某鋼廠高爐貯礦槽托梁換柱逆作法施工

**1#高爐貯礦槽托梁換柱逆作法施工1概況**1#高爐大修礦槽改造工程項目施工是在高達(dá)20m左右礦槽構(gòu)筑物不拆除及構(gòu)筑物內(nèi)的機(jī)電設(shè)備仍需正常運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，將上料小車礦槽部分拆除，并原地擴(kuò)建一座上口內(nèi)空尺寸為9720×10185mm，下口內(nèi)空尺寸為9720×4580mm（一方為61.20度的斜壁）,槽底標(biāo)高▼-11.36m，壁厚600mm的倒棱臺形地下槽體構(gòu)筑物（其中板底的積水井1200×1200mm，深800mm），通過礦槽構(gòu)筑物上部結(jié)構(gòu)局部加固，以滿足高爐改建后上料小車擴(kuò)容的需要。原座落在坑里上料系統(tǒng)的廠房柱（1根）要予以保留，并采取加固措施，同時隨著坑底加深要延長柱身和加大斷面，使其座落在新建的貯礦槽底板上。原構(gòu)筑物柱間尺寸為7000×8400mm，槽深8.4m，在礦槽坑周圍共有9根支承上部結(jié)構(gòu)的廠房柱。礦槽坑改造后其中支撐構(gòu)筑物的一根柱及基礎(chǔ)位于礦槽坑內(nèi)，另一根柱（600×1000）與槽斜壁上口相交其柱基礎(chǔ)深入坑內(nèi)739mm，剩余七根，除一根柱基與槽壁相距150mm外，其余六根柱基與相鄰槽壁相隔790mm，它們分別座落在槽坑的四周，施工期間必須采取可靠的支護(hù)措施。因該礦槽原始設(shè)計資料不全，設(shè)計單位未作出詳細(xì)的施工措施設(shè)計方案，而要求施工單位提出可靠的基坑支護(hù)措施，確保槽坑周邊八根柱基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)整體安全穩(wěn)定，因而基坑的支護(hù)及柱子的加長加固成為施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2托梁換柱方案的選擇以確保構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全為前提，施工前必須對坑中的柱子采取臨時支撐體系加固，將柱承受的框架梁及料倉的荷載通過臨時支撐進(jìn)行分散，同時還應(yīng)對坑周邊的柱基進(jìn)行加固。實(shí)施時先對危險程度較大的三個柱基進(jìn)行加固，然后再對周邊其余六個柱基礎(chǔ)進(jìn)行加固。2．1支撐樁徑的選擇由于本工程存在場地狹小，支撐維護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工期要求緊等不利因素，基坑支護(hù)方案本著安全，可靠，經(jīng)濟(jì)的原則，選用人工挖孔樁作為支撐體系的加固點(diǎn)，坑周圍護(hù)采用鋼板擋土、止水。坑中的柱加固采用四個φ1000mm的鋼筋混凝土護(hù)壁灌注樁（底部為擴(kuò)大頭支座）作為垂直支撐，樁頂上部設(shè)置鋼管柱及格構(gòu)式鋼梁用于托換柱的荷載。設(shè)計提供柱的上部荷載為600噸，單樁的承載能力P應(yīng)為150t以上，其樁底座在中等風(fēng)化巖上，當(dāng)樁徑取0.6m時，根據(jù)JGJ94—94標(biāo)準(zhǔn)中公式—1計算單樁軸向承載力：γ0N≤?c?A式中γ0——建筑樁基重要系數(shù)，取1.2；N——樁頂軸向壓力設(shè)計值；?c——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；A——樁身截面面積。