储煤场框架柱、梁机械伤害后加固修复设计及施工实践

李斌宇 边艳春

(太原东山煤矿有限责任公司,山西省太原市,030043)

储煤场框架柱、梁机械伤害后加固修复设计及施工实践

李斌宇 边艳春

(太原东山煤矿有限责任公司,山西省太原市,030043)

针对煤矿地面储煤场框架受机械伤害后,分析了受损原因,制定出相应的加固修复方案,并介绍该工程施工技术和工艺。实践证明该工程加固效果良好,达到了结构安全、费用和工期减少的整体综合目标。提出类似环境建筑设计方案的几点建议。

储煤系统 储煤场框架柱梁 加固修复

1 工程概况

太原东山煤矿地面储煤系统建于1984年,储煤能力为20万t,卸回煤走廊位于地面储煤场上方。走廊框架东西走向长120 m、宽5.6 m,卸回煤走廊总高15 m,净高14.5 m,属钢筋混凝土框架排架结构。排架柱高12 m,排架柱截面1000 mm×600 mm,排架梁截面300 mm×600 mm,混凝土等级为C20。由于地面露天储煤场普遍采用推土机回煤的方式作业,经过近30年的使用致使场地内框架柱、梁结构受机械伤害和化学腐蚀严重,经检测柱截面普遍受损率达30%,局部达40%,梁截面受损率达90%,见图1,直接影响其使用功能和结构的安全运行。为保证生产系统的安全,必须对框架柱、梁进行加固修复。

2 原因分析

2.1 主要原因(物理因素)

柱、梁结构破坏的主要原因为机械外力作用的破坏。露天储煤场的回煤主要依靠设置于地下的回煤地道,通过带式输送机将煤炭运送至专用线上的筒仓。露天储煤除地上很少一部分靠重力作用可以通过漏斗送入带式输送机回煤外,其它绝大部分靠推土机辅助推至卸煤漏斗处回煤。在推土机回煤过程中,由于既有平面的推行又有竖向的活动力,机械控制有很大的难度,所以推土机在回煤时往往致使原有柱、梁混凝土截面损坏,且大部分为柱、梁角混凝土破坏,致使柱、梁钢筋外露、变形、断裂,甚至有的钢筋和混凝土已经不存在。

图1 加固前照片

2.2 次要原因(化学因素)

(1)工程实践表明,煤炭中伴随着大量的有害物质,特别是高硫煤中的无机结晶状态的黄铁矿、硫化物和硫酸盐不仅对环境有害,而且对建构筑物也十分有害,甚至危及建构筑物的寿命。对长期处于露天环境的栈桥、储煤仓、储煤构筑物损害非常严重。煤中的有害物质和有害气体长期浸蚀导致混凝土碱度降低,进而加速钢筋混凝土的碳化速度,严重腐蚀构件中的钢筋。

(2)混凝土受破坏、腐蚀过程中,内部钢筋也受到不同程度的碳化、硫化,反应形成的化学物质体积膨胀导致混凝土保护层破裂,从而加速构筑物的破坏。现已引起工程界的重视。

2.3 施工原因(工程质量的原因)

在工程调查中也发现,由于工程施工过程中钢筋位置不正确,保护层达不到规范的厚度,(有的仅为0.5～1.0 cm);还有若施工时震捣不实,表面裂缝严重,有害物质容易浸蚀结构。

3 加固修复设计方案

3.1 加固修复指导思想

根据现场察看情况,为确保加固后结构构件承载力,满足长期继续使用的要求,设计和施工都应遵循《混凝土结构加固技术规范》(CECS25:90)。进行加固修复方案既要满足安全性和耐久性要求,又要考虑到便于施工,有利于缩短加固工期,节约成本的要求。

3.2 原设计情况

原设计柱、梁截面尺寸均为矩形,柱高为12 m,断面尺寸为600 mm×1000 mm,原梁净跨度为3.6 m,断面尺寸为400 mm×600 mm,储煤场内共有9个柱、梁框架需加固修复。

3.3 基础及柱、梁加固修复方案

根据实际条件和使用要求选取施工工艺简单、适应性强的直接加大截面法进行加固。同时考虑截面形式和混凝土保护层厚度。此法目前具有成熟的设计和施工经验。

(1)原柱基础保留矩形截面,采用加大混凝土承台基础断面尺寸的方法,并在四周均放置28根ø12 mm、长1200 mm和4根ø22 mm钢筋以约束混凝土变形。单柱新增传力面积为3.532 m。

