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【摘 要】 管廊即管道的走廊，是布置在装置内部、不同装置或不同厂区之间集中敷设工艺物料管道、公用工程管道等的主要场所。石油化工行业的管廊主要用于炼油和化工产品管道、蒸汽管道、原料和产品输送管道、公用工程管道以及电缆桥架的集中架设，主要包括管墩和管架两部分。管架一般是钢结构、钢筋混凝土结构或两种结构的组合形式，管墩使用钢筋混凝土的居多。管廊在使用过程中一旦出现损坏将直接影响到架空管道和电缆的正常使用，严重时会损坏管道、电缆而引起生产装置非计划停车，甚至引发火灾、爆炸等事故，给企业造成巨大的经济损失。
【关键词】 管廊;破坏;原因分析;修复方法
引言：
随着时间的推移钢筋混凝土结构的管墩和管架容易出现混凝土开裂、保护层脱落、钢筋外露并严重锈蚀等情况，对装置的正常生产和人身安全构成了严重威胁。为了消除安全隐患，认真分析管廊破坏的原因，在修复破损的钢筋混凝土结构管墩和管架时严把施工质量关具有重要的意义。
1.管廊破坏原因
一般来讲，在正常设计、施工、使用和正常养护的条件下，混凝土结构的合理使用时间为50年，经过对常见混凝土结构破坏产生的原因进行分析研究发现，这种情况的出现可能包括以下三方面的原因：一是由荷载引起的破坏;二是由外部环境引起的破坏;三是由施工操作不当引起的破坏。根据我厂管廊的实际情况，由施工操作引起的破坏基本可以排除在外。这样就只剩下了由荷载引起的破坏和由外部环境引起的破坏二种可能。
1.1由荷载引起的破坏
随着公司的发展壮大，新建装置陆续投产，一些老生产装置及其配套设施也都经历了技术改造，管道数量的增加和管径的扩大导致管廊的承载负荷不断增大。从力学角度分析，管廊使用时间的延长和承载负荷的不断增大势必会增加管廊的受力，降低其安全系数，从而影响管廊的使用寿命，这是钢筋混凝土结构管廊遭受破坏的一个原因。
1.2由外部环境引起的破坏
外部环境引起的破坏主要包括以下几方面：①混凝土碳化;②氯离子侵蚀;③碱-集料反应;④冻融循环破坏;⑤钢筋腐蚀。其中，氯离子通过混凝土中的毛细孔或微裂缝渗入到钢筋的表面，直接攻击钝化膜，当钢筋表面的氯离子量超过临界值，钢筋保护膜遭到破坏，遇到氧气和水，就会造成钢筋局部发生腐蚀，使钢筋表面产生点状坑蚀。生产过程中产生的二氧化碳逐渐中和混凝土的水泥水化物，把结硬的水泥浆中的氢氧化钙转化为碳酸钙，使混凝土失去堿性而变成中性化，产生“碳化”现象。当碳化深度超过钢筋保护层时，使表层混凝土丧失碱性环境，其pH值低于10，对钢筋不再起钝化作用，从而破坏钢筋的钝化膜，使钢筋失去保护的屏障。进而加速大气中的有害气体侵入混凝土，使钢筋遭到锈蚀。通常处于干燥环境下的混凝土碳化速度缓慢，具有良好保护层的钢筋混凝土结构一般不会发生钢筋腐蚀;而处于潮湿的或有侵蚀介质的环境中，混凝土将加速碳化，一般当pH值大于10时，钢筋腐蚀速度较小，当pH值小于4时钢筋腐蚀速度急剧增加。一旦钢筋发生锈蚀，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。
2.修复方法
目前，防治钢筋混凝土破坏的方法主要有物理方法、电化学方法和腐蚀阻止修复技术等，可以根据建筑物的重要性、缺陷部位、病害程度等来进行选择。根据管廊的损坏情况，选择了最简单的物理方法进行修补处理，主要步骤如下：
1）清理。进行作业前要在管廊四周设置临时围栏或提示牌，避免无关人员进入作业现场。首先将管廊根部的覆土清理干净，露出底部承台，然后将管廊上开裂、碳化的混凝土剔除干净直至露出坚实的基层，接着对基层表面进行凿毛处理，并用水清洗。与此同时，对锈蚀的钢筋进行打磨和除锈清理。剔除破损的混凝土时应尽量避免扰动周围的混凝土结构，将其破坏程度降至最低。
2）补强。视管廊的破损情况对截面受损严重的钢筋进行加固补强，如有必要应进行补筋处理。
3）水泥砂浆修补。为了使水泥砂浆与修补部位的混凝土紧密贴合，避免挂浆、掉灰等现象，必要时可在修补部位进行挂网处理，然后涂抹高标号水泥砂浆。
