蔡為益

（上海市市政公路工程檢測有限公司，上海 201100）

凍結(jié)法是通過人工干預(yù)將天然巖土變?yōu)閮鐾羴磉_(dá)到提高其強(qiáng)度及穩(wěn)定性的一種特殊施工方法。自1862 年誕生至今，以其可靠、施工靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于地鐵隧道、礦山井筒中。凍結(jié)法施工過程中，對井壁結(jié)構(gòu)以及混凝土性能有一定影響，許多學(xué)者也對凍結(jié)施工中的井壁進(jìn)行過相關(guān)研究，例如，李方政等通過實例研究了不同時間節(jié)點(diǎn)下深部凍結(jié)井壁早期溫度應(yīng)力變化規(guī)律；吳瑞東等通過實驗?zāi)M了凍結(jié)法施工環(huán)境對混凝土性能的影響。在凍結(jié)施工期間，由于井壁溫差過高會產(chǎn)生溫度裂縫，對混凝土內(nèi)部造成不可逆的損傷，影響井壁承載力，必然會對井塔結(jié)構(gòu)造成影響。為保證井塔的結(jié)構(gòu)安全，施工前需對井塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的檢測和監(jiān)測。

1 工程概況

該煤礦井塔建成于1997 年，建筑面積約2310 ㎡，采用鋼筋混凝土箱型基礎(chǔ)，基底以下采用CFG 樁復(fù)合地基。井塔高71.000m，平面外緣尺寸16.5m×17.5m，塔身為鋼筋混凝土箱型斷面，標(biāo)高19.0m 以下采用C30 混凝土，塔壁厚度為350mm；標(biāo)高19.0m 以上采用C25 混凝土，塔壁厚度為250mm。井塔內(nèi)設(shè)8 根600mm×1300mm 鋼筋混凝土壁柱，平面布置圖見圖1。本井塔所有樓面及位于各主要樓層上的局部房屋樓面均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，屋面為現(xiàn)澆混凝土土井格梁板結(jié)構(gòu)。

圖1 井塔平面布置圖

2 井塔現(xiàn)場外觀檢查

2.1 構(gòu)件布置復(fù)核與尺寸檢測

依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對井塔內(nèi)部鋼筋混凝土構(gòu)件的外觀質(zhì)量與尺寸等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件總體質(zhì)量良莠不齊。井塔的實際布局基本符合原設(shè)計圖紙要求。井塔平面布置圖如圖1。

2.2 表觀質(zhì)量檢查

井塔部分構(gòu)件在裂縫顯微鏡下觀測每層的表層存在明顯開裂，大部分裂縫為表層混凝土開裂，部分裂縫沿鋼筋分布方向。部分構(gòu)件由于潮濕環(huán)境造成鋼筋銹蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土破碎剝離。

3 混凝土強(qiáng)度檢測

采用回彈法和超聲—回彈綜合法檢測各類構(gòu)件混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3.1 回彈法檢測

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，采用回彈法抽樣檢測。檢測結(jié)果取其平均值結(jié)果見表1。

表1 鋼筋混凝土構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度分析推定值

結(jié)果顯示，一層到七層絕大多數(shù)墻、柱、梁的混凝土強(qiáng)度未達(dá)到原設(shè)計要求，墻、柱、梁的強(qiáng)度推定值相對原設(shè)計要求而言，降低一般在5MPa 左右。

3.2 超聲-回彈綜合法檢測

依據(jù)《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》與《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》，采用超聲儀和回彈儀對該工程混凝土進(jìn)行抽樣檢測和校核，檢測數(shù)據(jù)匯總見表2。

表2 超聲-回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度結(jié)果

由所得混凝土強(qiáng)度結(jié)果可知，絕大部分柱混凝土強(qiáng)度滿足混凝土強(qiáng)度原設(shè)計值，小部分柱混凝土強(qiáng)度略低于原設(shè)計值。

4 混凝土碳化分析

采用濃度為1%的酚酞酒精溶液測試該建筑結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件的碳化深度，檢測結(jié)果見表3。檢測結(jié)果表明，該井塔的混凝土的平均碳化深度均達(dá)到15mm 以上，基本接近混凝土的保護(hù)層厚度，混凝土保護(hù)層基本上失去了對鋼筋的保護(hù)作用，增大了內(nèi)部鋼筋銹蝕的風(fēng)險。

表3 構(gòu)件混凝土平均碳化深度

5 鋼筋復(fù)核檢測

采用PS200 型系統(tǒng)鋼筋探測儀，抽取部分框架梁和框架柱進(jìn)行了鋼筋分布情況的檢測。根據(jù)檢測結(jié)果可以得到，混凝土柱、梁及墻內(nèi)的鋼筋數(shù)量、直徑基本上與原設(shè)計圖紙一致。

6 井塔主體受力監(jiān)測

應(yīng)采用天寶S8 的免棱鏡全站儀。在井塔底部四角布設(shè)建筑物沉降監(jiān)測點(diǎn)，在建筑物外立面的頂、底布設(shè)與全站儀配套的反射片分別進(jìn)行沉降觀測與傾斜觀測。井塔基礎(chǔ)下沉情況如圖2。

