7. Оценка остаточного ресурса безопасной эксплуатации конструкций железобетонных резервуаров
7.1. По результатам обследования на основании полученных данных необходимо различать виды дефектов и повреждений, мало влияющие на свойства конструкции, и опасные, снижающие прочностные и деформативные свойства конструкции.
7.2. По результатам полного технического обследования в зависимости от видов и количества дефектов несущие конструкции (панели стен, колонны, балки и плиты) железобетонных резервуаров в зависимости от их состояния можно отнести к одной из четырех категорий технического состояния конструкций:
1) исправное;
2) работоспособное;
3) ограниченно работоспособное;
4) неработоспособное (аварийное).
7.3. Ограниченно работоспособное состояние подразделяется в свою очередь на две категории технического состояния конструкций:
а) III (а) - ограниченно работоспособное состояние со сроком эксплуатации от 1 до 3 лет (или до 5 лет при условии полной уборки снега, ограничения вакуума и избыточного давления на 50%);
б) III (б) - ограниченно работоспособное состояние с максимальным сроком эксплуатации до 1 года (при условии ограничения по снеговым нагрузкам 100%, избыточного давления и вакуума на 50%, а также при необходимости проведения работ по разгрузке и страховочному усилению).
7.4. Состояние резервуара считается исправным при отсутствии дефектов или если имеют место следующие дефекты и повреждения:
трещины от усадки бетона или расчетной нагрузки - на ребрах или нижней плоскости плит покрытия, плоскостях балок, колонн, днища, панелей стенки в стыках, в торкретбетоне при ширине раскрытия 0,15 (0,1) мм, допустимой по СНиП 2.03.11-85 [11] и не влияющей на несущую способность конструкций;
сколы бетона (менее 0,05% площади сечения элементов) от механических воздействий в растянутой зоне балок, плит покрытий, панелей стен, ребер колонн, которые мало влияют на несущую способность конструкций;
прочность бетона, определенная неразрушающими методами и лабораторными испытаниями проб, во всех железобетонных конструкциях резервуаров не ниже нормативной проектной;
величина защитного слоя торкретбетона и бетона сборных и монолитных железобетонных конструкций на отдельных участках (не более 20% общего числа замеренных) меньше проектной на 5,0 мм;
величина прогибов балок и плит покрытия в середине пролета не превышает 30 мм, допустимых по СНиП 2.03.01-84* [10];
потери площади сечения рабочей арматуры в сборных и монолитных железобетонных конструкциях нет, поверхность арматуры при вскрытии защитного слоя бетона не имеет признаков коррозии;
глубина карбонизации торкретбетона и защитного слоя бетона сборных и монолитных железобетонных конструкций резервуара меньше 1/2 толщины защитного слоя;
марка бетона (торкретбетона) по водонепроницаемости не ниже W8 (водопоглощение по массе до 4,2%).
7.5. Для работоспособного состояния конструкций резервуара характерны следующие дефекты и повреждения:
волосяные трещины вдоль арматуры, резкие следы ржавчины на бетоне сборных и монолитных железобетонных конструкций;
раскрытие силовых трещин 0,3 (0,15) мм;
при простукивании поверхностей бетона имеется "бухчение" и отслоение защитного слоя бетона на площадях менее 0,5 кв. м;
глубина карбонизации менее толщины защитного слоя бетона;
в зоне трещин и в карбонизированном защитном слое бетона на
стержневой арматуре слой продуктов коррозии до 0,8 мм, на
напрягаемой арматуре В -II - не более 0,3 мм;
р
потери площади сечения рабочей ненапрягаемой арматуры и закладных деталей в сборных и монолитных железобетонных конструкциях резервуара не превышают 7%;
прочность бетона рабочего сечения сборных и монолитных железобетонных элементов резервуара (за пределами защитного слоя бетона и в сжатой зоне), определенная неразрушающими методами и лабораторными испытаниями проб, ниже нормативной проектной не более чем на 10%;
толщина защитного слоя торкретбетона и бетона на сборных и монолитных железобетонных конструкциях резервуаров меньше проектной до 10 мм на площади до 1 кв. м;
величина прогибов балок и плит покрытия не более 35 мм;
глубина пропитки бетона сборных и монолитных конструкций нефтью и нефтепродуктами менее 40 мм;
понижение несущей способности железобетонных конструкций резервуара до 90 - 95% (см. табл. 1);
марка бетона по водонепроницаемости не ниже W4.
