燒結(jié)混合機基礎(chǔ)振動處理實踐

王二林，張愛東，張靈君，張 歌

（北京首鋼股份有限公司，河北 064400）

0 引言

燒結(jié)機是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)主要的生產(chǎn)工藝裝備，其主要任務(wù)是為高爐冶煉提供高質(zhì)量的燒結(jié)礦。燒結(jié)礦生產(chǎn)的主要工藝流程包括配料、混合造粒、燒結(jié)、冷卻、篩分等環(huán)節(jié)，而混合機則是燒結(jié)生產(chǎn)工藝中混合造粒的重要工藝設(shè)施，也是提高燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的重要保障設(shè)施。燒結(jié)混合機主要作用是將經(jīng)過配料工序的燒結(jié)混合料進行加水、混勻和制粒，燒結(jié)混合料經(jīng)過混合機的混勻、制粒后形成小球狀，可使混合料在燒結(jié)過程中能夠具有較好的透氣性。北京首鋼股份有限公司（后稱首鋼股份）煉鐵作業(yè)部二燒車間360m2燒結(jié)機經(jīng)長期高負荷運行，自2021年6月份起一次混合機開始出現(xiàn)明顯周期性振動，為此360m2燒結(jié)機被迫降負荷運行，造成燒結(jié)機不能有效發(fā)揮其產(chǎn)能，燒結(jié)礦成本升高。

通過分析確認，造成360m2燒結(jié)機一次混合機周期性振動的原因是混合機基礎(chǔ)出現(xiàn)問題，故必須對一次混合機基礎(chǔ)進行加固改造。本文對360m2燒結(jié)機一次混合機基礎(chǔ)處理方案及過程進行了解析，介紹了基礎(chǔ)補樁及基礎(chǔ)擴接處理的技術(shù)要求、施工特點以及注意事項，并對處理效果進行了評價。

1 混合機基礎(chǔ)振動概況

1.1 混合機概況

首鋼股份煉鐵作業(yè)部二燒車間360m2燒結(jié)機于2008 年建成投入，年設(shè)計產(chǎn)能370 萬噸，采用兩段臥式混合機對燒結(jié)混合料進行混勻、造粒。該燒結(jié)機一次混合機尺寸規(guī)格為φ3.8m×15m，傾斜角度為2.5°；支撐方式為剛性支撐，進料端和出料端分別布置有兩組鋼托輪，四組鋼托輪支撐筒體；驅(qū)動方式為液壓馬達傳動，液壓馬達帶動小齒輪、小齒輪帶動大齒輪進行運轉(zhuǎn)，日常轉(zhuǎn)速約為6r/min；混合機與燒結(jié)產(chǎn)線同步開停、年平均作業(yè)率為93.7%。

1.2 混合機振動概況

該混合機設(shè)備安裝是嚴(yán)格按照《燒結(jié)機械設(shè)備工程安裝驗收規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行的，自2008 年投產(chǎn)后，運行一直較為穩(wěn)定，主體部件未進行過更換。2020 年因托輪表面出現(xiàn)磨損，6 月結(jié)合燒結(jié)機大修對四組托輪進行了更換。檢修結(jié)束后對混合機托輪、小齒輪安裝數(shù)據(jù)進行了逐一復(fù)測驗收，全部合格[1]。

到2021 年6 月份該混合機開始出現(xiàn)明顯周期性振動，且混合機東南角水泥基礎(chǔ)與廠房地面出現(xiàn)明顯分離，二者縫隙隨混合機轉(zhuǎn)動呈現(xiàn)周期性變化，變化范圍可達到15mm左右。為此，二燒車間組織對混合機托輪高度、水平間距、大小齒輪齒頂間隙、側(cè)間隙等進行逐一測量，并將測量數(shù)據(jù)與2020年6 月份大修驗收數(shù)據(jù)對比，未發(fā)現(xiàn)明顯變化。因混合機主體部件安裝精度良好，部件未見明顯磨損，分析認為，混合機基礎(chǔ)問題是造成混合機振動的原因[2]。

1.3 混合機基礎(chǔ)概況

二燒一次混合機室房屋結(jié)構(gòu)為單層框架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，設(shè)計建造于2007 年，由北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司設(shè)計，北京首鋼礦山建設(shè)工程有限責(zé)任公司施工。設(shè)備基礎(chǔ)上共設(shè)置有四組支座，分別為給料端托輥支座、排料端托輥支座、小齒輪支座、齒輪罩支座。混合機基礎(chǔ)為鋼筋混凝土大塊式基礎(chǔ)，設(shè)備基礎(chǔ)呈梯形體，基礎(chǔ)底面標(biāo)高-2.50m、頂面標(biāo)高3.15m～3.64m，基礎(chǔ)長11.20m、寬6.00m。設(shè)備基礎(chǔ)地基采用CFG 樁（水泥粉煤灰碎石樁）復(fù)合地基。CFG 樁樁徑為600mm，有效樁長10～13m，保護樁長不小于0.50m，樁端進入持力層不小于1.0m。混合機基礎(chǔ)及CFG 樁混凝土強度設(shè)計等級均為C25，分布筋均為HRB335。