4）表面处理。为避免有害介质侵入，完成上述步骤之后要在修补部位涂覆环氧砂浆，环氧砂浆在混凝土表面形成的保护膜可以提高混凝土的抗侵蚀和抗渗透能力。施工时应保持修补部位基面干燥，24h内避免与水接触，否则会出现泛白现象。
5）加大截面加固法
是指在原受弯构件的某一侧或是周围浇一层新的混凝土并补加相应的钢筋，以提高原构件承载能力的方法。补浇的混凝土处在受拉区时，对补加的钢筋起到粘结和保护作用;当补浇层混凝土处在受拉区时，增加了构件的有效高度，从而提高了构件的抗弯、抗剪承载力，并增加了构件的刚度。加大截面加固法是一种传统的加固方法，施工工艺简单。根据管架梁顶标高无法抬高的实际情况，我们选择了对管架柱进行四面加固，对梁进行三面加固。首先使用混凝土回弹仪对现有混凝土强度进行了测定，完全满足加大截面加固法对混凝土强度不低于C20的要求，然后对现有的管道进行支撑，减小管架承受的荷载，避免管架在加固的过程中截面变小，导致突然的破坏。施工时我们先将原有梁柱结合面的风化酥松层、碳化锈裂层及严重油污层凿除清理浮渣，直至露出坚实的基层，将表面打毛，柱表面凹凸不平度不小于4mm，梁不小于6mm，并每隔一段距离在原构件表面凿出凹槽，形成剪力键，用水冲洗干净。由于新浇混凝土与旧混凝土结合强度低，浇筑混凝土前在结合面上涂刷一层高粘结性的界面结合剂。混凝土选用碎石混凝土，添加合适的外加剂，增强混凝土的流动性，易于施工，混凝土强度比原构件混凝土等级提高一级，浇筑后加强养护。 6）更换管架法
对于部分施工环境比较恶劣，有害气体较多的场所，我们选择了使用钢结构竹架更换原有竹架的方法。先将现场的竹架进行实测，按照实测结果和计算数据预制钢结构竹架的梁和钢柱，然后使用临时支撑将管道支撑后将原有管架拆除至基础顶面，将基础顶面找平后在原有基础上使用化学植筋技术固定钢柱柱脚螺栓。化学植筋技术是运用高强度的化学粘合剂，使钢筋、螺杆等与混凝土产生握固力，从而达到预期效果。施工简便、时间短，施工后产生高负荷承载力，不易产生移位、拔出，并目密实性能良好，无需作任何防水处理。由于其通过化学粘合固定，不但对基材不会产生膨胀破坏，而目对结构有补强作用。施工简便迅速，安全并符合环保要求，是建筑工程中钢筋混凝土结构变更、追加、加固的最有效的方法。施工时首先在螺栓对应的位置打孔，打孔深度必须满足植筋的要求，然后将螺栓孔清理干净，注入锚固剂，植入螺栓，待锚固剂固化达到使用强度后即可进行钢柱的安装，最后将钢梁与钢柱焊接，完成竹架的安装。使用该方法可节省施工人员在现场的停留时间，减小对人体的危害。
3.管廊设计和施工中应注意的问题
1）在混凝土生产过程中，应尽量降低混凝土中的孔隙率。混凝土的原材料主要有水泥、水、砂子、石子和化学助剂等。由混凝土强度与其孔隙率的关系式可知，混凝土强度随孔隙率增加迅速下降，因此降低孔隙率可以显著提高混凝土的强度，最有效的办法是严格控制水灰比，减少水的用量。混凝土中砂石配比要合理，根据混凝土的标号选择合适的水泥品种和用量，减少水泥的干收缩。
2）在管廊基础或靠近地面附近增加混凝土保护层厚度。为了减少生产过程中混凝土产生的微小裂缝，设计管廊时要进行裂缝演算，当裂缝尺寸超过设计允许值时可以设置少量钢筋，有条件时设置预应力钢筋效果更好。施工时要将钢筋用事先预制好的高标号砂浆垫块垫好，使钢筋的混凝土保护层厚度满足设计要求。
3）防腐处理。施工时对混凝柱地面以下20cm，地面以上100cm部位进行防腐封闭处理，涂覆防水和耐腐蚀的涂料。
4.结语
为了保证安全生产，在修复钢筋混凝土结构的管墩和管架时应严把施工质量关，今后在建设装置和公用区域管廊时应在管廊基础或靠近地面附近增加混凝土保护层厚度，加强保护层的防腐处理，以延长管廊的使用寿命。
参考文献：
[1]张熙光，等.建筑抗震鉴定加固手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.6
[2]王文栋，等.混凝土结构构造手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.6
[3]韩立平，贾彪.厂区管廊破坏原因的分析及修复方法[J].纯碱工业，2009（1）：44-45.