砼強(qiáng)度按C20考慮,取設(shè)計值為9.6N/mm2，樁成孔工藝系數(shù)取0.9，則?c=0.9×9.6=8.64N/mm2N=?c?A/γ0=8.64×π×3002/1.2=2034720kg=203.4t﹥150t,滿足要求。

根據(jù)結(jié)構(gòu)和挖樁工藝要求取樁徑為1m.。2．2坑中柱鋼構(gòu)支撐柱梁結(jié)構(gòu)選擇；要將坑中柱上所姑受的外載全部由四個樁置換,在靠近坑中柱底板附近柱的四周用結(jié)構(gòu)膠植錨栓固定鋼牛腿，托起由6根“H”型斷面的鋼梁（1，2，3號梁各2根）組成的框架，最后再由鋼梁架托起柱子,平面布置如下圖.根據(jù)在砼柱上固定牛腿的結(jié)構(gòu)要求沿柱斷面1米方向每邊埋植24根螺栓，而600毫米的方向每邊12根螺栓.斜壁上柱負(fù)載的置換方式與坑中柱置換方法相同.在鋼管柱的頂部和礦槽的頂部之間用I40的工字鋼將礦槽頂部的砼梁托起,使鋼框架梁與安裝在樁上部的鋼管柱共同組成穩(wěn)定的鋼格構(gòu)托架.因此鋼框架梁所置換的外載通過安裝在樁頂上部Φ600×15鋼管柱傳遞給砼樁,最終礦槽上的載荷全部由柱承擔(dān).見圖和照片.斜面柱支撐總體布置圖坑中柱支撐圖坑中柱頂部支撐圖2．3樁位布置及圍護(hù)結(jié)構(gòu)；托換柱的樁徑和其它圍護(hù)基坑的樁徑均為1米，所有圍護(hù)樁的中心間距為1500mm，在樁頂預(yù)埋鐵件，以便在槽坑上做樁頂圍檁和對稱支護(hù)。除支撐基坑柱的四根樁在槽底板以下采取鋼筋砼護(hù)壁外，其余的樁因空間小按8mm厚的鋼護(hù)筒沉管設(shè)計。為防止沉管或挖孔導(dǎo)致樁周邊的土方流失，采取鋼護(hù)筒分段護(hù)壁、焊接成孔后澆灌砼的處理方法。對于基坑樁間采取斜打L75×8（長3000，縱橫@400）角鋼，抹60厚1：2水泥砂漿的方法支護(hù)。斜壁土面采取斜打@500，φ25（L=2000）鋼桿，其端部焊接φ6@250鋼筋網(wǎng)片，澆注C15厚120mm細(xì)石混凝土封閉的方法支護(hù)。對于老廠房基礎(chǔ)回填區(qū)土方薄弱的地方以及樁成孔和斜壁拆除時發(fā)現(xiàn)松散的土質(zhì)地方，必須及時采取壓力灌漿處理。對于底板以下未入巖的樁基，因沉管產(chǎn)生的空隙可能引起位移，則在下鋼筋籠前在此段鋼護(hù)筒上開孔進(jìn)行壓力灌漿加以防范。采用鋼結(jié)構(gòu)式框架將基坑內(nèi)側(cè)及四根托換樁頂面升起的φ600×15mm鋼管柱與坑中被加固的柱子連接成柱的支護(hù)體系，避免因柱間大梁拆除后增大柱的長細(xì)比，同時還可對上部▼+8.85m處以下的大梁起到加固作用。見下圖和照片2．4沉降監(jiān)測由于貯礦槽基坑較深，并在其現(xiàn)有結(jié)構(gòu)內(nèi)部施工，因此從樁基施工開始就應(yīng)進(jìn)行沉降觀測。以樁成孔和分段貯礦槽施工時間確定觀測頻率，在沉降異常時，加密觀測次數(shù)。沉降觀測點(diǎn)分設(shè)在基坑周邊的柱子上，貯礦槽則在第一節(jié)施工完后作臨時沉降觀測點(diǎn)，待基礎(chǔ)底板封閉后在頂板四角設(shè)永久性觀測點(diǎn)。