夹板墙加固砖砌烟囱应用实践

夹板墙加固砖砌烟囱应用实践

朱海峰

宁波市北仑区环保固废处置有限公司

【摘 要】详细介绍了夹板墙加固修补砖砌烟囱这一特殊工程实例，通过结构安全鉴定和分析裂缝成因后采用加设夹板墙解决裂缝问题，以及探讨加固施工要点和超高脚手架专项方案问题，供同类工程参考。

【关键词】砌体烟囱；夹板墙；加固施工；超高脚手架

1. 工程概况

我公司危险废物焚烧处置项目使用的50m高砖砌烟囱建于2007年，基础为混凝土基础，上部砖砌筒体外缘收缩量为 2.5%，分内衬与外壁二层，外壁为 MU10 砖、M7.5 混合砂浆分段砌筑，砌体水平灰缝内加设Φ6mm@250mm 环向钢筋；内衬为 MU7.5 砖，混合砂浆砌筑，厚度均为 150mm。现筒壁上部砌体明显多处裂缝。

2、结构安全鉴定

经专业机构检测鉴定，构筑物地基基础稳定，未发现上部承重结构因地基基础沉降或不均匀沉降引起的开裂及变形异常现象。筒壁砌体的实心粘土砖和水泥混合砂浆实测抗压强度等级符合04G211砖砌烟囱图集相关要求。

现场查勘分析，该构筑物存在问题如下：
（1）东面筒身开裂，宽度最大处约30mm，裂缝高度范围为35~50m；
（2）南面筒身开裂，宽度最大处约10mm，裂缝高度范围为40~50m；
（3）西面筒身开裂，宽度最大处约30mm，裂缝高度范围为25~50m；
（4）北面筒身开裂，宽度最大处约20mm，裂缝高度范围为33~50m；
（5）烟囱顶部开裂严重、砖砌体风化疏松。

最终鉴定构筑物结构安全性等级为三级，即安全性不满足《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB50144-2008）中的相关规定，应及时对烟囱主体结构进行加固修缮处理。

3、裂缝成因分析

烟囱筒体严重开裂，四个方向都有分布，主要集中在30-50m范围，以垂直裂缝为主，局部有斜向裂缝，多条裂缝均伸入砌体内部，贯穿砖体。经调查分析，裂缝不是短期内形成，且有加速发展趋势，引起裂缝的主要原因有：

1. 温度变化的影响。1#和2#焚烧生产线正常生产时烟气温度为 150-180℃，单条生产线生产时烟气温度为 130-150℃，烟囱使用温度的改变，特别是冬季两条生产线均检修烟囱暂停使用到恢复生产的过程中，烟囱砖砌体内壁在向上抽热空气作用下温度迅速上升，而烟囱砖砌体外壁的温度还来不及上升，此时的烟囱砖砌体内、外壁温度差较大。砖砌体承受的拉应力和拉应变仅与材料的热膨胀系数、弹性模量、泊松比、温度差有关，因此砖砌体的内、外温度差容易导致烟囱砖砌体开裂，产生很大的温度应力，而温度应力的增大，极易使筒体开裂，形成烟囱筒壁由内至外的竖向裂缝。

2. 烟囱内衬损伤造成的破坏影响。该烟囱内衬较薄，厚 150mm，且为普通粘土砖砌筑，耐腐蚀和隔热性能较差，由于施工或使用原因，其局部损伤使内衬与外筒间空气隔热层的性能降低，导致烟气与空气隔热层相通，空气隔热层温度升高，增大了烟囱外筒壁的温度差，从而产生较大的温度应力，筒壁内外侧产生纵向裂缝并不断发展。

3. 烟囱构造环向温度钢筋配置存在不足, 在温度应力作用下无法提高砖砌体抗拉能力, 难以约束筒壁横向变形, 造成了筒壁的竖向裂缝 。

4. 烟气腐蚀的影响。内衬筒壁的损伤，使烟气直接与外筒壁接触，由于从洗涤塔排入烟囱的烟气含硫量高、水蒸汽量大，极易对砖及砖内钢筋造成腐蚀，同时降低筒壁材料的隔热性能，使形成的裂缝加速发展。

4、加固设计方案

烟囱筒身裂缝裂缝宽度最大值已超出可靠性规程标准，截面削弱及裂缝开展会造成承载力下降，且顶部开裂严重、砖砌体风化疏松，有掉落的安全风险，必须进行加固处理。

4.1烟囱加固采用钢筋网砂浆面层夹板墙加固，在基础至筒顶范围内采用钢筋网砂浆面层夹板墙，其中环向筋采用Φ8，间距在其断面或内衬断面变化处上下各500范围内，间距加密一倍；竖向筋采用Φ10，间距按周长32等分。

