级应按承载
能力、构造和连接二个项目评定，并取其中较低等级
作为构件的安全性等级”。在第6．2．2条中规定了
具体的评级指标。根据GB50144-2008第6．2．1
条和6．2．2条，结合前述主体结构承载力验算结果，
该水塔受力构件配筋面积显著不足，其承重构件的
安全性等级评定为d级。
4．2．2 结构系统评级
工业建筑可靠性鉴定标准(GB50144-2008)第
7．2．3条规定：地基基础承载力满足现行国家标准
GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》规定的要
求，建、构筑物完好无损时，地基基础评定为A级。
本文3．3节验算结果表明该水塔地基基础满足规范
要求，且本文2．2节指出水塔结构未出现因地基不
均匀沉降引起的损伤，因此该水塔地基基础可评为
A级。
根据规范(GB50144-2008)第7．3．2条及该水
塔的结构布置和构造情况，水塔的整体性可评定为
B级。根据第7．3．3条和7．3．5条结合前述承重构
件的评级结果，水塔上部承重结构承载功能评定等
级为D级。规范7．3．1条规定上部承重结构的安
全性评定应结合结构承载功能和整体性两个项目，
并取两者较低一级，因此该水塔上部承重结构安全
性评为D级。
根据工业建筑可靠性鉴定标准(GB50144—
2008)第7．4．1条及现场检测结果，可评定水塔非承
重围护结构的安全性等级为C级。
4．2．3 鉴定单元评级
工业建筑可靠性鉴定标准(GB50144-2008)第
8．0．2条规定“当围护结构系统与地基基础和上部
承重结构的等级相差不大于一级时，可按地基基础
和上部承重结构中的较低等级作为该鉴定单元的可
靠性等级”，该水塔围护结构为c级，地基基础等级
为A级，上部承重结构为D级，因此该结构安全性
等级评定为D级。
4．3 处理建议
综合考虑该水塔主要受力构件承载力不足，混
凝土内部缺陷较普遍，将影响结构稳定性，易使结构
出现无先兆的脆性破坏，对结构安全性影响较大。
并且此工程若加固，工程量大且施工难度大，不易实
施操作，加固必须考虑增加自重对地基承载力的影
响，若加固方式不当将会造成新的结构问题，因此建
议考虑拆除重建。若进行加固处理，则必须选择适
当的加固方案，并且充分考虑施工的可操作性。
5 结 语
1)鉴定工作的目的是对结构的健康状况做出
客观、准确的判断，因此本次鉴定工作在前期的现场
勘验阶段对结构的各项参数进行了全面的测量与记
录，检测方法均严格按照我国各项技术标准执行，在
后期的耐久性评价、安全性验算阶段所用到的所有
参数均为现场实测值。
(下转第97页)
操礼林，等：基于BOTDA的锈蚀梁钢筋应力监测及有限元分析
进一步分析局部锈蚀钢筋混凝土梁分级荷载下
的裂缝分布(图5(b))，发现钢筋锈蚀混凝土梁的
裂缝位置基本靠近跨中，即模拟的锈蚀钢筋段的两
端。由于在钢筋锈蚀区域混凝土和钢筋无粘结，钢
筋受拉，所有拉力由锈蚀两端的锚固区域承担。因
此，在锈蚀两端，混凝土承受比较大的拉力，致使提
前出现裂缝。从试验结果来看，也证实了该分析结
果。
4 结 语
1)利用BOTDA技术监测纵向主筋，根据应变
曲线上波峰和波谷的位置及应变大小，可以判断出
钢筋的锈蚀区域。试验及有限元模拟结果验证了该
方法的可行性和监测结果的有效性。
2)有限元分析方法可以克服锈蚀梁试验研究
中的不足，是研究锈蚀钢筋混凝土梁的一种有效方
法。按照所提方法建立锈蚀梁合理的有限元分析模
型，能够较准确获得工程结构中的锈蚀梁的受力性
能。
3)通过与锈蚀梁的钢筋应力监测结果对比分
析，验证了所选用的描述锈蚀构件参数的正确性。
参考文献：
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(上接第93页)
2)经检测，该水塔耐久性符合相关规范的要
求，但主要构件承载力不足，且由于施工质量的原
因，构件混凝土内部缺陷较严重，故该结构存在较大
的安全隐患。
3)在对结构进行加固方案设计时，除了考虑主
体结构的安全性外，也应考虑到加固工作的可实施
性、加固效果的性价比以及加固后是否会产生新的
问题。
该水塔结构安全性等级为D级，健康状况较
差，综合考虑维修加固的难度，建议对其进行拆除处
理。
4)本文水塔结构位于刚果共和国，由于当地缺
乏相应的技术标准，本鉴定项目所参考的技术规范
均为国内规范。建议我国在进行援外建设工作的同
时也加强对落后国家建设工程技术规范制定与完善
的援助。
参考文献：
[1] JGJ 8—2oo7建筑变形测量规范[s]．
[2] GB 50144-2008工业建筑可靠性鉴定标准[S]．
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[6] GB／T 50344-2004建筑结构检测技术标准[s]．
[7] GB1499．2—2007钢筋混凝土用钢[s]．
[8] CECS 220：2007混凝土结构耐久性评定标准[s]．
『9] GB／T50476-2008混凝土结构耐久性设计规范[s]．
[1O]GB 50010-2002混凝土结构设计规范[s]．
『1 1 1 GB50007-201 1建筑地基基础设计规范[s]．

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