礦山皮帶廊加固設(shè)計(jì)與施工

礦山皮帶廊加固設(shè)計(jì)與施工摘要：礦山皮帶廊是礦料運(yùn)輸通道，運(yùn)輸量達(dá)到1萬(wàn)噸/天，沖洗皮帶的水含有弱酸性，對(duì)皮帶廊鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重，不易被巡檢人員察覺(jué)，待發(fā)現(xiàn)時(shí)往往已非常嚴(yán)重，且加固時(shí)不能停產(chǎn)，因結(jié)構(gòu)應(yīng)力重分布，不能盲目拆除圍護(hù)墻體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致嚴(yán)重事故發(fā)生，常常因場(chǎng)地狹小，只能使用小的吊機(jī)進(jìn)行高空拼裝，這也決定了設(shè)計(jì)和施工的特性。

關(guān)鍵詞：皮帶廊；結(jié)構(gòu)失效；內(nèi)力重分布；彎剪受荷體；吊車(chē)前支腿

一、背景資料

梅山礦-6#皮帶（跨度17.25m，鋼桁架結(jié)構(gòu)，屋地面由槽型板擱在工字鋼主梁上，外維護(hù)墻為240磚墻，起點(diǎn)到終點(diǎn)高差4.4m，地面高差9m~13m）建成于1990年，是礦主井礦料提升運(yùn)輸咽喉部位，每天提升礦料10000噸左右，停機(jī)一天損失300萬(wàn)左右。因礦石含硫量較大，每班交接前須清洗干凈交班，皮帶清洗含硫廢水對(duì)混凝土地面以下鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重，正常巡檢不易察覺(jué)。因外維護(hù)240磚墻出現(xiàn)10m長(zhǎng)水平裂縫，裂縫最寬處3~5cm。廠安全負(fù)責(zé)人隨即組織筆者和其他專(zhuān)業(yè)技術(shù)和設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場(chǎng)踏勘，并鑿出表面混凝土發(fā)現(xiàn)原桁架下節(jié)點(diǎn)已嚴(yán)重銹蝕，原9mm厚結(jié)構(gòu)件大部銹蝕不到3mm甚至部分節(jié)點(diǎn)腹桿斷開(kāi)，部分節(jié)點(diǎn)已失效，按“工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)(GB50144-2008)”進(jìn)行鑒定，已遠(yuǎn)超出D級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，極不符合安全可靠性要求，已嚴(yán)重影響安全，必須立即采取加固修復(fù)措施。

二、結(jié)構(gòu)受力重分布分析

原桁架雖然已失效，17.25m跨度結(jié)構(gòu)未垮的原因是什么呢？從現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)墻的水平縫分析，原維護(hù)墻體為240實(shí)心磚墻，墻高3.0m，墻頂有240x180鋼筋混凝土圈梁，圈梁有2Φ12鋼筋與頂部屋面水平支撐結(jié)構(gòu)連接，外墻面為清水墻勾縫，且墻底有2L120x9角鐵作托梁有砂漿與墻砌筑而成，因清水墻，磚墻豎縫密實(shí)，在結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)失效后，由于墻體平面外穩(wěn)定由屋面水平支撐提供，外維護(hù)墻作為彎剪受荷體為結(jié)構(gòu)提供抗彎剪能力；彎剪受荷墻體的水平抗剪能力由墻體的砂漿粘結(jié)摩擦力提供，由于皮帶設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)有震動(dòng)，導(dǎo)致彎剪受荷體的圍護(hù)墻體在水平剪力作用下，出現(xiàn)10m長(zhǎng)度3~5cm水平裂縫，高度在墻體頂部向下800mm處。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

筆者在做出以上結(jié)論后，并結(jié)合施工可行性提出以下設(shè)計(jì)思路：

由于原桁架已失效，應(yīng)先在皮帶廊跨中部位，作臨時(shí)鋼管支撐使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，擬新作外空間桁架托換原結(jié)構(gòu)受力體系，在支座處植筋加固新增牛腿，新作外桁架節(jié)點(diǎn)間距與原桁架節(jié)點(diǎn)水平位置相同，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)高空拼接桁架，須有焊接作業(yè)面，新桁架須比原桁架高度和寬度方向每邊均大出500mm，用雙梁支撐原桁架下部單梁，原單梁加長(zhǎng)并在下部貼一根工字鋼直接落在新桁架節(jié)點(diǎn)上，將原樓板及荷載作用在新桁架上焊牢，此時(shí)可以拆除原維護(hù)墻，再對(duì)原桁架加固復(fù)原形成靜定體系，在原維護(hù)墻位置新作泰柏板輕型維護(hù)墻體，完成托換作業(yè)。

