礦建工程質量缺陷分析及控制措施研究

朱全斐

(臨汾地方煤礦建設工程質量監督站,山西 臨汾 041000)

隨著我國經濟建設快速發展，煤炭需求量逐年攀升,新建、改擴建等礦建工程增多,礦建工程質量問題頻發[1]。由于礦建工程的施工工藝和環境特殊,其事故率和安全問題往往更大更嚴重。在礦建工程中,勘察、設計、施工等方面存在的質量缺陷都會引發工程結構強度、剛度和穩定性降低,損害構筑物外觀及影響使用功能,如地基下沉、煤倉墻體開裂、巷道坍塌等質量事故,這些問題不僅影響工程正常使用,還會給國家、煤炭企業和人民帶來重大生命財產損失。因此,找出礦建工程中易出現質量缺陷的部位并分析其形成機理、提前制定有針對性的預防控制措施具有很強的實用價值,對保障煤炭企業安全高效生產有重要的現實意義。

1 礦建工程質量缺陷分類

根據具體的施工地點、作業環境和使用功能,礦建工程可被劃分為井下開拓工程、地面生產生活設施工程和井上、井下安裝工程三大類。地面工業廣場的井塔和井架是最具有代表性的礦建工程,是煤炭領域特有的生產作業平臺,如果此類工程存在質量缺陷,將直接制約煤炭生產企業的井下采掘作業環節。混凝土是礦建工程的主要構筑材料,鋼筋混凝土問題是出現最多的質量缺陷,如混凝土配比不合適可在構筑物表面或內部產生裂紋,鋼筋位置偏差可導致構筑物位置、尺寸與設計不符等質量缺陷。

1.1 井塔、井架基礎質量缺陷

礦建工程主要在地下,占用地面地基較少,只有工業廣場的井塔和井架占用地面地基。地基是任何建(構)筑物的主要承載受力結構,井塔和井架使用功能的發揮主要受地基強度、剛度和穩定性的影響。井塔和井架質量缺陷主要表現為地基沉降過大或下沉不均勻,導致局部基礎塌陷。礦建工程的設計和施工環節存在錯誤或不合格均可引發井塔、井架基礎強度、剛度不足,承載力偏低等質量缺陷。

井塔和井架地基沉降過大或下沉不均勻的客觀原因是地基下部土質松動,其下降變形程度主要取決于地基土的類別和結構上部荷載的大小。引起井塔和井架基礎局部塌陷缺陷的主觀因素有:1)鄰近建筑的深基坑開挖；2)基礎距邊坡太近；3)地基下部或周圍存在勘探尚未發現的孔洞穴等。

1.2 煤倉、井筒質量缺陷

煤倉和井筒的主要構筑材料是混凝土,其質量缺陷的具體表現形式是墻壁面裂縫,如混凝土塑性沉降或收縮裂縫、溫度應力裂縫、水化收縮及干縮等裂縫[3]。由于煤倉和井筒是煤炭企業組織生產必須使用的兩個重要構筑物,如果其墻壁面出現裂縫缺陷而不能及時發現并處理,則井下采掘生產作業面臨巨大的安全隱患。地層中的流沙可從墻壁面裂縫進入井筒,使井筒墻壁面因側壓過大而坍塌,嚴重的可造成整個井筒被掩埋的災難性后果。

拌制好的混凝土是具有一定稠度的膠結漿體,石子等骨料顆粒懸浮于其中。混凝土澆筑后,當骨料的沉降運動受到阻礙或水分上升至鋼筋及大骨料的底部時形成結構內部軟弱連接點,當混凝土干后會在表面及內部產生塑性沉降裂縫缺陷。混凝土養護期間,因周圍環境溫度較高或灑水不足而使漿體中的水分在短時間內蒸發可導致塑性收縮裂縫缺陷;如果積聚在混凝土內部的水泥水化熱不易散發,結構內部持續升溫,因結構內部與表面存在較大的溫度差值而使構筑物在內部壓應力、表面拉應力作用下產生溫度應力裂縫缺陷。為滿足流動性要求,混凝土的水灰比一般較低,在硬化過程中水分不斷蒸發,如果在混凝土結構終凝前飽水養護不足,在煤倉和井筒內部及表面極易產生干縮裂縫。

2 礦建工程質量缺陷形成原因分析

分析礦建工程中出現的各種質量缺陷可知,引發礦建工程質量缺陷的因素非常多,可分類概括為技術因素、地質氣候條件因素、管理和人的因素。引發礦建工程質量缺陷的技術因素一般是指設計、施工等環節的技術組織措施,嚴格根據技術規范進行施工操作是避免因技術因素而導致礦建工程質量缺陷的關鍵。

