鋼結構代換受損鋼筋砼結構的應用

文/王淑成 山東信誠建筑規劃設計有限公司 山東東營 257000

某礦井井塔為方形鋼筋混凝土筒體結構, 全高60m,此井塔在煤礦原煤生產中起咽喉作用,主要擔負著原煤的垂直提升、運輸等方面的功能。在生產過程中, 由于提煤機斗提升過速的反向沖頂撞擊, 使九層+42.6m平頂處固定安裝導向輪的支座及附近的鋼筋砼現澆梁、板嚴重破壞, 即支撐導向輪(0.5m×0.6m×1.5m)的混凝土基礎被撞擊破壞, 鋼筋全部裸露并彎曲變形;周圍近旁的鋼筋混凝土板也不同程度地開裂脫落, 形成了局部孔洞。

1、加固補強恢復方案的選擇

為使礦井早日恢復生產, 針對破壞現場狀況,為保證加固結構的安全性、耐久性和長期使用要求, 制定出多種加固方案進行比較, 從中優選出符合實際要求的方案, 以達到早日恢復生產的目的,力爭將損失減少到最低。

（1）方案一：采用C30 砼摻早強劑, 將原鋼筋連接后, 支模、澆筑砼, 恢復原設計的做法。施工時需將原破碎的混凝土全部拆除方可施工。無法交叉作業, 鋼筋綁扎、支模、澆注砼、養護、拆模、清理均占工期, 施工縫處理也占工期, 且支模施工難度大。所需工期：14d 。

（2）方案二：按照原設計進行施工, 利用CGM無收縮灌漿料代替原設計混凝土的做法。施工情況：同樣需將原破碎的混凝土全部拆除,無法交叉作業, 支模難度大, 要求嚴, 且需到北京采購、組織材料, 材料的標準性不強, 施工質量不易保證。所需工期：5～7d 。

（3）方案三：將破碎的導向輪基礎及斷裂的鋼筋砼梁全部清除, 利用鋼結構梁框格作為導向輪基礎, 其下部采用組合鋼柱將一部分荷載傳至下一層結構的做法。鋼筋砼梁、板按原設計進行表面恢復。施工情況：將原破損的混凝土全部拆除, 考慮前期交叉作業, 縮短時間, 施工工序少, 容易組織,施工方便快捷可靠性好, 避免了施工縫處理的缺陷,有良好的耐久性, 減輕了結構自重。所需工期：5d。經過補強加固方案的比較分析, 方案三最優。即利用鋼結構與鋼筋砼結構的承載轉換技術恢復受損鋼筋砼結構的使用功能。

2、加固補強設計方案

根據現場的情況, 將破碎后的導向輪砼基礎清除及斷裂的鋼筋混凝土梁、板表面修復后,在+42.6m標高的梁板層上, 沿原設計的L3的位置設置兩道鋼制組合次梁, 作為導向輪的設備支座,經設計驗算確定尺寸為：寬450mm、高595mm、長3400mm,具體見圖2,其端部支承在主鋼梁上;沿原破壞的L2鋼筋混凝土梁方向設置兩道鋼制主梁, 經設計驗算確定尺寸為：寬350mm、高595mm、長3600mm,在主梁的四個支座位置即鋼筋混凝土梁的底面, 設置四根型鋼組合柱, 每柱用兩根32號槽鋼組合焊接而成, 鋼柱的下端座在下層平臺+38.10m的鋼筋砼梁上, 將上部組合鋼梁承受的部分荷載傳給下層, 以使八、九層共同受力，經驗算此鋼結構荷載安全可靠, 滿足要求，如圖。

3、施工方法

（1）鋼柱、鋼梁的加工。由于鋼梁為組合鋼梁, 柱為型鋼組合柱;按照其設計尺寸及施工規程的要求, 在預留焊接收縮余量的情況下, 進行合理地下料、配料。采用枕木上架型鋼和鋼板的形式, 制作出每種構件的胎模, 隨后在胎模上按照零件的編號逐步拼裝, 拼裝完成后, 經檢驗確認符合質量標準再進行連接施焊, 對每道焊縫質量, 隨焊隨檢查, 不能出現不合格品, 考慮到焊縫的方向變化比較復雜, 設置一臺簡易起重架,滿足構件的翻身要求, 避免仰焊。在單個構件拼裝、施焊連接完成后, 全部除銹,進行防腐涂裝。

(2)構件的運輸及就位安裝?，F場安裝必須在井口全部封閉的條件下進行。將加工好的梁、柱運至現場后, 利用井塔內的橋式吊車通過現有安裝洞口將鋼構件運至各層的工作面, 在需安裝的位置, 給出各構件的中心線及水平標高, 再在梁、柱的鋼筋砼支承面上, 用砂輪機精心仔細地處理平整, 然后將梁吊至設計位置試安裝,試安裝后的構件與設備安裝專業的施工配合檢查,確認無誤后, 開始最后固定組裝。安裝時, 應先安裝鋼柱。為保證鋼柱與梁底面接觸充分, 使鋼柱真正起到支承作用。鋼柱底座可用鋼契型墊塊,支墊塞緊, 待鋼柱安裝牢固后, 再安裝鋼梁。最后的安裝順序是：構件起吊，在砼及鋼梁、柱支承面上, 涂滿、涂勻粘鋼結構膠，就位、固定鋼梁、鋼柱，連接緊固，連接部位的防腐涂裝處理。構件安裝完成后, 待設備安裝和生產運行后, 再進行兩次鋼梁、柱及相應部位的鋼筋砼構件的檢查。

4、實施的效果

(1)此補救加固恢復工程, 從施工準備到全部交工, 安裝工期為4 .5d , 滿足了使用方5d 工期的要求。與采用鋼砼材料按原設計進行恢復的方案相比至少可搶出10d 工期提前交付使用, 僅此可挽回生產損失近800萬元。

(2)加固效果較理想, 采用鋼梁支承導向輪,并用鋼柱支承鋼梁, 使鋼梁的荷載通過鋼柱部分傳遞給八層結構大梁, 使其結構受力狀態更可靠。

(3)與用鋼筋砼加固補救的方法相比, 避免了后期拆除模板、架子系統與安裝、生產的交叉,及由此而帶來的施工困難和潛在的危險環境, 做到了安全生產、安全施工。

(4)經過一年的生產使用, 未出現任何異?，F象, 新增結構部分工作狀態良好, 較好地滿足了使用功能, 達到了預期的目的。