儲煤場框架柱、梁機械傷害后加固修復設計及施工實踐

李斌宇 邊艷春

(太原東山煤礦有限責任公司,山西省太原市,030043)

儲煤場框架柱、梁機械傷害后加固修復設計及施工實踐

李斌宇 邊艷春

(太原東山煤礦有限責任公司,山西省太原市,030043)

針對煤礦地面儲煤場框架受機械傷害后,分析了受損原因,制定出相應的加固修復方案,并介紹該工程施工技術和工藝。實踐證明該工程加固效果良好,達到了結構安全、費用和工期減少的整體綜合目標。提出類似環境建筑設計方案的幾點建議。

儲煤系統 儲煤場框架柱梁 加固修復

1 工程概況

太原東山煤礦地面儲煤系統建于1984年,儲煤能力為20萬t,卸回煤走廊位于地面儲煤場上方。走廊框架東西走向長120 m、寬5.6 m,卸回煤走廊總高15 m,凈高14.5 m,屬鋼筋混凝土框架排架結構。排架柱高12 m,排架柱截面1000 mm×600 mm,排架梁截面300 mm×600 mm,混凝土等級為C20。由于地面露天儲煤場普遍采用推土機回煤的方式作業,經過近30年的使用致使場地內框架柱、梁結構受機械傷害和化學腐蝕嚴重,經檢測柱截面普遍受損率達30%,局部達40%,梁截面受損率達90%,見圖1,直接影響其使用功能和結構的安全運行。為保證生產系統的安全,必須對框架柱、梁進行加固修復。

2 原因分析

2.1 主要原因(物理因素)

柱、梁結構破壞的主要原因為機械外力作用的破壞。露天儲煤場的回煤主要依靠設置于地下的回煤地道,通過帶式輸送機將煤炭運送至專用線上的筒倉。露天儲煤除地上很少一部分靠重力作用可以通過漏斗送入帶式輸送機回煤外,其它絕大部分靠推土機輔助推至卸煤漏斗處回煤。在推土機回煤過程中,由于既有平面的推行又有豎向的活動力,機械控制有很大的難度,所以推土機在回煤時往往致使原有柱、梁混凝土截面損壞,且大部分為柱、梁角混凝土破壞,致使柱、梁鋼筋外露、變形、斷裂,甚至有的鋼筋和混凝土已經不存在。

圖1 加固前照片

2.2 次要原因(化學因素)

(1)工程實踐表明,煤炭中伴隨著大量的有害物質,特別是高硫煤中的無機結晶狀態的黃鐵礦、硫化物和硫酸鹽不僅對環境有害,而且對建構筑物也十分有害,甚至危及建構筑物的壽命。對長期處于露天環境的棧橋、儲煤倉、儲煤構筑物損害非常嚴重。煤中的有害物質和有害氣體長期浸蝕導致混凝土堿度降低,進而加速鋼筋混凝土的碳化速度,嚴重腐蝕構件中的鋼筋。

(2)混凝土受破壞、腐蝕過程中,內部鋼筋也受到不同程度的碳化、硫化,反應形成的化學物質體積膨脹導致混凝土保護層破裂,從而加速構筑物的破壞。現已引起工程界的重視。

2.3 施工原因(工程質量的原因)

在工程調查中也發現,由于工程施工過程中鋼筋位置不正確,保護層達不到規范的厚度,(有的僅為0.5～1.0 cm);還有若施工時震搗不實,表面裂縫嚴重,有害物質容易浸蝕結構。

3 加固修復設計方案

3.1 加固修復指導思想

根據現場察看情況,為確保加固后結構構件承載力,滿足長期繼續使用的要求,設計和施工都應遵循《混凝土結構加固技術規范》(CECS25:90)。進行加固修復方案既要滿足安全性和耐久性要求,又要考慮到便于施工,有利于縮短加固工期,節約成本的要求。

3.2 原設計情況

原設計柱、梁截面尺寸均為矩形,柱高為12 m,斷面尺寸為600 mm×1000 mm,原梁凈跨度為3.6 m,斷面尺寸為400 mm×600 mm,儲煤場內共有9個柱、梁框架需加固修復。

3.3 基礎及柱、梁加固修復方案

根據實際條件和使用要求選取施工工藝簡單、適應性強的直接加大截面法進行加固。同時考慮截面形式和混凝土保護層厚度。此法目前具有成熟的設計和施工經驗。

(1)原柱基礎保留矩形截面,采用加大混凝土承臺基礎斷面尺寸的方法,并在四周均放置28根?12 mm、長1200 mm和4根?22 mm鋼筋以約束混凝土變形。單柱新增傳力面積為3.532 m。

(2)原設計中未考慮柱、梁角局部加固防撞,為減輕推土機對柱、梁框架的機械破壞,柱、梁截面均設計成圓形,受損鋼筋修整,缺失鋼筋采用同直徑鋼筋植筋或焊接的方法補充。所有結構鋼筋保護層厚度不小于75 mm,儲煤場柱、梁加固示意圖見圖2。