7.6. Для ограниченно работоспособного состояния конструкций со сроком эксплуатации от 1 до 3 (5) лет характерны следующие дефекты и повреждения:
трещины в сборных и монолитных конструкциях резервуара, вызванные эксплуатационными воздействиями, с раскрытием до 0,5 (0,3) мм (см. табл. 1);
карбонизация бетона более толщины защитного слоя, наличие участков с рыхлой структурой бетона с маркой бетона по водонепроницаемости ниже W4;
глубина пропитки бетона нефтепродуктами до 60 мм;
прочность бетона, определенная неразрушающими методами и лабораторными испытаниями проб, ниже нормативной проектной в балках и плитах покрытия - до 30%, в остальных - сборных и монолитных конструкциях - до 20%;
отслоение защитного слоя бетона с оголением арматуры на элементах конструкций на площади до 1,0 кв. м;
обвалы торкретбетона от стыков панелей стен и наружной поверхности - до 3 кв. м;
отслоение защитного слоя бетона с оголением и коррозионным повреждением рабочей арматуры до 15% на длине более 2 м в балках и продольных ребрах плит покрытия;
слой продуктов коррозии на стержневой арматуре и закладных
деталях - до 3 мм, на напрягаемой проволочной арматуре В -II - до
р
1,5 мм;
потеря площади сечения рабочей стержневой арматуры - до 15%, напрягаемой проволочной - до 10%;
уменьшение площадок опирания балок на колонны и плит на балки и стенки резервуара не более 20 мм;
величина прогиба балок и плит покрытия не превышает 40 мм;
вздутие облицовок, отрывы листов от анкеров, вспучивание полов;
провалы полок в плитах покрытия не более 0,5 кв. м;
снижение несущей способности сборных и монолитных железобетонных конструкций - до 80% в зависимости от уменьшения сечения рабочей арматуры.
7.7. Для ограниченно работоспособного состояния конструкций с максимальным сроком эксплуатации до 1 года характерны следующие дефекты и повреждения.
7.7.1. Железобетонные конструкции стен (монолитная плита или сборные панели):
признаки относительного смещения стен относительно днища или покрытия - отслоение торкретбетона на стыках панелей внутри, обрушение торкретбетона на напрягаемой арматуре на площади 5 кв. м и более;
наличие трещин в стыках между панелями вертикальных и в монолитном бетоне горизонтальных (в зонах без навивки арматуры и др.) с раскрытием до 0,5 (0,4) мм длиной до 0,5 м;
наличие трещин в бетоне омоноличивания стыков днища и стен и в бетоне омоноличивания стен и плит покрытия с раскрытием до 0,5 (0,4) мм;
смещение плит покрытия со стены до 10 мм;
оголение напрягаемой арматуры на площади более 3 кв. м, слой продуктов коррозии на стержневой арматуре и закладных деталях - более 3 мм, коррозионные язвы на проволочной напрягаемой арматуре - до 3 мм и разрывы отдельных проволок (до 5 шт.) на длине наружной поверхности стен - до 10 м;
снижение уровня преднапряжения в кольцевой арматуре до 30% от проектного;
пропитка бетона нефтепродуктами на всю толщину стен;
наличие рыхлого бетона (продукты коррозии, размораживание) в слое глубиной до 6 см на площади более 1 кв. м;
отколы, вывалы бетона омоноличивания из стыков между плитами стен, плитами стен и плитами покрытия, стен и днища на площади более 1 кв. м на глубину до 60 мм;
отслоение облицовок на площади до 10 кв. м, трещины в сварных швах стальных листов;
разрушение полимерных покрытий на стыках панелей, зонах примыкания к днищу на площади более 5 кв. м.
7.7.2. Железобетонная плита днища:
пропитка бетона плиты на полную толщину;
снижение прочности бетона более 30% от нормативной проектной;
отколы, выломы бетона, щебня из бетона вследствие его коррозионной деструкции на глубину до 60 - 80 мм на площади ячейки 6 x 6 м участков более 1 кв. м;
провалы основания и провисание плит ниже отметки пола более 50 мм;
коррозионные повреждения стержневой арматуры плиты на 50% сечения, разрывы стержней сетки (4 - 6 шт. в пределах ячейки размером 6 x 6 м);
трещины в бетоне в зоне стыков со стеновыми панелями с раскрытием 0,5 (0,4) мм;
выколы бетона омоноличивания стыков со стенами на глубину более 100 мм;
местное разрушение стальных облицовок на площади до 1 кв. м с отслоением листов и разрывов сварных швов на длине до 0,5 м;
вздутие, отслоение и разрывы полимерных защитных покрытий на площади более 10 кв. м.