(2)原设计中未考虑柱、梁角局部加固防撞,为减轻推土机对柱、梁框架的机械破坏,柱、梁截面均设计成圆形,受损钢筋修整,缺失钢筋采用同直径钢筋植筋或焊接的方法补充。所有结构钢筋保护层厚度不小于75 mm,储煤场柱、梁加固示意图见图2。

图2 储煤场柱、梁加固示意图

(3)为加强新旧混凝土交接,柱、梁侧植筋。加固用混凝土一律为C30。钢筋均为螺纹钢,钢筋采用双面搭焊接。

4 框架柱、梁加固修复施工技术

加固施工采用先基础后框架柱,先立柱后横梁的顺序组织施工。在施工过程中对原有结构的保护、新旧结构的界面处理、加强新旧混凝土连接,以及植筋锚固质量是本工程施工控制的重点。

4.1 施工流程

剔除受侵蚀破坏的混凝土—→调整除锈或补焊同直径钢筋—→原柱、梁侧面植筋—→清洗表面—→外围加固钢筋绑扎—→支模—→浇注混凝土—→养护—→拆模。

4.2 施工要点

(1)用小外锤人工剔除原柱表面受侵蚀破坏的混凝土,并在此基础上将表面充分凿毛,不能存在有带煤的面,深度约15～25 mm;(2)对原有钢筋进行修复调整、除锈,有缺失的补焊同直径钢筋,焊接采用双面焊,相邻接头彼此错开500 mm;(3)原柱侧面植ø16 mm钢筋,孔洞内要清理干净,植入深度不小于200 mm;(4)用清洁水冲洗混凝土表面,增加界面剂以增强新旧混凝土粘结性;(5)外观绑扎增设的钢筋,保护层厚度75 mm;(6)浇注混凝土梁柱由于截面为圆形,对支模要求较高,模具安装应牢固、稳定,柱、梁交接处模具保证不漏浆;(7)浇筑强度不低于C30的混凝土,浇注时有专人负责振捣,用橡皮锤敲击模具,保证灌注密实;(8)混凝土养护要及时到位,前期养护7 d,每天喷水3～4次,7 d后可视实际情况进行必要的后期养护;(9)混凝土的浇注、养护应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)的要求;(10)为保证加固质量及拆模支撑安全,每加固一根梁,最少留一组试块,试块强度达到设计强度70%以上,方可拆除模具及支撑。修复加固后的效果图见图3。

图3 加固后照片

5 结语

经过对储煤场柱、梁加固后一年多的认真观测,未发现异常情况出现,取得了良好的修复效果(见图3)和一定的经济效益。同时也对类似环境条件下的建筑设计方案提出以下几点建议。

(1)工程设计时应注意特殊环境下对建构筑物的保护,采取相应的保护措施。设计单位在设计前应对建构筑物环境条件进行仔细调查和分析。根据结构所处的腐蚀环境严酷程度,从设计上提出保护措施,以实现结构耐久性的目的。

(2)针对当前大多数煤矿储煤场仍采用机械回煤的方法,建议在框架柱、梁的设计中采用圆形截面以减轻对柱、梁的机械破坏程度。或者柱、梁角表面增设角钢等钢结构保护,但需考虑防腐措施。

(3)框架混凝土长期处于存煤环境中,为提高其抗侵蚀能力,可采取在混凝土中添加抗硫防腐剂或选择合适的水泥品种和抗酸性骨料。

(4)提高混凝土构件的质量,提倡净面混凝土。混凝土浇注时要选好配合比,施工时采用净面混凝土技术,确保混凝土的密实度,提高其抗渗性。在成品混凝土上采取环氧基液涂层加以保护。为更好的保护钢筋,应适当增加其保护层厚度。

(5)建议重视已有建筑物的日常保护。工程使用单位应制订严格保护措施,有针对性地完善作业规程,教育推土机司机等作业人员增强保护意识。

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,山西代县人,高级工程师,工程硕士,山西省煤炭科技专家,太原东山煤矿有限责任公司副总经理、董事,长期从事煤矿矿井建设、管理和研究工作。

(责任编辑 张艳华)