圖2 儲煤場柱、梁加固示意圖

(3)為加強新舊混凝土交接,柱、梁側植筋。加固用混凝土一律為C30。鋼筋均為螺紋鋼,鋼筋采用雙面搭焊接。

4 框架柱、梁加固修復施工技術

加固施工采用先基礎后框架柱,先立柱后橫梁的順序組織施工。在施工過程中對原有結構的保護、新舊結構的界面處理、加強新舊混凝土連接,以及植筋錨固質量是本工程施工控制的重點。

4.1 施工流程

剔除受侵蝕破壞的混凝土—→調整除銹或補焊同直徑鋼筋—→原柱、梁側面植筋—→清洗表面—→外圍加固鋼筋綁扎—→支?！鷿沧⒒炷痢B護—→拆模。

4.2 施工要點

(1)用小外錘人工剔除原柱表面受侵蝕破壞的混凝土,并在此基礎上將表面充分鑿毛,不能存在有帶煤的面,深度約15～25 mm;(2)對原有鋼筋進行修復調整、除銹,有缺失的補焊同直徑鋼筋,焊接采用雙面焊,相鄰接頭彼此錯開500 mm;(3)原柱側面植?16 mm鋼筋,孔洞內要清理干凈,植入深度不小于200 mm;(4)用清潔水沖洗混凝土表面,增加界面劑以增強新舊混凝土粘結性;(5)外觀綁扎增設的鋼筋,保護層厚度75 mm;(6)澆注混凝土梁柱由于截面為圓形,對支模要求較高,模具安裝應牢固、穩定,柱、梁交接處模具保證不漏漿;(7)澆筑強度不低于C30的混凝土,澆注時有專人負責振搗,用橡皮錘敲擊模具,保證灌注密實;(8)混凝土養護要及時到位,前期養護7 d,每天噴水3～4次,7 d后可視實際情況進行必要的后期養護;(9)混凝土的澆注、養護應符合《混凝土結構工程施工質量驗收規范》(GB50204-2002)的要求;(10)為保證加固質量及拆模支撐安全,每加固一根梁,最少留一組試塊,試塊強度達到設計強度70%以上,方可拆除模具及支撐。修復加固后的效果圖見圖3。

圖3 加固后照片

5 結語

經過對儲煤場柱、梁加固后一年多的認真觀測,未發現異常情況出現,取得了良好的修復效果(見圖3)和一定的經濟效益。同時也對類似環境條件下的建筑設計方案提出以下幾點建議。

(1)工程設計時應注意特殊環境下對建構筑物的保護,采取相應的保護措施。設計單位在設計前應對建構筑物環境條件進行仔細調查和分析。根據結構所處的腐蝕環境嚴酷程度,從設計上提出保護措施,以實現結構耐久性的目的。

(2)針對當前大多數煤礦儲煤場仍采用機械回煤的方法,建議在框架柱、梁的設計中采用圓形截面以減輕對柱、梁的機械破壞程度?；蛘咧?、梁角表面增設角鋼等鋼結構保護,但需考慮防腐措施。

(3)框架混凝土長期處于存煤環境中,為提高其抗侵蝕能力,可采取在混凝土中添加抗硫防腐劑或選擇合適的水泥品種和抗酸性骨料。

(4)提高混凝土構件的質量,提倡凈面混凝土?；炷翝沧r要選好配合比,施工時采用凈面混凝土技術,確保混凝土的密實度,提高其抗滲性。在成品混凝土上采取環氧基液涂層加以保護。為更好的保護鋼筋,應適當增加其保護層厚度。

(5)建議重視已有建筑物的日常保護。工程使用單位應制訂嚴格保護措施,有針對性地完善作業規程,教育推土機司機等作業人員增強保護意識。

Rehabilitation and reinforcement design and construction practice for mechanical damage of column and beam of coal storage yard framework

Li Binyu,Bian Yanchun
(Taiyuan Dongshan Coal Mine Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030043,China)

To cope with the mechanical damage of coal storage framework in the ground of coal mines,the paper analyzes the reasons of damages,proposes correspondent plan for rehabilitation and reinforcement,and introduces the construction techniques for the project.It is proved that the project has a good effect for reinforcement,and reaches the comprehensive target of safety construction and reduction of cost and project time.The author also put forward some suggestion for similar plan of environment architecture design.

coal storage,column and beam of the framework of coal storage yard,rehabilitation and reinforcement

TD564

B

李斌宇(1961-),男,山西代縣人,高級工程師,工程碩士,山西省煤炭科技專家,太原東山煤礦有限責任公司副總經理、董事,長期從事煤礦礦井建設、管理和研究工作。

(責任編輯 張艷華)