入篩輸送機走廊主體結構現狀檢測分析

張曉華

(山西省建筑科學研究院檢測中心有限公司,山西 太原 030001)

山西是我國的產煤大省,隨著運力和產量的增加,許多煤礦上的設備設施經長期運行后,需要進行升級改造,為確保升級改造工作的順利進行,需對現有設施的安全和質量狀況進行一個全面的檢測。下面以寧武縣某煤礦上的入篩輸送機走廊為例,探討該類構筑物升級改造前需要檢測哪些方面的內容。

1 構筑物概況

本次所研究的某入篩輸送機走廊的基本概況見表1。

表1 構筑物基本概況表

該入篩輸送機走廊建于2012年,平面形式呈矩形,東西向布置,全長120.85 m,總寬5.2 m(走廊寬3.5 m),高3.0 m,走廊橋面高度距地面5.788 m～17.600 m之間。走廊可分為3個部分,各部分之間用框架結構支架相分隔,作為走廊兩端支撐點,第一部分長43.4 m,西端高5.788 m,東端高12.693 m,橋面坡度∠6°,西端有2跨混凝土支架,柱截面尺寸600 mm×600 mm,東端有1跨混凝土支架,柱截面尺寸500 mm×500 mm;第二部分長34.5 m,西端高12.693 m,東端高17.600 m,橋面坡度∠6°,東、西兩端各有1跨混凝土支架,柱截面尺寸均為500 mm×500 mm;第三部分長39.0 m,高17.600 m,橋面坡度∠0°,西端有1跨混凝土支架,柱截面尺寸500 mm×500 mm,東端為混凝土框架結構選干樓。走廊兩端支架的基礎為400 mm厚鋼筋混凝土筏板,天然砂巖作為基礎持力層,外擴混凝土柱邊緣1 250 mm。走廊結構形式為鋼桁架結構,桁架型式為鋼管焊接空心球,支撐方式為下弦點支撐,屋面及墻面采用100 mm阻燃型聚苯乙烯夾芯板進行封閉圍護。該走廊混凝土強度等級均為C30,鋼筋保護層厚度:柱、梁35 mm,板15 mm;鋼管、焊接空心球采用Q235B,鋼管與焊接空心球對接焊縫符合二級質量檢驗標準的要求。

該入篩輸送機走廊外貌見圖1,室內情況見圖2。

2 使用條件調查

該入篩輸送機走廊自2012年投產使用以來,結構未遭受撞擊、火災等偶然因素的影響。使用情況及用途未進行過變更,不存在加固、改擴建的情況。因該場所需經常進行灑水降塵,致使結構與構件所處環境較為濕潤,處于干濕交替狀態,煤中含有硫等化學成分,對鋼構件具有腐蝕作用。入篩輸送機輸送物料為原煤,運量為400 t/h,帶速2.8 m/s,輸送帶寬度1 000 mm。

3 檢查檢測結果

3.1 荷載調查

根據走廊帶式輸送機升級更換的要求,需把原為1 000 mm寬年運量90 萬t的帶式輸送機換成1 400 mm寬年運煤量150 萬t的帶式輸送機,荷載值應符合:當輸送機棧橋膠帶寬大于1 000 mm,活載取3.0 kN/m2,基本風壓取1.0 kN/m2,恒載取3.0 kN/m2的規定[1]。

3.2 地基基礎檢查

為探明該走廊基礎形式、土層及受損狀況,在走廊支架基礎破損位置進行了測量,地基基礎的檢查結果如下:

1)該構筑物基礎為混凝土筏板基礎,基礎高度為600 mm～800 mm,基礎邊至柱邊距離為1 250 mm,基礎以下為巖層。

2)因構筑物周邊施工影響,已挖除了基礎周邊的回填土,且對局部基礎造成了損傷,基礎鋼筋存在外露現象,基礎側向失去了約束力,對其穩定性也造成了一定影響。

3.3 上部結構檢查

1)該走廊支架1軸—3軸為混凝土框架結構,東西向長12.4 m,南北向寬8.0 m,高5.788 m,柱截面尺寸600 mm×600 mm,梁截面尺寸分別為600 mm×550 mm,500 mm×550 mm,350 mm×650 mm。該部分設計圖紙為排架結構,現場檢測情況為框架結構,實際情況與設計圖紙不相符。