4.2烟囱顶部井圈原砖墙拆除，补筑600高钢筋混凝土顶圈，混凝土强度等级为C25。

4.3砌体裂缝处理方法：聚合物砂浆灌缝后沿裂缝采取压力注结构胶。

4.4对烟囱外直爬梯进行整体更换，具体做法参照《砖烟囱图集》（04G211）。

4.5烟囱须按规范要求采取避雷措施，避雷带暗埋敷设，具体做法参照《砖烟囱图集》（04G211）。

5、加固施工要点

5.1加固施工流程：临时加固处理→顶部人工拆除→原墙面清底→裂缝灌浆处理→钢筋网安装→砂浆保护层。面层施工流程：原墙面清底处理碳化层、表面糙化-钻孔并用水清洗-铺设钢筋网

5.2临时加固措施：为保障施工安全，在加固施工前期沿烟囱高度方向每隔5m设置一道环形铁70X4，该铁箍不拆除，在其外侧做钢筋网砂浆面层夹板墙处理。

5.3顶部人工拆除：将顶部风化松散砌体进行人工拆除，拆除振动不得影响烟囱下部结构，后期下部夹板墙纵筋深入井圈钢筋混凝土内形成可靠的整体。

5.4原墙面清底：面层加固施工前应对砌体粉刷层部分与烟囱顶部烟气熏黑部分用角磨机打磨去除表面氧化层。砌体表面清理，应先清除松散部分用水泥砂浆抹面，处理碳化层、表面糙化。

5.5裂缝灌浆处理：针对烟囱明显裂缝部位，采用建筑构件裂缝聚合物灌浆法对裂缝进行封闭补强，为减少灌浆施工对烟囱现有结构和内衬层的影响，灌浆要求分多次进行。

5.6钢筋网安装：砌体表面清理完毕后，开始测量放线，确定纵向、环向钢筋及拉结筋位置。纵向钢筋间距按烟囱周长32等分，钢筋网的钢筋直径为环向Φ8、竖向Φ10，单侧夹板墙钢筋网采用Φ8的L型锚筋连接，植入到原砌块中，梅花状布置；环向筋绑扎搭接长度≥240mm，相邻环向筋搭接接头应错开：夹板墙纵向钢筋上部锚入到新增混凝土梁中，锚入长度300mm；夹板墙纵向钢筋与原基础采用植筋连接，植筋深度200mm；

5.7砂浆保护层： 钢筋网安设完成后所有砌体表面全部均匀涂刷界面剂，压抹水泥砂浆前应充分浇水湿润墙面，并待墙面稍干后加设钢丝网再进行抹灰。钢筋网砂浆面层的砂浆等级为 M15，必须分层抹至设计厚度，每层厚度可为10-15mm。第一层将钢筋网与砌体之间的间隔空隙拣平，初凝后抹第二层，砂浆将钢筋网全部罩住，初凝后再抹第三层至设计厚度。各层砂浆的接茬部位必须错开，要求压平粘牢，最后一层砂浆初凝时，再压光二三遍，以增强密实度。穿墙筋钻孔须采用砂浆填实，钢筋外保护层厚度不得小于10mm，为防止砂浆层开裂，满铺镀锌钢丝网片增强。水泥砂浆抹灰完毕24h后方可进行浇水养护，以后每天浇水养护两次，养护7天。

5.8钢爬梯置换制作安装：钢爬梯材料及制作应严格按照设计图纸严格要求。烟囱的爬梯置换采用由下至上的替换方式进行，原则上要尽可能使用预埋暗销，对于不能利用的可采用焊接，并做好防腐。爬梯支撑脚的制作应根据施工图纸及实测长度结果进行制作，爬梯笼体之间的连接根据要求采用螺栓连接。 

5.9避雷针制作安装：避雷针所有金属部件必须镀锌，操作时注意保护镀锌层，避雷针应垂直安装牢固，焊接时应采用搭接焊，保证扁钢为其宽度的2倍且至少3个棱边焊接，圆钢为其直径的6倍，圆钢与扁钢连接时，其长度为圆钢直径的6倍。烟囱安装避雷针的首先将避雷针的支座钢板固定在之前已经埋设好的螺栓上，然后焊上一块肋板，然后将避雷针竖起，进行找平，拉正后，再进行接点处的焊接，最后加以校正，将烟囱安装避雷针完全固定好。最后将避雷针引下线焊接在底板上，将避雷针的表面进行防锈漆的涂刷。