[4]邢凤荣，杨建平，史爱娜.大港油田钢筋混凝土构筑物腐蚀分析[J].石油规划设计，2000，11（4）：46-47.
[5]杜荣归，刘玉，林昌健.氯离子对钢筋腐蚀机理的影响及其研究進展[J].材料保护，2006，39（6）：45-49.
【关键词】 管廊;破坏;原因分析;修复方法
引言：
随着时间的推移钢筋混凝土结构的管墩和管架容易出现混凝土开裂、保护层脱落、钢筋外露并严重锈蚀等情况，对装置的正常生产和人身安全构成了严重威胁。为了消除安全隐患，认真分析管廊破坏的原因，在修复破损的钢筋混凝土结构管墩和管架时严把施工质量关具有重要的意义。
1.管廊破坏原因
一般来讲，在正常设计、施工、使用和正常养护的条件下，混凝土结构的合理使用时间为50年，经过对常见混凝土结构破坏产生的原因进行分析研究发现，这种情况的出现可能包括以下三方面的原因：一是由荷载引起的破坏;二是由外部环境引起的破坏;三是由施工操作不当引起的破坏。根据我厂管廊的实际情况，由施工操作引起的破坏基本可以排除在外。这样就只剩下了由荷载引起的破坏和由外部环境引起的破坏二种可能。
1.1由荷载引起的破坏
随着公司的发展壮大，新建装置陆续投产，一些老生产装置及其配套设施也都经历了技术改造，管道数量的增加和管径的扩大导致管廊的承载负荷不断增大。从力学角度分析，管廊使用时间的延长和承载负荷的不断增大势必会增加管廊的受力，降低其安全系数，从而影响管廊的使用寿命，这是钢筋混凝土结构管廊遭受破坏的一个原因。
1.2由外部环境引起的破坏
外部环境引起的破坏主要包括以下几方面：①混凝土碳化;②氯离子侵蚀;③碱-集料反应;④冻融循环破坏;⑤钢筋腐蚀。其中，氯离子通过混凝土中的毛细孔或微裂缝渗入到钢筋的表面，直接攻击钝化膜，当钢筋表面的氯离子量超过临界值，钢筋保护膜遭到破坏，遇到氧气和水，就会造成钢筋局部发生腐蚀，使钢筋表面产生点状坑蚀。生产过程中产生的二氧化碳逐渐中和混凝土的水泥水化物，把结硬的水泥浆中的氢氧化钙转化为碳酸钙，使混凝土失去堿性而变成中性化，产生“碳化”现象。当碳化深度超过钢筋保护层时，使表层混凝土丧失碱性环境，其pH值低于10，对钢筋不再起钝化作用，从而破坏钢筋的钝化膜，使钢筋失去保护的屏障。进而加速大气中的有害气体侵入混凝土，使钢筋遭到锈蚀。通常处于干燥环境下的混凝土碳化速度缓慢，具有良好保护层的钢筋混凝土结构一般不会发生钢筋腐蚀;而处于潮湿的或有侵蚀介质的环境中，混凝土将加速碳化，一般当pH值大于10时，钢筋腐蚀速度较小，当pH值小于4时钢筋腐蚀速度急剧增加。一旦钢筋发生锈蚀，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。
2.修复方法
目前，防治钢筋混凝土破坏的方法主要有物理方法、电化学方法和腐蚀阻止修复技术等，可以根据建筑物的重要性、缺陷部位、病害程度等来进行选择。根据管廊的损坏情况，选择了最简单的物理方法进行修补处理，主要步骤如下：
1）清理。进行作业前要在管廊四周设置临时围栏或提示牌，避免无关人员进入作业现场。首先将管廊根部的覆土清理干净，露出底部承台，然后将管廊上开裂、碳化的混凝土剔除干净直至露出坚实的基层，接着对基层表面进行凿毛处理，并用水清洗。与此同时，对锈蚀的钢筋进行打磨和除锈清理。剔除破损的混凝土时应尽量避免扰动周围的混凝土结构，将其破坏程度降至最低。
2）补强。视管廊的破损情况对截面受损严重的钢筋进行加固补强，如有必要应进行补筋处理。
3）水泥砂浆修补。为了使水泥砂浆与修补部位的混凝土紧密贴合，避免挂浆、掉灰等现象，必要时可在修补部位进行挂网处理，然后涂抹高标号水泥砂浆。
4）表面处理。为避免有害介质侵入，完成上述步骤之后要在修补部位涂覆环氧砂浆，环氧砂浆在混凝土表面形成的保护膜可以提高混凝土的抗侵蚀和抗渗透能力。施工时应保持修补部位基面干燥，24h内避免与水接触，否则会出现泛白现象。
5）加大截面加固法