支架6軸—7軸為混凝土框架結構,東西向長3.95 m,南北向寬4.7 m,高22.200 m,柱截面尺寸500 mm×500 mm,梁截面尺寸分別為300 mm×500 mm,300 mm×450 mm,650 mm×700 mm。支架4軸—5軸為混凝土框架結構,東西向長3.5 m,南北向寬4.7 m,高17.293 m,柱截面尺寸500 mm×500 mm,梁截面尺寸分別為300 mm×500 mm,300 mm×450 mm,650 mm×700 mm。該部分現場檢測情況與設計圖紙相符。

2)該走廊桁架型式為鋼管焊接空心球,底板為混凝土預制板,受檢區域內按長度劃分有31 m和39 m兩種類型的桁架。經現場測量上弦和立面圖與現場測量情況復核,下弦中水平桿設計圖采用鋼管,而實際采用工字鋼。現場檢測情況與設計圖紙不相符。

3.4 結構外觀缺陷檢查

3.4.1 混凝土部分外觀、缺陷檢查

對支架承重結構外觀質量進行詳細檢查后,發現以下缺陷情況:

1)局部混凝土柱根部存在混凝土保護層人為碰撞破損的情況,保護層脫落高度為20 mm。2)局部混凝土板底存在混凝土保護層脫落、鋼筋外露銹蝕的現象,保護層脫落最大面積為2.8 m2,約占總面積的75%。

3.4.2 鋼桁架結構部分外觀、缺陷檢查

經對走廊鋼桁架主體結構表觀缺陷全數檢查,發現鋼構件存在不同程度銹蝕的情況。由于該走廊需對室內灰塵進行沖洗,導致下弦鋼構件發生銹蝕,其中空心球銹蝕較為嚴重。依據GB 50144—2019工業建筑可靠性鑒定標準中6.3.6條規定:當鋼構件腐蝕損傷量不超過初始厚度的10%且剩余厚度大于5 mm時,可不考慮腐蝕對鋼材強度影響;當鋼構件腐蝕損傷量超過初始厚度的10%或厚度不大于5 mm時,鋼材強度應乘以0.8的折減系數[2]。本次所測多數鋼構件銹蝕厚度均小于初始厚度的10%,目前銹蝕情況未對鋼材強度造成影響。

3.5 混凝土支架部分檢查檢測結果

3.5.1 構件尺寸及保護層厚度檢測

依據GB 50204—2015混凝土結構工程施工質量驗收規范中表8.3.2,F.0.2條及附錄E.0.4的規定,現場對具備檢測條件的混凝土結構構件進行了抽檢,柱、梁分別隨機抽取4個構件、板抽取2個構件,檢查項目為:采用卷尺檢測柱、梁截面尺寸偏差;采用HC-GY71S型鋼筋掃描儀檢測柱、梁、板類構件的鋼筋數量及縱向受力鋼筋保護層厚度。經現場實測結果表明:該走廊的構件尺寸、鋼筋配置、保護層厚度均與原設計圖紙相符。

3.5.2 混凝土強度檢測

結合實際情況,現場對該走廊支架共隨機鉆取6個混凝土芯樣,經切取芯樣并用硫磺膠泥敷頂后,芯樣直徑為75 mm,高徑比為1,芯樣強度值相當于測試齡期的邊長為150 mm的立方體試塊的抗壓強度值,采用2 000 kN壓力機NO.202進行了抗壓試驗,6個芯樣的抗壓強度值分別為16.3 MPa,40.6 MPa,36.7 MPa,26.9 MPa,33.7 MPa和35.4 MPa,試驗結果表明:所檢構件中有一處框架柱和一處框架梁的混凝土現齡期抗壓強度值小于設計強度值C30的要求。

3.5.3 梁受彎構件撓度檢測

現場采用ZT30R型電子全站儀對走廊支架具備檢測條件的梁進行了變形觀測,結果顯示:23.800標高A/4—5軸處混凝土梁的計算跨度l0為3.5 m,實測撓度值為-21.5 mm,超過了國家標準規定的“主要受彎構件值≤l0/200”的限值要求。

