钢筋混凝土水池结构检测研究

李　鹏

(北京首创股份有限公司，北京　100028)



钢筋混凝土水池结构检测研究

李鹏

(北京首创股份有限公司，北京100028)

摘要：分析了影响钢筋混凝土水池正常使用的因素，从资料、外观、材料性能、地基、承载力等方面，提出了钢筋混凝土水池的检测方法，解决了判定钢筋混凝土水池能否继续使用的问题。

关键词：水池，钢筋混凝土，结构检测，结构内力

1概述

钢筋混凝土水池结构应用于盛水构筑物，常见于市政水处理设施(自来水厂及污水厂的水处理构筑物)、工业及民用储水构筑物。钢筋混凝土水池常年处于易腐蚀环境中，尤其是污水处理工程中的钢筋混凝土水池更是与腐蚀性液体直接接触。这就造成了钢筋混凝土水池容易出现被腐蚀的情况，降低了钢筋混凝土水池的使用寿命。较早建成的污水处理构筑物中的钢筋混凝土水池被腐蚀的情况更加严重。要鉴定被腐蚀或者使用年限较长的钢筋混凝土水池是否能够继续正常使用，就需要对该类钢筋混凝土水池进行检测。

2检测内容

《工业建筑可靠性鉴定标准》中规定,检测应包括地基基础、上部结构及围护结构的检测。对钢筋混凝土水池而言，由于其没有围护结构，故检测只包括地基基础及上部结构的检测。对地基基础的检测主要包括：沉降量、上部结构倾斜、扭曲和裂损情况。对上部结构的检测主要包括：结构整体性；结构材料性能；结构缺陷、损伤和腐蚀；结构变形等。另外，《混凝土结构工程施工质量验收规范》中也对钢筋分项工程及混凝土分项工程的质量验收做了规定。

相关规范中规定，对一般钢筋混凝土水池进行设计的过程中，应进行以下项目的计算：

1)地基承载力计算。

2)抗浮计算。

3)水池正常使用极限状态及承载力极限状态计算。

根据以上规范所规定的内容，我们可以总结出钢筋混凝土水池结构检测的检测项目：

1)资料检查。对已有地质勘察报告、设计文件、材料质量文件、工程验收文件进行检查。

2)外观检查。对钢筋混凝土水池池体进行外观检查，检查其结构尺寸、是否存在蜂窝麻面、混凝土脱落、露筋空洞、机械损伤、裂缝、止水带破损等情况。

3)材料性能检查。对混凝土碳化深度、混凝土强度、钢筋强度、钢筋配筋率等进行检查。

4)地基检查。必要时对钢筋混凝土水池所作用的地基进行取样，检测其土质构成及承载力。

5)承载力校核。分别校核最不利工况下地基承载力、钢筋混凝土水池抗浮能力、钢筋混凝土水池主体结构的正常使用极限状态和承载力极限状态是否满足规范要求。对于某些形式的钢筋混凝土水池，如挡水墙式、扶壁式的钢筋混凝土水池，还需校核壁板的抗倾覆能力和抗滑移能力。

3检测方法

3.1资料检查

资料检查要求通过已有资料的检查，了解原设计的合理性、原设计中各参数的取值、施工质量的优劣、建筑材料是否符合设计要求。

其中需要检查的已有资料主要有：地质勘察报告、桩基检验报告、结构施工图、结构计算书、工程质量验收报告、钢筋质量报告、混凝土质量报告、止水带质量报告等。

其中需要了解的设计参数主要有：地基土质情况(是否有湿陷性黄土等不利地质情况)、地基土承载力、地下水位、最不利工况下的荷载取值、钢筋等级、混凝土标号等。

3.2外观检查

可通过肉眼对蜂窝麻面、混凝土脱落、露筋空洞、机械损伤、止水带破损等情况进行检查。

对于钢筋混凝土水池主体结构倾斜可通过经纬仪进行检查。对于水池主体结构的变形挠度可通过经纬仪或者千分表进行检查。电子经纬仪的精度可以达到2″,千分表的精度可达到0.01 mm，能够满足检测对于精度的要求。

对于水池主体结构裂缝的观测，可以通过肉眼观测。当裂缝较小时，可以通过裂缝观测仪进行观测。裂缝观测仪的裂缝测量范围是0 mm～6 mm，测量精度是0.01 mm，能够满足检测对于精度的要求。

需要指出的是，主体结构倾斜、裂缝、变形的检查都应在水池结构处于最不利荷载作用下进行检测。

3.3材料性能检查

对于混凝土标号的检查，目前一般通过取芯或混凝土回弹仪进行检查。

混凝土取芯是指在混凝土结构中取直径为100 mm的标准芯试块进行抗压试验，以确定混凝土强度。进行混凝土取芯时，应符合《钻芯法检测混凝土强度技术规程》。

对于钢筋配筋率的检查可以采用多功能钢筋监测仪进行检查。该工具还可以检查钢筋的锈蚀率。

3.4地基检查

一般情况，建成时间较长的水池通过检查水池池壁的倾斜程度、水池的沉降量来判断地基承载力是否符合要求。

若水池建成时间较短，或者水池沉降量、倾斜程度不符合规范要求，我们还要通过类似地质勘察的方法对地基土进行取样，通过试验来确定地基土实际的地基承载力。

3.5承载力校核

采用静载试验的方法，对钢筋混凝土水池施加最不利荷载，测量加载后水池(主要是池壁)主要控制点的位移、应变。通过计算软件计算水池结构的内力，根据相关规范要求结合试验所得数据进行分析，来验算结构承载力。