四、施工要點(diǎn)控制

（1）臨時(shí)支撐柱設(shè)置

由于墻體處在受荷狀態(tài)，而且不可停產(chǎn)作業(yè)的原因，須對(duì)原結(jié)構(gòu)作臨時(shí)支撐；由于先作4根D329x12鋼管支撐原結(jié)構(gòu)跨中底部，將4根D329x12作成由L120x9組成的水平支撐和豎向支撐的空間結(jié)構(gòu)，互相支撐，柱底采用800x800x30mm鋼板加筋形成柱腳植筋固定于厚200mm混凝土地面。柱頂用契鐵與原桁架節(jié)點(diǎn)塞緊加焊，搭設(shè)滿堂腳手架，腳手架寬度比原桁架每邊寬出1500mm，寬出部分腳手架立柱加密用以承擔(dān)構(gòu)件堆放施工荷載；局部利用臨時(shí)鋼管柱焊接出臨時(shí)牛腿標(biāo)高比桁架下玄軸線高4cm（起拱需要）。

（2）吊機(jī)前支腿地耐力驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地限制，只能使用35噸吊機(jī)作業(yè)，所以新作鋼桁架只能采用高空拼接，最重構(gòu)件H250x250x8x12，每米61.4kg長(zhǎng)19米重1166kg（1.17t）。D329x12鋼管，每米93.80kg，長(zhǎng)11米重1031kg（1.03t）。場(chǎng)地為山地碎石土，地面成型時(shí)間約25年，因此地耐力按200KN/m2考慮。吊車(chē)前支腿與回轉(zhuǎn)中心距2.74米，吊件水平中心距14.5m，14.5/2.74x1.17x6=37.14t（6是安全系數(shù)，參照GB/T3811-2008鋼絲繩安全系數(shù)）；所以前支腿地耐力須加固，加固方案是使用1500x1500x30mm鋼板加槽鋼和枕木，擴(kuò)大與原混凝土地面接觸面，滿足要求。

（3）桁架安裝流程控制

首先在兩側(cè)皮帶廊轉(zhuǎn)運(yùn)站墻面上，利用激光設(shè)備和鉛垂繩彈出豎向軸線，先安裝下玄桁架水平桿H250x250x8x12（起拱3~4cm），在原皮帶廊墻面彈出腹桿軸線，安裝部分腹桿并臨時(shí)固定在腳手架上（腳手架局部穩(wěn)定須加強(qiáng)），為減少結(jié)構(gòu)安裝造成的內(nèi)應(yīng)力，節(jié)點(diǎn)焊縫不宜一次到位，最后安裝上玄桿，待整品桁架安裝完成時(shí)再補(bǔ)齊焊縫；以此類(lèi)推安裝另外一側(cè)桁架和上下玄水平支撐，新桁架形成后進(jìn)行結(jié)構(gòu)托換時(shí)，為使結(jié)構(gòu)受力均勻，須先從跨端開(kāi)始，由兩端向跨中進(jìn)行托換，最后托換臨時(shí)支撐鋼管柱。

（4）原墻體拆除作業(yè)安全控制

在結(jié)構(gòu)托換作業(yè)完成后，4根臨時(shí)支撐鋼管柱D329x12已退出工作，可以利用作磚塊垂直運(yùn)輸通道，在鋼管柱上端開(kāi)口加焊漏斗，下端開(kāi)口加焊溜槽，拆除的單塊磚塊通過(guò)臨時(shí)支撐鋼管柱直接溜進(jìn)裝載車(chē)廂內(nèi)，拆除作業(yè)采用電鎬鑿出單塊磚，由人工搬運(yùn)至漏斗；這樣排除了拆除作業(yè)和運(yùn)輸作業(yè)人員交叉的安全隱患問(wèn)題。

（5）鋼結(jié)構(gòu)防腐作業(yè)質(zhì)量控制

由于該構(gòu)筑物處于弱酸腐蝕環(huán)境，且離礦山硫酸生產(chǎn)廠較近，時(shí)有酸性氣體外溢，因此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)耐腐蝕要求較高；漆膜采用一底三面氟碳漆，為保證防腐工序質(zhì)量，防腐作業(yè)應(yīng)在地面構(gòu)件下料成型時(shí)進(jìn)行，對(duì)鋼材表面除銹采用電動(dòng)鋼絲刷進(jìn)行出新，為防止二次生銹須及時(shí)涂裝底漆和第一道面漆，高空桁架完成拼裝托換后，焊縫處清理焊渣除銹和補(bǔ)底漆和面漆，待維護(hù)墻體安裝結(jié)束后，桁架鋼材面清理干凈，進(jìn)行最后兩道面漆涂裝作業(yè)。

結(jié)束語(yǔ)

礦山鋼結(jié)構(gòu)皮帶廊往往處在高腐蝕工作環(huán)境，其結(jié)構(gòu)壽命遠(yuǎn)低于他的設(shè)計(jì)年限，在加固改造時(shí)要分析他的受力重分布的特點(diǎn)，不能盲目拆除已承受彎剪荷載的磚維護(hù)墻，以避免事故的發(fā)生；對(duì)工況條件差的鋼