不管是地面還是井下,煤炭企業生產條件復雜,受地質氣候條件因素影響較大容易出現礦建工程質量缺陷。如鋼筋混凝土結構工程工序多且復雜,完全凝結硬化成形時間長,易受環境氣候因素影響。井下的氣溫和空氣濕度較高,澆筑的鋼筋混凝土因長時間受此不利因素影響往往會產生裂縫,導致構件承載力降低等嚴重的工程質量缺陷。

為確保礦建工程在安全的前提下能夠按質保量完成,管理礦建工程需要同時具備技術與管理技能。管理因素貫穿整個礦建工程的各個環節,制定方案、組織人員、準備材料、現場施工及質量監督都需要提出科學合理且具體可行的管理措施。具體的技術與管理措施最終要落實到人的實施,礦建工程施工應強化組織管理,以人為中心,提高所有參與人員的素質與質量意識。礦建工程的責任主體、決策者、管理者和實施者都是人,而人具有能動性、開創性和不穩定性,礦建工程質量直接受人的影響,因此人是引發礦建工程質量缺陷的首要因素[4]。

礦建工程的提出、設計、施工和使用涉及到設計單位、施工單位、質量監督單位和建設單位[5]。礦建工程實施前,設計單位需做出合理的指導方案,方案有誤或不完整都可引發后續的質量缺陷。如煤層結構設計不對稱而造成使用過程中受力不均勻；前期地質勘探不充分而將井塔和井架基礎置于未經處理的松軟土層；煤倉結構尺寸大而未按技術要求設置伸縮縫等。

3 礦建工程質量缺陷控制措施研究

礦建工程涉及環節及準備工作比較多,有時不同種類的工程平行或交叉作業，因此,前期準備工作對礦建工程質量控制至關重要。在礦建工程施工前,應對各環節各階段的工作有一個總體把握,并作出周密計劃和詳盡安排,針對可能出現的問題及早制定對策進行預防控制。眾所周知,任何問題出現前都會表現出異常征兆,即出現礦建工程質量缺陷前也會表現出一定的前期征兆。如果能及早識別質量缺陷前期征兆并準確找出誘發因素,采取相應的控制措施阻止問題繼續擴大,不但可保障安全施工,而且還能節省很多不必要的財力、物力和人力投入。

3.1 前期質量缺陷控制措施研究

礦建工程龐大且復雜,各項工作涉及面廣,工程結構類型及質量標準多且施工方法不同,建設周期長,受自然地質條件影響大,前期質量控制難度大。因此,礦建工程前期質量缺陷控制措施應從辯證統一的前期準備、投資保障和安全管理三個角度深入。圖1為礦建工程質量缺陷前期控制措施的辯證統一關系。

圖1 礦建工程質量缺陷前期控制措施辯證統一關系圖Fig.1 Dialectical unity of preliminary control for quality defects in mine construction projects

只有在充分的前期準備工作保障下,礦建工程施工過程才能有序而不顧此失彼[6]。投資到位可在施工過程中控制建設方不能隨意更改資金計劃,整個礦建工程不會因為投資變化而引發質量缺陷。任何生產活動都應把安全放在首位,施工人員在良好的安全措施保障下才能全身心投入礦建工程施工中,減少因精神不集中而造成的質量缺陷。

3.2 施工階段質量缺陷監督管理控制措施研究

施工階段是礦建工程質量缺陷的形成期,這一時期的工程管理和監督對控制工程質量至關重要。如果施工過程中構筑井筒、煤倉等特殊工程的混凝土配比不合適,結構形成后，強度、剛度不符合功能要求,不僅返工浪費材料,增加成本,嚴重的還可能導致井筒、煤倉報廢或人員傷亡。因此,質量監督單位擔當著重要的質量監督角色,必須認真負責地對材料設備供應、現場施工單位及人員做好質量監督工作,防止出現質量缺陷,保證工程實體質量。

我國有嚴格的礦建工程質量監督管理制度,礦建工程驗收投入使用前,政府質量監督管理機構要進行檢驗與核查,對于檢查出的不合格工程,需要在保證結構安全和使用功能的前提下返修,直至檢驗合格。返工不僅消耗人力、物力和財力,增加成本,延誤工期,而且有些無法修復的工程存在使用上的功能及安全隱患。礦建工程完工后,可能因為檢測設備功能限制而使部分隱蔽性工程無法檢測,留下質量隱患影響正常使用。施工階段質量缺陷監督管理控制措施見圖2。

圖2 施工階段質量缺陷監督管理控制措施簡圖Fig.2 Supervision, management and control of quality defects in the construction stage

4 結束語

礦建工程質量缺陷是人、技術、地質條件和管理等多方面因素相互作用及影響的結果,只強調某一單個因素而忽視其他多方面因素都不能控制好質量缺陷。分析礦建工程質量缺陷出現的原因及研究對應的控制措施能夠有效預防礦建工程質量缺陷,對促進我國煤炭行業安全生產具有一定的積極推動作用。