1.4 混合機基礎(chǔ)地質(zhì)概況

混合機室地質(zhì)勘查報告顯示：“本工程場地基底標(biāo)高81.8m，全風(fēng)化片麻巖頂標(biāo)高69～71m，建議采用CFG 樁復(fù)合地基，以⑥層全風(fēng)化片麻巖為樁端持力層”，⑥層是本工程補樁樁基的設(shè)計持力層。混合機基礎(chǔ)地質(zhì)剖面圖如圖1所示。

圖1 混合機基礎(chǔ)地質(zhì)剖面圖

2 混合機基礎(chǔ)處理方案

2.1 混合機基礎(chǔ)加固方案及步驟

混合機廠房內(nèi)設(shè)備布置密集、緊湊，可供加固設(shè)計、施工的空間十分有限。需要消除振動的混合機滾筒基礎(chǔ)南側(cè)邊緣距廠房柱基礎(chǔ)邊緣僅有1.15m的空間，而且這個區(qū)域的周邊和上部有液壓管線和其他干涉的設(shè)備分布。施工時，設(shè)備不能長時間的停歇，絕大多數(shù)施工作業(yè)是在設(shè)備運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下完成的，這對基礎(chǔ)加固方案又提出了更高的要求。

經(jīng)研究，計劃在混合機滾筒老基礎(chǔ)南北兩側(cè)增加四個新造基礎(chǔ)，新造基礎(chǔ)下面設(shè)計開口鋼管樁（規(guī)格：φ219mm×10mm，單樁長度：25m，最大壓樁力：1150kN）36 套，具體樁數(shù)、樁長需要試壓后再做調(diào)整。如果南北兩側(cè)新造基礎(chǔ)不能消除混合機振動，還需對有加固條件的西側(cè)進行開挖增大新建基礎(chǔ)面積，增加壓樁數(shù)量。

施工在盡可能減少停機時間的情況下實施，新造基礎(chǔ)基坑開挖后老基礎(chǔ)振動可能會加大，2.5m深基坑防護，廠房基礎(chǔ)防護、監(jiān)測，基礎(chǔ)植筋打孔，使植筋膠在孔中凝結(jié)不流出等施工難度很大，防止振動對施工造成的影響需要采取措施防范[3]。

施工步驟為：開挖四個新造基礎(chǔ)基坑，基坑支護，廠房監(jiān)測（本工作貫穿工程始末，及時預(yù)警）；在開挖的基坑內(nèi)打植筋孔并植筋；測量放線確定樁位并安裝預(yù)制壓樁孔（四塊δ=6mm 的300mm×350mm×2500mm 的梯形鋼板焊接成的錐型預(yù)制壓樁孔），鋼筋綁扎焊接并與植筋、預(yù)制壓樁孔相連；反力架地腳螺栓安裝，模板安裝。第一次停機48小時，進行新造基礎(chǔ)澆筑、養(yǎng)生，通過反力架壓樁36套；第二次停機36 小時，澆筑預(yù)制壓樁孔及地坪恢復(fù)，恢復(fù)生產(chǎn)，交工驗收。

2.2 基礎(chǔ)補樁處理

2.2.1 補樁技術(shù)方案

根據(jù)補樁加固方案設(shè)計，錨桿靜壓樁平面布置圖如圖2所示。

圖2 錨桿靜壓樁平面布置圖

2.2.2 補樁技術(shù)參數(shù)

根據(jù)補樁加固方案設(shè)計，本加固工程相關(guān)設(shè)計技術(shù)參數(shù)如表1所示：

表1 補樁設(shè)計技術(shù)參數(shù)一覽表

2.2.3 錨桿靜壓管樁技術(shù)要求

（1）制樁：樁段節(jié)長采取0.8～1.2m，鋼管切口要求下料平整、光滑、無毛刺，鋼管樁樁段對接處采用坡口焊接，坡口為上段管單坡口，并嚴(yán)禁手工汽割成型；