6、超高脚手架专项施工方案

本项目为高耸构筑物，施工高度超50米，为提高施工安全性，采用搭设钢管脚手架的措施方案进行。烟囱外脚手架采用三排落地钢管脚手架。

6.1编制依据

根据烟囱加固工程设计图和工程施工组织设计、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》 JGJ130-2011、《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》建办质【2018】37号令、《建筑施工脚手架安全技术统一标准》GB51210-201613、《建筑施工安全管理规范》DB33/1116-2015等相关技术规范和通知要求。

6.2搭设材料的选用

钢管的规格宜采用φ48x3.5毫米的钢管。所有钢管扣件应有出厂合格证和现场见证取样检验报告，钢管扣件检查合格后方可使用，存在裂缝、缩松的扣件不得使用。脚手板选用毛竹制作的1mx1.5m的竹芭脚手板，采用12#镀锌铁丝进行捆扎。密目安全网为9mm的尼龙绳编织而成，每块网应能承受国家规定标准1.6KN的冲击试验。

6.3脚手架基础

脚手架立杆地基根据脚手架搭设高度，原地基事先进行夯实或压路机震动压实，按地基承载力最低不能小于承受1Kg/c㎡的压力处理，表面用C30钢筋混凝土浇筑厚度200mm硬化，浇筑宽度为沿塔周边4m范围。场地平整不得积水，在立杆基础外侧设置环塔基排水沟。

6.4施工部署

准备阶段熟悉图纸、构筑物结构形式、方案和相关安全规程→查勘现场，由项目技术负责人员对施工班组进行安全技术交底→准备材料、机具→地基基础处理；搭设阶段在基础弹线、立杆定位→摆放扫地杆→竖立杆并与扫地杆扣紧→装扫地小横杆→装大横杆并与各立杆扣紧→铺设脚手板绑扎防护及档脚板→检查验收→使用→维护、检查。

6.5构造及搭设要求

脚手架搭设采用三排落地式脚手架，尺寸为8.76mx8.76m，总高度为52m，双立杆高度40m，40-52m处采用单立杆，共设32处加固维修施工作业使用平台。为使本脚手架结构稳定，搭设过程中每4.5m用小横杆顶撑塔体。每4.5m采用双钢管贴塔体双向布置并与脚手架卡扣连接，把脚手架同烟囱进行钢性拉结。30m以下设置双杆剪刀撑，30m以上为单杆，每两步设置一道水平剪刀撑。烟囱底部直径大上部直径小，脚手架垂直于烟囱搭设，所以在脚手架与烟囱壁≥400mm处在脚手架内侧横杆上加设立杆，所有加设立杆的横杆必须与下层主立杆做斜支撑。

6.6避雷装置

塔体底部沿圆周方向均匀分布四点用30mm宽的镀锌扁钢与预埋接地点焊接相连，其接地电阻不大于10欧姆。

6.7检查验收

脚手架搭设完毕后应由上一级安全技术负责人随工程进行分阶段组织单位工程负责人及有关的安全人员进行检查，应按规范规定对脚手架工程的质量进行检验，经检查验收合格后方可交付使用。

6.8其他技术要求

6级风以上、暴雨和台风过后，应对架体、特别是扣件进行检查；架子上严禁超荷堆积成捆钢管和大量扣件；派专人检查监测架体的变形观测和支撑情况，发现下沉、松动、变形和水平位移情况的应及时解决。

7、效果分析

本工程对裂缝位置进行加箍的临时加固处理，然后进行裂缝灌浆封闭处理使开裂砌体恢复整体性，之后再进行夹板墙和烟囱顶圈拆除修复等加固处理措施。为保障烟囱施工的安全性，采用全高搭设落地钢管脚手架。加固费用整体约为人民币40万元，加固后投入使用至今已一年多，并未发现新裂缝出现，对裂缝控制取得了满意的效果，说明采用夹板墙加固方法切实可行。

经研究发现, 砖烟囱结构竖向开裂往往与温度作用相关, 故要在设计阶段和生产使用阶段给予温度作用足够的重视, 可大大降低使用中产生问题的风险 。

高耸构筑物维修是一项涉及鉴定分析、设计应用、施工部署、安全保障、投入使用的系统工程，必须考虑周全才能安全有效的完成加固维修任务。

【参考文献】

1. GB50051—2002 烟囱设计规范 中国计划出版社2002

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3. 罗国权 砖烟囱竖向开裂分析与加固 建筑结构

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4.肖美跃等 烟囱砖砌体裂缝产生的力学机制 南昌大学学报(工科版):1006－0456(2011)02－0156－04