7.7.3. Железобетонные колонны и фундаменты:
трещины в бетоне вдоль рабочей арматуры и хомутов и трещины нормальные к вертикальной оси с раскрытием более 0,5 (0,4) мм;
отслоение арматурных стержней от ствола с разрывом хомутов на длине до 1 м;
пропитка бетона на глубину до 60 мм;
снижение прочности бетона более 30% нормативной проектной;
отслоение защитного слоя бетона на площади до 0,5 кв. м на стволах, консолях и фундаментах;
коррозионное повреждение арматуры на глубину до 30% сечения, слой продуктов коррозии на закладных деталях более 3 мм;
трещины в бетоне консолей с раскрытием 0,5 (0,4) мм;
вертикальное перемещение (осадка) на глубину до 50 мм;
отклонение от вертикали более 30 мм;
разрушение бетона стакана фундамента на высоте до 100 мм с оголением и разрывом арматуры;
выкрашивание бетона омоноличивания колонны в стакане фундамента на площади более 50%;
уменьшение рабочего сечения более 30% равномерно со всех сторон или с одной стороны более 180 мм, снижение несущей способности до 65% (см. табл. 1).
7.7.4. Железобетонные балки и плиты покрытия:
понижение прочности бетона до 30% нормативной проектной;
отслоение защитного слоя бетона с оголением всех рабочих стержней арматуры в балках при их коррозионном повреждении более 15%;
отслоение защитного слоя бетона с оголением и коррозионным повреждением рабочей арматуры более 15% в обоих ребрах плиты по всей длине в пролете;
коррозионные повреждения рабочей арматуры и закладных деталей с потерей сечения до 30%;
наличие трещин в бетоне в пролете и на опорах с раскрытием до 0,5 (0,4) мм;
глубина пропитки бетона нефтепродуктами до 40 мм;
наличие горизонтальных трещин в бетоне сжатой зоны балок с раскрытием 0,2 мм и длиной до 100 мм и горизонтальных трещин по контакту ребра и полки плит с раскрытием до 1 мм и длиной более 1 м;
отслоение рабочей арматуры от бетона ребер плит в пролете на длине более 2 м;
смещение конструкций с опоры до 2 см;
величина прогиба балок и плит покрытия не превышает 55 мм;
провалы полок в ребристых плитах покрытия не более 1 кв. м;
снижение несущей способности в пролетных до 65% и опорных сечениях до 70%.
7.8. Неработоспособное (аварийное) состояние железобетонных конструкций резервуара характеризуется следующими дефектами и повреждениями:
излом стеновой панели с раздроблением бетона и выколом его на площади более 1 кв. м;
разрыв кольцевой напрягаемой арматуры более 30% проволоки в пределах 1 м высоты стены;
раскрытие горизонтальных трещин в панели стен более 1,5 мм;
снижение уровня преднапряжения в кольцевой арматуре более 30%;
раздробление бетона в рабочем сечении колонн с выпучиванием арматуры в вертикальном перемещении колонн на глубину более 100 мм;
излом плит или ребер плит покрытия с зависанием на рабочей арматуре;
смещение балок (1 - 2 шт.) с опор с обрушением плит покрытия;
провалы бетона днища глубиной более 300 мм на площади более 3 кв. м;
несущая способность конструкций менее 65% (см. табл. 1);
прогибы конструкции (в том числе колонн) более 55 мм;
к аварийному состоянию железобетонных конструкций могут быть отнесены также перечисленные в п. 7.7 признаки, усиленные на 50%.
7.9. Положения п. п. 7.4 - 7.8 уточняются в процессе полных технических обследований.
7.10. Оценка остаточного ресурса железобетонных конструкций резервуаров производится на основании анализа результатов поверочных расчетов несущей способности (устойчивость, продавливание) и деформативности (раскрытие трещин, прогибов) всех входящих в сооружение элементов, получивших повреждения (механические или коррозионные) в процессе эксплуатации.