（2）高強灌漿料澆鑄平臺，預(yù)埋地腳螺絲，預(yù)留壓樁孔；

（3）壓樁：壓樁時應(yīng)使千斤頂與樁段中軸線偏心度不得超過1%，壓樁過程除接樁外，中途盡量減少停歇，避免壓樁至中途停歇而過夜；

（4）接樁：樁段與樁段的連接采用內(nèi)襯環(huán)坡口半自動氣體保護對接熔透焊，焊接質(zhì)量等級二級；

（5）壓樁終止標(biāo)準(zhǔn)：采取雙控制標(biāo)準(zhǔn)，既壓樁過程中要同時控制壓樁深度及壓樁壓力，但應(yīng)以壓樁力為主；

（6）灌芯：灌芯混凝土采用G60型灌漿料。

2.2.4 錨桿靜壓管樁補樁工程特點

（1）本工程補樁施工工藝復(fù)雜，施工難度大；

（2）施工作業(yè)面位于廠房內(nèi)，空間低矮狹窄，而且四周有液壓管路等干涉設(shè)備，施工條件差；

（3）補樁在進入持力層時以壓樁力為主控參數(shù)，壓樁到位后，如壓樁力不足1150KN 則須繼續(xù)加樁施壓，直至不小于1150KN為止；

（4）因停機時間短，不能等混凝土28 天強度達到標(biāo)準(zhǔn)以后再進行預(yù)埋錨桿、靜壓鋼管，因此本工程采用灌漿料施工，節(jié)約停機及養(yǎng)護時間。封樁要求先加載預(yù)應(yīng)力后，再封樁；

（5）本工程為控制不均勻沉降的應(yīng)急處理，所以施工條件差，要求高，任務(wù)緊。

2.3 基礎(chǔ)擴接處理

2.3.1 基礎(chǔ)擴接方案

基礎(chǔ)擴接設(shè)計方案詳見圖3所示。

圖3 基礎(chǔ)擴接方案示意圖

2.3.2 基礎(chǔ)擴接工藝流程

基礎(chǔ)擴接工藝流程詳見圖4所示。

圖4 基礎(chǔ)擴接工藝流程示意圖

2.3.3 基礎(chǔ)擴接預(yù)留孔及預(yù)埋件

（1）預(yù)留壓樁孔：預(yù)留孔模板為尺寸300mm×350mm×2500mm，鋼板厚度6mm；基礎(chǔ)擴接同時預(yù)留壓樁孔，即鋼筋綁扎安裝前放出樁位，固定好預(yù)留孔鋼板盒；橫向鋼筋遇到預(yù)留孔時彎起并焊接到預(yù)留孔鋼模外側(cè)面上。

（2）錨桿埋設(shè)：錨桿采用屈服強度≥930MPa 的φ25mm 高強精軋螺紋鋼；錨桿預(yù)埋深度≥500mm，總長度≥650mm；每根樁設(shè)6根錨桿。

2.3.4 基礎(chǔ)加接施工注意事項

（1）基礎(chǔ)加接施工要嚴(yán)格按照有關(guān)鋼筋混凝土施工規(guī)范進行，所使用的進場材料必須具備相關(guān)質(zhì)保資料，并按規(guī)定進行抽樣送檢，合格后方可投入使用。

（2）新老混凝土接合面務(wù)必要鑿毛；澆搗新混凝土前要對老基礎(chǔ)面提前澆水，使之充分濕潤，并刷界面劑或刷漿。

（3）植筋孔孔深≥15d，灌膠前必須將孔內(nèi)灰塵吹盡；植筋膠要飽滿，鋼筋旋轉(zhuǎn)植入。

（4）混凝土澆灌前必須確保人員、設(shè)備和工具準(zhǔn)備充分、齊全，澆灌路線暢通；檢查模板支撐的穩(wěn)定情況，發(fā)現(xiàn)問題及時加固；在澆筑后12h 內(nèi)對砼加以覆蓋并灑水養(yǎng)護。

（5）現(xiàn)場制作同條件養(yǎng)護的試塊，通過對試塊進行檢測來安排后期壓樁施工步驟。

3 結(jié)語

燒結(jié)機混合機基礎(chǔ)出現(xiàn)開裂和不均勻沉降是不常見的問題，處理起來沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可借鑒，另外燒結(jié)機設(shè)備又不能長期停機，這對此次混合機基礎(chǔ)處理帶來很大的難度。通過詳細的調(diào)研、嚴(yán)密的加固改造方案論證、精細的施工準(zhǔn)備、科學(xué)的施工組織，順利的完成了二燒車間360m2燒結(jié)機一次混合機基礎(chǔ)加固改造任務(wù)。

實踐證明此次一次混合機基礎(chǔ)加固改造方案有效、可行，通過基礎(chǔ)補樁和擴接處理，在隨后的運行過程中，混合機基礎(chǔ)不再晃動。該處理方式從最大程度上降低了生產(chǎn)中斷造成的損失，這也為國內(nèi)同類型在用設(shè)備的基礎(chǔ)處理提供了參考。