3逆作法施工工序確定如按常規(guī)全部拆除地下構(gòu)筑物挖至-11.36米，由于部分支護(hù)受柱基影響造成支護(hù)死角，會導(dǎo)致周邊的地下水和地表水全部匯入基坑，造成水土流失，引起基礎(chǔ)下沉，同時使樁體受到巨大的側(cè)壓力造成狀體中部彎曲。為此，設(shè)計結(jié)構(gòu)將作較大的修改。采取逆行分節(jié)施工法便于基坑的維護(hù)和坑中柱的加深施工，原設(shè)計的鋼筋構(gòu)造不變動，僅需按規(guī)范搭接或焊接鋼筋便能滿足設(shè)計要求。根據(jù)施工區(qū)域土的側(cè)向壓力及建筑物結(jié)構(gòu)特征分三節(jié)施工；第一節(jié)（+0.000—-5.500）第二節(jié)（-5.500---8.500）第三節(jié)（-8.500---11.360）含墊層0.100。作業(yè)時先拆除原坑壁結(jié)構(gòu)，開挖至一定深度后再施工該部分節(jié)段，循環(huán)漸進(jìn)施工至底板，以減小基坑側(cè)向土壓力影響。為防止接口處地下水滲透，節(jié)間設(shè)2×400mm鋼板止水帶一圈。每節(jié)施工前必須先挖除周邊的土體，拆除原有地下構(gòu)筑物，并及時地用δ=3mm的鋼板（1200×500）隨挖土深度順樁由上而下與樁鋼護(hù)筒焊接，內(nèi)置鋼筋網(wǎng)片，灌砼封堵樁間的土體。為防止槽壁下沉，每根圍護(hù)樁上預(yù)埋2排@500，φ25的鋼筋，L=600mm，排距200mm，鋼筋伸出樁外壁300mm。砼槽壁上預(yù)留插筋，待底板施工完成后再接筋或根據(jù)需要植筋施工壁底板結(jié)合段。±0.000平面柱間框架梁拆除前應(yīng)在其略上部位植筋，固定鋼板包柱加工一榀臨時大梁。每節(jié)施工完畢后，應(yīng)設(shè)一周鋼圍檁與事先預(yù)埋在槽壁上的埋件焊牢，并用型鋼與對面的圍檁互相支撐，型鋼選用25號工字鋼，支撐間距﹫200，角部補(bǔ)強(qiáng)。挖第一節(jié)土方到3米深時，樁頂圍檁必須完成。根據(jù)基坑內(nèi)滲水情況，坑中部設(shè)1×1m的臨時排水井，挖至底板時，可利用設(shè)計的積水井作排水井，并安排專人監(jiān)控抽排坑內(nèi)積水，保證坑內(nèi)的土質(zhì)不被水浸泡。4貯礦槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施貯礦槽結(jié)構(gòu)土方開工前需在所有支護(hù)結(jié)構(gòu)體系完善并經(jīng)確認(rèn)后方可施工。施工中貯礦槽外壁模板利用維護(hù)柱和支護(hù)擋土的鋼板作外模。樁間用Φ14﹫150鋼筋網(wǎng)片與樁鋼護(hù)筒焊接，面鋪3mm的鋼板作外模，樁與鋼板間灌C15細(xì)石砼。對于樁間開間4.3米的模板，用20#工字鋼從上往下拼焊作外模，樁與鋼板間先掛鋼絲網(wǎng)抹灰，斜壁部位插鋼纖掛鋼筋網(wǎng)片，面鋪C15細(xì)石砼作外模。內(nèi)模采用國標(biāo)鋼模拼裝，用φ48×3.5鋼管雙排，縱模間距﹫600，φ12的對抗鋼筋加固﹫600。分節(jié)施工中預(yù)留墻板接筋，底模采用δ=40mm厚的木板，按鋼筋間距設(shè)企口，為預(yù)防露漿，先用砂漿和木模封堵，底模支撐在未擾動的老土上，防止底模下沉。