圖2 井塔基礎(chǔ)下沉情況（2020 年10 月26 日）

根據(jù)當(dāng)時測量數(shù)據(jù)，經(jīng)綜合分析得出：

（1）整個在施工過程中及結(jié)束后，井塔存在整體下沉；結(jié)合井塔凍結(jié)施工時間情況，在凍結(jié)鉆孔施工到凍結(jié)階段、融凍開始階段出現(xiàn)下沉轉(zhuǎn)折情況，在凍結(jié)鉆孔施工階段、凍結(jié)階段期間井塔基本處于穩(wěn)定階段，下沉變化不大，整體下沉基本穩(wěn)定，融凍階段井塔較前面兩個階段出現(xiàn)明顯下沉。井塔在凍結(jié)融凍后，還將繼續(xù)下沉，需長期進(jìn)行觀測。

（2）南北方向整體向北傾斜，基本上保持在0.2mm/m 以下；東西方向整體向東傾斜，即向東北方向傾斜，基本上保持在0.3mm/m 以下，東西方向傾斜略大于南北方向；其基礎(chǔ)整體傾斜在凍結(jié)、融凍階段，傾斜變化不大，基本保持穩(wěn)定；在凍結(jié)施工階段，隨著施工進(jìn)行，其基礎(chǔ)整體傾斜波動較大；融凍后基礎(chǔ)南北方向傾斜平均為0.1mm/m、東西方向傾斜平均為0.17mm/m。

7 井塔沉降監(jiān)測

采用混凝土電阻應(yīng)變片粘貼于監(jiān)測部位，選用DH3816N 靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，24 小時全天候不間斷監(jiān)測，以確保數(shù)據(jù)監(jiān)測的連續(xù)性，待施工結(jié)束完全穩(wěn)定后進(jìn)行最后的應(yīng)變對比，看是否結(jié)構(gòu)柱有較大變形。監(jiān)測點(diǎn)位布置圖如圖3。

圖3 監(jiān)測點(diǎn)位布置圖

從監(jiān)測結(jié)果看：一層應(yīng)變趨勢大致分為3 種變化類型，施工初期應(yīng)變隨時間呈現(xiàn)明顯鋸齒形變化、應(yīng)變逐漸遞增而后趨于平緩；施工后期應(yīng)變降低且逐漸趨于穩(wěn)定、應(yīng)變波動很小且趨于穩(wěn)定。七層應(yīng)變趨勢大致分為2 種變化類型：在施工前期，應(yīng)變隨時間變化呈小幅波浪狀在不斷遞增，與一層數(shù)據(jù)應(yīng)變變化趨勢基本一致，均受凍結(jié)施工區(qū)域性影響，施工完畢后，應(yīng)變均趨于穩(wěn)定。

對主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化結(jié)果看：一層監(jiān)測結(jié)果與七層監(jiān)測結(jié)果大體變化趨勢一致。對于一層監(jiān)測結(jié)果來說，施工初期應(yīng)力在不斷增大，柱子受壓，隨著時間推移應(yīng)力變化逐漸趨于穩(wěn)定，而后續(xù)應(yīng)力變化幅度較小，基本處于一個靜力平衡的狀態(tài)。而對于七層結(jié)果來說，其應(yīng)力也經(jīng)歷過上升到穩(wěn)定再到下降這樣交替變化最后處于一個靜力平衡的狀態(tài)，期間也有受施工影響出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性波動以及鋸齒形變化，不過，變化幅度較小，總體還是處于一個穩(wěn)定的變化趨勢。各監(jiān)測位置應(yīng)力變化峰值見表4。

表4 各檢測位置應(yīng)力變化峰值

8 結(jié)語

（1）該煤礦主井塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件總體質(zhì)量良莠不齊，井塔部分構(gòu)件表層存在較為明顯的開裂現(xiàn)象?；炷撩軐嵍容^差。一層到七層部分構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度未達(dá)到原設(shè)計要求，構(gòu)件的強(qiáng)度推定值相對原設(shè)計要求而言，降低一般在5MPa 左右。（2）井塔的混凝土保護(hù)層基本上失去了對鋼筋的保護(hù)作用；混凝土柱、梁及墻內(nèi)的鋼筋數(shù)量、直徑基本上與原設(shè)計圖紙一致，但存在一定程度銹蝕問題，應(yīng)及時處理，避免進(jìn)一步發(fā)展。（3）根據(jù)當(dāng)時觀測情況，井塔在凍結(jié)融凍后，還將繼續(xù)下沉，需長期進(jìn)行觀測。（4）在整個施工過程中及施工結(jié)束后，壁柱受力變化較小，應(yīng)力增加最大值為3.35MPa，增加值在構(gòu)件安全受力范圍內(nèi)；同時整個施工期間結(jié)構(gòu)總體受力保持均衡，井壁凍結(jié)施工造成的主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化較小，對結(jié)構(gòu)安全影響較小。