7.10.1. Поверочные расчеты выполняются по методам действующего в РФ нормативного документа СНиП 2.03.01-84* [10] с использованием фактических данных о геометрических размерах сечений и длин, схем опирания, физико - механических и коррозионных свойств материалов железобетонных конструкций и их защиты, установленных при обследованиях в соответствии с положениями настоящей Инструкции. Расчетом определяются уровни контрольных параметров, по которым устанавливаются категории технического состояния обследованных железобетонных конструкций.
7.10.2. Продолжительность безопасной эксплуатации, остаточный ресурс и необходимость ремонта, страховки от обрушения, усиления и восстановления железобетонных конструкций определяются из сопоставления результатов расчетов и определений с предельно допустимыми уровнями контрольных параметров технического состояния по табл. 1. Сроки до следующего полного технического обследования или ремонта, а также продолжительность эксплуатации конструкций в сооружении до перехода (без ремонта) в следующую категорию состояния установлены на основании многочисленных лабораторных исследований, контрольных заводских испытаний сборных железобетонных конструкций и многолетнего опыта натурных исследований технического и коррозионного состояния эксплуатирующихся и аварийных (обрушившихся) железобетонных конструкций.
7.10.3. Достоверность остаточного ресурса конструкций обеспечивается соответствием качества результатов обследований, параметрами нагрузки и действующей среды при ограничениях, установленных настоящей Инструкцией (см. табл. 1).
7.10.4. Определение остаточного ресурса эксплуатации железобетонных резервуаров и определение сроков вывода их из эксплуатации для текущего ремонта, восстановления или замены поврежденных аварийных конструкций производятся исходя из анализа категорий технического состояния конструкций и экономической целесообразности.
7.10.5. Резервуар не имеет ресурса и выводится из эксплуатации, если при полном техническом обследовании установлено, что несущие железобетонные конструкции отнесены к категории IV даже в единственном числе.
7.10.6. Наличие в резервуаре конструкций III (б) категории позволяет в течение 12 месяцев эксплуатировать сооружение с ограниченными нагрузками по табл. 1.
Таблица 1
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ УРОВНИ КОНТРОЛЬНЫХ
ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ, ПО КОТОРЫМ
УСТАНАВЛИВАЮТСЯ СРОКИ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
НЕСУЩИХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ (КОЛОНН,
ПАНЕЛЕЙ СТЕН, БАЛОК И ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ) <*>
--------------------------------
<*> Рассматриваются резервуары и ограждающие ж/б конструкции казематных резервуаров после эксплуатации более 10 лет.
┌───────┬───────────┬──────────────────────────────────────────────────────────────────┬─────────┬───────┐ │Катего-│Техническое│ Контрольные параметры │Срок сле-│Продол-│ │рия │ состояние ├───────────────────────────────────┬────────────────┬─────────────┤дующего │житель-│ │ │ │ деструктивные │ деформационные │ прочностные │полного │ность │ │ │ ├─────────────────┬─────────────────┼───────┬────────┼─────────────┤техничес-│эксплу-│ │ │ │скорость снижения│скорость коррозии│прогиб │раскры- │ несущая │кого об- │атации │ │ │ │свойств от по- │ металла, мм/год │оси эк-│тие │ способность │следова- │до пе- │ │ │ │верхности бетона │ │сцент.,│трещин в│ остаточная │ния (ре- │рехода │ │ │ ├──────┬──────────┼────────┬────────┤см │бетоне ├───────┬─────┤монта), │в сле- │ │ │ │проч- │проницае- │арматуры│необе- │ │кратко- │пролет-│опор-│годы │дующую │ │ │ │ности,│мости, за │и обето-│тонир. │ │времен. │ные │ные │ │катего-│ │ │ │мм/год│10 лет │ниров. │заклад- │ │(дли- │нор- │на- │ │рию, │ │ │ │ │марка, W │заклад- │ных де- │ │тельн.),│мальные│клон-│ │годы │ │ │ │ │ │ных │талей и │ │мм │сече- │ные, │ │ │ │ │ │ │ │деталей │облицов-│ │ │ния, % │% │ │ │ │ │ │ │ │ │ки │ │ │ │ │ │ │ ├───────┼───────────┼──────┼──────────┼────────┼────────┼───────┼────────┼───────┼─────┼─────────┼───────┤ │I │Исправное │ 1,5 │От 8 до 6 │0,1 │ 0,15 │ 3,0 │0,15 │ 100 │ 100 │10 │До 10 │ │ │ │ │ │(0,05 │ │ --- │(0,1) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │для │ │ 1,5 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │В -II) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ р │ │ │ │ │ │ │ │ ├───────┼───────────┼──────┼──────────┼────────┼────────┼───────┼────────┼───────┼─────┼─────────┼───────┤ │II │Работоспо- │ 5,0 │От 6 до 4 │0,2 │ 0,25 │ 3,5 │0,3 │ 90 │ 95 │до 10 │До 5 │ │ │собное │ │ │(0,10 │ │ --- │(0,15) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │для │ │ 3,0 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │В -II) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ р │ │ │ │ │ │ │ │ ├───────┼───────────┼──────┼──────────┼────────┼────────┼───────┼────────┼───────┼─────┼─────────┼───────┤ │III (а)│Ограниченно│ 7,0 │От 4 до 2 │0,28 │ 0,45 │ 4,0 │0,5 │ 80 │ 85 │до 3 │До 3 │ │ │работоспо- │ │ │(0,2 для│ │ --- │(0,3) │ │ │(5 <*>) │ │ │ │собное │ │ │В -II) │ │ 4,5 │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ р │ │ │ │ │ │ │ │ ├───────┼───────────┼──────┼──────────┼────────┼────────┼───────┼────────┼───────┼─────┼─────────┼───────┤ │III (б)│Ограниченно│ 8,0 │От 2 до 0 │1,5 │ 1,7 │ 5,5 │0,5 │ 65 │ 70 │Ремонт │До 1 │ │ │работоспо- │ │ │(1,0 │ │ --- │(0,4) │ │ │<**> в │ │ │ │собное │ │ │для │ │ 7,5 │ │ │ │течение │ │ │ │ │ │ │В -II) │ │ │ │ │ │года, │ │ │ │ │ │ │ р │ │ │ │ │ │разгруз- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ка, │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │страхо- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │вочные │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │усиления │ │ ├───────┼───────────┼──────┼──────────┼────────┼────────┼───────┼────────┼───────┴─────┼─────────┼───────┤ │IV │Неработо- │ 8,0 │От 2 до 0 │> 1,5 │ > 1,7 │ > 5,5 │> 1,5 │ < 65 │Усиление,│ │ │ │способное │ │ │ │ │ ----- │ │ │восста- │ │ │ │(аварийное)│ │ │ │ │ > 7,5 │ │ │новление,│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │замена │ │ └───────┴───────────┴──────┴──────────┴────────┴────────┴───────┴────────┴─────────────┴─────────┴───────┘
--------------------------------
<*> 5 лет при условии полной уборки снега, ограничения вакуума и избыточного давления на 50%.
<**> При условиях действия ограничений по снеговым нагрузкам 100%, избыточному давлению и вакууму на 50%.
7.10.7. Наличие в резервуаре конструкций III (а) категории позволяет эксплуатировать сооружение в течение трех лет, а при условиях ограничения нагрузок - в течение пяти лет, учитывая интенсивность деструктивных и коррозионных процессов, что переводит конструкции в категорию III (б).
7.10.8. Наличие в резервуаре конструкций I, II, III (а), III (б) категорий создает множество сочетаний в определении остаточного ресурса эксплуатации от десяти до одного года, и решение принимается индивидуально в каждом конкретном случае и вносится в заключение по полному техническому обследованию.
7.10.9. Все выявленные дефекты и повреждения сборных и монолитных железобетонных конструкций резервуаров должны быть исправлены с последующими испытаниями или контрольной проверкой нагрузки.
7.10.10. Ремонтные и восстановительные работы конструктивных элементов и защиты их поверхностей должны производиться по индивидуальному проекту на конкретный резервуар, включая проект производства работ (РД 39-0147103-378-87 [14]).
7.10.11. Для ремонта бетонных поверхностей сборных и монолитных железобетонных конструкций резервуаров необходимо применять специальные бетоны повышенной плотности, морозостойкости и с повышенными защитными свойствами для арматуры - бетоны с модифицированной структурой, специальными неорганическими добавками (микрокремнезем, расширяющиеся добавки) и пластификаторами.
7.10.12. Целесообразность ремонта резервуара и сроки его безопасной эксплуатации должны решаться в каждом конкретном случае на основании результатов полного технического обследования и с учетом технико - экономического анализа.
7.10.13. По оценке результатов полного технического обследования составляется заключение экспертизы промышленной безопасности о техническом состоянии резервуара, условиях его дальнейшей безопасной эксплуатации и определяются сроки следующих частичных наружных и полных технических обследований.