底板積水井采取鋼板沉箱下沉取土成孔，井底板預(yù)埋帶止水環(huán)φ300的法蘭盤作為臨時抽排基坑積水，保證底板砼的澆灌質(zhì)量，以后將法蘭封閉，二次灌漿填充砼至井底面板。分節(jié)處相鄰的鋼筋長度相互之間按500長錯開布置，鋼筋接頭采用人工搭接焊接。接頭面積大于受力筋總面積的百分之五十，在嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行驗(yàn)收規(guī)范和設(shè)計要求時，合理調(diào)配材料，降低損耗率。以型鋼工作架控制和固定鋼筋，支撐吊模板定位等，確保模板尺寸位置準(zhǔn)確。鋼筋按設(shè)計成型，并按設(shè)計要求預(yù)制好鋼筋保護(hù)層厚度的墊塊，墊塊縱橫﹫800布置，墊塊用鐵絲與鋼筋扎牢固定。鋼筋按施工順序分批分號，做到加工工廠化，提高速度及現(xiàn)場文明施工。鋼筋同一斷面綁扎鋼筋綁好，扎結(jié)牢固或焊牢，其標(biāo)高，位置，搭接錨固長度等尺寸準(zhǔn)確，防止遺漏位或移。為了達(dá)到槽體不滲漏的要求，按防水砼攪拌,砼澆筑時采用泵送。砼拌合時采用43.5MPa普通硅酸鹽水泥且有出廠證明及復(fù)驗(yàn)報告。使用含泥量不大于3%中砂，卵石或碎石最大粒徑不大于40mm，含泥量不大于1%,含水率小于1.5%，攪拌時采用飲用水。使用U.E.A膨脹劑（其性能符合砼膨脹劑JC476-92標(biāo)準(zhǔn)）。砼澆灌前鋼筋模板工序完成隱蔽預(yù)檢，再次檢查固定模板的鐵絲和穿過砼墻板螺栓的止水環(huán)，檢查預(yù)埋件、螺栓加堵頭防水處理措施。木模板提前澆水濕潤，并將落在模板內(nèi)的雜物清除干凈，結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置的鋼筋或鐵絲不得接觸模板。各種原材料已檢驗(yàn)，試配的抗?jié)B強(qiáng)度等級應(yīng)比設(shè)計要求提高0.2MPa。砼從攪拌機(jī)卸料后及時運(yùn)至澆灌地點(diǎn)。砼運(yùn)輸供應(yīng)保持連續(xù)均衡，間隔不超過1.5小時，運(yùn)輸后當(dāng)有離析必水產(chǎn)生時，在入模前進(jìn)行二次攪拌。砼澆灌采用振動棒振搗，保證砼密實(shí)，振搗時間一般10S左右，不漏振或過振，振搗延續(xù)時間應(yīng)使砼表面浮漿，無汽泡，不下沉為止，插點(diǎn)間距不大于50cm，嚴(yán)防漏振。鋼筋過密結(jié)構(gòu)斷面較小的部位，按分層澆灌，分層振搗（分層厚度不宜大于300mm）連續(xù)進(jìn)行，在下一層砼初凝前，接著澆灌上一層，下料和振搗從對稱位置開始，防止模板走動。每節(jié)槽體結(jié)構(gòu)砼連續(xù)澆灌，不留設(shè)施工縫一次成型。分節(jié)槽體間水平施工縫在澆灌砼前將表面鑿毛，清除雜物，沖洗干凈并濕潤，再刷二層水泥砂漿（用所澆砼配合比去掉石子配制），澆灌第一步高度為400mm，以后每步澆灌500—600mm，澆灌到分節(jié)面處要保證砼的和易性和砼楔口高度，以免鋼板止水帶處（靠樁面）里邊的砼澆灌不密實(shí)。砼由高處自由落下高度控制在2m，高度超過2m時用薄鋼板作溜槽下落。砼澆灌時應(yīng)注意嚴(yán)禁在砼內(nèi)任意加水，嚴(yán)格控制水灰比，水灰比過大將影響U.E.A補(bǔ)償收縮砼的膨脹率，直接影響補(bǔ)償收縮裂縫的效果和砼的密實(shí)。