是指在原受弯构件的某一侧或是周围浇一层新的混凝土并补加相应的钢筋，以提高原构件承载能力的方法。补浇的混凝土处在受拉区时，对补加的钢筋起到粘结和保护作用;当补浇层混凝土处在受拉区时，增加了构件的有效高度，从而提高了构件的抗弯、抗剪承载力，并增加了构件的刚度。加大截面加固法是一种传统的加固方法，施工工艺简单。根据管架梁顶标高无法抬高的实际情况，我们选择了对管架柱进行四面加固，对梁进行三面加固。首先使用混凝土回弹仪对现有混凝土强度进行了测定，完全满足加大截面加固法对混凝土强度不低于C20的要求，然后对现有的管道进行支撑，减小管架承受的荷载，避免管架在加固的过程中截面变小，导致突然的破坏。施工时我们先将原有梁柱结合面的风化酥松层、碳化锈裂层及严重油污层凿除清理浮渣，直至露出坚实的基层，将表面打毛，柱表面凹凸不平度不小于4mm，梁不小于6mm，并每隔一段距离在原构件表面凿出凹槽，形成剪力键，用水冲洗干净。由于新浇混凝土与旧混凝土结合强度低，浇筑混凝土前在结合面上涂刷一层高粘结性的界面结合剂。混凝土选用碎石混凝土，添加合适的外加剂，增强混凝土的流动性，易于施工，混凝土强度比原构件混凝土等级提高一级，浇筑后加强养护。 6）更换管架法
对于部分施工环境比较恶劣，有害气体较多的场所，我们选择了使用钢结构竹架更换原有竹架的方法。先将现场的竹架进行实测，按照实测结果和计算数据预制钢结构竹架的梁和钢柱，然后使用临时支撑将管道支撑后将原有管架拆除至基础顶面，将基础顶面找平后在原有基础上使用化学植筋技术固定钢柱柱脚螺栓。化学植筋技术是运用高强度的化学粘合剂，使钢筋、螺杆等与混凝土产生握固力，从而达到预期效果。施工简便、时间短，施工后产生高负荷承载力，不易产生移位、拔出，并目密实性能良好，无需作任何防水处理。由于其通过化学粘合固定，不但对基材不会产生膨胀破坏，而目对结构有补强作用。施工简便迅速，安全并符合环保要求，是建筑工程中钢筋混凝土结构变更、追加、加固的最有效的方法。施工时首先在螺栓对应的位置打孔，打孔深度必须满足植筋的要求，然后将螺栓孔清理干净，注入锚固剂，植入螺栓，待锚固剂固化达到使用强度后即可进行钢柱的安装，最后将钢梁与钢柱焊接，完成竹架的安装。使用该方法可节省施工人员在现场的停留时间，减小对人体的危害。
3.管廊设计和施工中应注意的问题
1）在混凝土生产过程中，应尽量降低混凝土中的孔隙率。混凝土的原材料主要有水泥、水、砂子、石子和化学助剂等。由混凝土强度与其孔隙率的关系式可知，混凝土强度随孔隙率增加迅速下降，因此降低孔隙率可以显著提高混凝土的强度，最有效的办法是严格控制水灰比，减少水的用量。混凝土中砂石配比要合理，根据混凝土的标号选择合适的水泥品种和用量，减少水泥的干收缩。
2）在管廊基础或靠近地面附近增加混凝土保护层厚度。为了减少生产过程中混凝土产生的微小裂缝，设计管廊时要进行裂缝演算，当裂缝尺寸超过设计允许值时可以设置少量钢筋，有条件时设置预应力钢筋效果更好。施工时要将钢筋用事先预制好的高标号砂浆垫块垫好，使钢筋的混凝土保护层厚度满足设计要求。
3）防腐处理。施工时对混凝柱地面以下20cm，地面以上100cm部位进行防腐封闭处理，涂覆防水和耐腐蚀的涂料。
4.结语
为了保证安全生产，在修复钢筋混凝土结构的管墩和管架时应严把施工质量关，今后在建设装置和公用区域管廊时应在管廊基础或靠近地面附近增加混凝土保护层厚度，加强保护层的防腐处理，以延长管廊的使用寿命。
参考文献：
[1]张熙光，等.建筑抗震鉴定加固手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.6
[2]王文栋，等.混凝土结构构造手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.6
[3]韩立平，贾彪.厂区管廊破坏原因的分析及修复方法[J].纯碱工业，2009（1）：44-45.
[4]邢凤荣，杨建平，史爱娜.大港油田钢筋混凝土构筑物腐蚀分析[J].石油规划设计，2000，11（4）：46-47.
[5]杜荣归，刘玉，林昌健.氯离子对钢筋腐蚀机理的影响及其研究進展[J].材料保护，2006，39（6）：45-49.