一般情况下，水池的静载试验是通过满水试验实现的。满水试验时，注水应分三次进行，且每次注水的水量不应超过设计水量的1/3。

池壁应变的测量一般采用应变计进行。应变计的位置一般在池壁底部、中部、水池角隅处，因为这几处一般是钢筋混凝土水池配筋的控制位置。

钢筋混凝土水池内力分析的主要步骤有：

1)根据应变计测得的应变，通过Δσ=E·Δε计算出所测构件的应力。

2)通过有限元软件(ANSYS、迈达斯等)计算出构件应力。

3)通过实测应力与计算应力的比较，来分析承载力状况。实测应力的变化趋势应与计算应力的变化趋势相符，这才能表明试验的模拟情况较为真实。若实测应力的变化趋势与计算应力的变化趋势不相符，则试验失效。在趋势相似的情况下，若试验应力小于计算应力，则表明结构承载力有富余量，结构偏安全。若试验应力大于计算应力，则结构承载能力达不到设计要求，结构偏不安全。

另外，结构内力的分析还可利用较为简便的弯矩计算工具(如理正结构工具箱)通过对比结构弯矩来校核承载力。软件计算的构件弯矩记为M1，试验测得的弯矩记为M2。若M2M1，则结构偏不安全。

M2的计算公式如下：

M2=Δσ·I/y。

其中：

Δσ=E·Δε。

其中，E为钢筋混凝土的等效弹性模量,E=(E1I1+E2I2)/I;E1为混凝土弹性模量;I1为混凝土截面惯性矩;E2为钢筋弹性模量;I2为钢筋截面惯性矩;I为钢筋混凝土截面惯性矩。

另外E的计算还可由E=B/I计算得出。其中B为钢筋混凝土构件刚度，其计算公式可参见相关规范。

4检测实例

江苏某工业水厂建成8年后一直未运营，现需开始运营，为保证结构的安全性，对其结构安全性进行检测。水厂采用混凝→沉淀→过滤的传统工艺，主要盛水构筑物有混凝沉淀池、滤池、清水池、输水泵房。

通过资料检查，核对了水厂的地质勘察报告、设计文件、竣工资料、质量报告，未发现明显瑕疵，原设计符合规范要求。通过外观检测，未发现构筑物主体结构有明显倾斜、蜂窝麻面、机械损伤、

露筋及止水带破损等情况。

通过混凝土回弹，混凝土强度符合设计要求，混凝土强度为C30。通过钢筋检测仪检测，钢筋配筋率符合要求，并且未发现被腐蚀。

通过满水试验过程中的裂缝观测，池体裂缝宽度小于0.15 mm,符合规范要求。满水试验后，池体无明显倾斜，变形。通过对比现状池顶标高与设计标高，池体沉降量符合规范要求。

通过验算，本水厂各构筑物地基承载力、抗浮能力符合规范要求。

本水厂滤池池壁高5 m，长30 m，厚0.4 m，池内常水位4.5 m，可按照挡水墙考虑。其满水试验主要检测控制点为池壁根部、常水位中部池壁。此两点所测弯矩M2及计算所得弯矩M1如表1所示。

分析数据可以发现，弯矩实测值M2与弯矩计算值M1均呈直线分布，分布情况一致，说明试验数据是可信的。且M2为M1的80%左右，说明结构的实际承载力尚有富余，承载力符合规范要求。

本水厂最终的检验结果为水池结构符合规范要求，可以继续使用。

5结语

通过检测钢筋混凝土水池的已有资料、外观、材料性能、地基承载力、承载能力，可以鉴定已有钢筋混凝土水池是否符合规范要求。通过本文的研究，为水池提供了一个较为简便、科学的检测方法。

参考文献：

[1]GB 50144—2008，工业建筑可靠性鉴定标准.

[2]GB 50204—2015，混凝土结构工程施工质量验收规范.

[3]GB 50010—2010，混凝土结构设计规范.

[4]GB 50069—2002，给水排水工程结构设计规范.

[5]CECS 138∶2002，给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规范.

[6]给水排水结构设计手册.北京：中国建筑工业出版社，2007.

[7]CECS 03∶2007，钻芯法检测混凝土强度技术规程.

[8]GB 50007—2002，建筑地基基础设计规范.

[9]JGJ 8—2007，建筑变形测量规范.

Research on pool structure detection of reinforced concrete

Li Peng

(BeijingCapitalGroupLimitedCompanybyShare,Beijing100028,China)

Key words:pool, reinforced concrete, structure detection, structural internal force

Abstract:This paper analyzed the factors influence of the normal use of reinforced concrete pool, from the material, appearance, material properties, foundation, bearing capacity and other aspects, put forward the detection method of reinforced concrete pool, solved the problems assessment the reinforced concrete pool could or not continue to use.

文章编号：1009-6825(2016)14-0024-02

收稿日期：2016-03-06

作者简介：李鹏(1983- )，男，工程师

中图分类号：TU317

文献标识码：A