細(xì)部構(gòu)造處理是防水的薄弱環(huán)節(jié)，施工時對施工縫，預(yù)埋件等細(xì)部結(jié)構(gòu)精心處理。在澆灌地點(diǎn)取樣制作抗壓，抗?jié)B砼試塊。砼澆灌中，如遇風(fēng)雨天氣，應(yīng)搭設(shè)防雨彩條布進(jìn)行遮蓋，同時作好排水工作，防止雨水流進(jìn)基坑，保證了砼澆灌的連續(xù)性和施工質(zhì)量。底板砼采用連續(xù)澆灌，推進(jìn)分層澆搗的方式施工。底板砼澆灌完后立即用塑料膜覆蓋，并加蓋一層草袋，防止砼失水干裂，使砼表層溫差處于規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14晝夜。其余部位砼澆灌完后4—6小時覆蓋并澆水養(yǎng)護(hù)，3天內(nèi)每天澆水4—6次，3天后每天澆水2—3次，養(yǎng)護(hù)時間不少于14天。墻體砼澆灌3天后將側(cè)模松開，在側(cè)模與砼表面縫隙中澆水，以保持濕潤。5方案實(shí)施中問題的處理**1號高爐貯礦槽結(jié)構(gòu)改造方案實(shí)施的過程中曾出現(xiàn)支撐樁基礎(chǔ)下沉,原砼坑外壁和底板難以拆除,支撐高爐上料斜橋支柱基礎(chǔ)空洞及-7m處出現(xiàn)涌水塌方等影響施工及結(jié)構(gòu)安全隱患,經(jīng)針對性對出現(xiàn)的情況及時補(bǔ)充和修正方案.對出現(xiàn)的問題給予針對性的解決。5.1砼坑壁及底板破除；料坑外壁+0～-5.5m用機(jī)械方法拆除,-5.8m以下受機(jī)械設(shè)備限制,遠(yuǎn)離高爐側(cè)的外壁無法展開作業(yè),雖將靠高爐側(cè)地面盡可能下挖至-3m(由于場地限制,機(jī)械設(shè)備站車位不能沿坑外四方移動)后,采用機(jī)械,人工和爆破綜合處理,即人工將要爆破的坑壁按毫秒微差爆破要求將坑壁與坑壁,坑壁與底板,底板與坑中柱4m范圍內(nèi)基礎(chǔ)切割隔斷,消除爆破振動沖擊波對坑中柱和廠房的影響.靠機(jī)械站位側(cè)用鑿巖機(jī)破除,其余部位爆破拆除.爆破孔位按梅花形布置,孔距為500㎜,孔徑20㎜但藥量比計算值少10%,夜晚施工,減少可能造成的人員傷亡.底板拆除時,在坑中柱4m范圍內(nèi)采用人工方法拆除,坑中其余部位爆破拆除.5.2沉降處理;當(dāng)料坑底板柱周圍從-9m下挖至-11.36m時,實(shí)測工作開始且觀測到廠房柱上的觀測點(diǎn)下降,連續(xù)5天觀測累積下降20㎜仍未有停止趨勢.對下降速度分析得出施工中為保持坑中作業(yè),將四周滲透到坑中的地下水抽走使地下水位下降,柱底部土壤在外力作用下孔隙壓縮導(dǎo)致下降.采用將坑中的水抽向支撐樁的四角方位上予留的降水孔中,使地下水位保持穩(wěn)定廠房不再繼續(xù)下,觀察結(jié)果顯示廠房按1㎜/d的速度上下波動.5.3涌水處理及柱基礎(chǔ)加固;當(dāng)坑壁施工至-7m時由于外來水對坑壁的浸蝕加之原斜坡地基處理不密實(shí),其余高爐滲透至地下的水沿斜坡面涌入坑中,且坑壁的塌方不斷擴(kuò)大使施工作業(yè)停止.首先切斷處來地面水,在坑中塌方處用砂袋筑壩,再用高強(qiáng)度微膨脹砼對漏水處進(jìn)行堵漏,對斜面上空洞的柱基礎(chǔ)和斜面用高強(qiáng)度微膨脹砼加固,加固后的斜面作坑壁的墊層,有效地處理了涌水及塌方.5.4料坑底部二次施工:首先將坑中