3.6 鋼桁架結構部分檢查檢測結果

3.6.1 鋼構件外形尺寸及厚度檢測

依據GB 50205—2020鋼結構工程施工質量驗收標準中表7.5.9和8.5.7條的規定,采用游標卡尺對該鋼桁架鋼結構構件直徑進行了抽查檢測。

依據GB/T 50621—2010鋼結構現場檢測技術標準第10條的規定,在清除鋼構件表面油氣層、氧化皮、銹蝕等,并打磨至露出金屬光澤后[3],采用JT160型鋼板測厚儀對該桁架鋼結構構件壁厚進行了抽查檢測,允許偏差依據 GB/T 8162—2008結構用無縫鋼管第4.2條的相關規定執行。實測結果表明:該走廊鋼桁架所抽檢構件中的直徑和壁厚均滿足設計圖紙及規范要求。

3.6.2 焊縫外觀質量檢查

經對鋼管與空心球對接焊縫外觀質量進行全面檢查后,發現共有兩種焊縫缺陷:一種是施工遺留的構件構造缺陷,主要表現為:對接焊縫處鋼管端部存在凹陷現象,位于下弦桿水平工字鋼與空心球連接處的焊縫均存在點焊、根部未焊接、未焊透的現象;另一種是焊縫外觀質量缺陷,主要表現為:焊縫表面質量較差、存在漏焊、少焊、咬邊、焊瘤、接頭不良、表面氣孔、表面夾雜的現象。

3.6.3 焊縫內部質量檢測

根據該入篩輸送機走廊結構設計圖顯示:鋼管與焊接空心球連接采用焊接方式進行,焊縫質量等級為二級。

依據JG/T 203—2007鋼結構超聲波探傷及質量分級法的規定要求,該走廊焊縫檢驗等級按B級標準檢測,評定等級按Ⅲ級的要求進行判定。對桿件壁厚大于6 mm的鋼管進行了抽樣探傷檢測,每條焊縫探傷長度由現場打磨條件而確定,現場操作規程按照GB/T 50621—2010鋼結構現場檢測技術標準第7條規定進行,儀器采用JUT500型焊縫超聲波探傷儀,實測結果表明:焊縫質量很差,多數鋼管與焊接空心球對接焊縫質量不符合標準規定要求。

3.6.4 構件撓度變形觀測

為掌握現階段棧橋下弦鋼梁撓度的變形情況,采用ZT30R型電子全站儀對全數鋼梁進行了檢測。依據GB 50017—2017鋼結構設計標準附錄B.1規定取值:受彎構件主梁、桁架的撓度允許值應不大于L/400,其中L為構件的計算跨度[4]。實測結果顯示:1)在5軸—6軸受檢鋼梁中,自東向西第1跨西鋼梁和自東向西第7跨東鋼梁超過撓度值限定要求,測量數值整體無一致的傾斜規律;2)在7軸—8軸受檢鋼梁中,所測鋼梁均未超過撓度值限定要求,測量數值整體無一致的傾斜規律。

3.6.5 鋼材強度檢測

該走廊鋼構件均使用Q235B型鋼材,現場采用JH180型里氏硬度計對鋼構件的強度進行了隨機抽樣測試,每個部分隨機抽取12個構件,檢測方法及計算依據GB/T 50344—2019建筑結構檢測技術標準附錄N的規定進行。依據GB/T 700—2006碳素結構鋼表2中的規定:當鋼材抗拉強度值位于375 N/mm2～500 N/mm2時為Q235B[5],實測結果顯示現場所測定的鋼構件強度值均能達到Q235B設計的強度要求。

3.6.6 鋼結構涂層涂裝質量檢測

根據結構設計圖顯示:該入篩輸送機走廊室內涂層厚度為125 μm。現場采用L360型鋼結構涂層測厚儀對鋼結構涂層厚度進行了抽查檢測。每個部分隨機抽取了5個鋼構件,實測結果表明:所測棧橋鋼構件涂層厚度值均滿足設計值的要求。

4 結構承載力驗算

依據現場實測材料強度及該棧橋結構、構造的布置形式,按改造升級運輸帶后的荷載值(輸送機棧橋膠帶寬大于1 000 mm,恒載取3.0 kN/m2,活載取3.0 kN/m2,基本風壓取1.0 kN/m2),采用3D3S程序,對該走廊鋼桁架31 m,39 m分別進行了承載能力驗算,計算結果見圖3—圖8。

1)31 m跨桁架桿件。經圖3驗算,在各種工況組合作用下,桁架下弦水平桿的強度應力比值大于1,不滿足GB 50017—2017鋼結構設計標準的規定。經圖4驗算,在各種工況組合作用下,桁架下弦水平桿的穩定應力比值大于1,不滿足GB 50017—2017鋼結構設計標準的規定。經圖5驗算,在恒荷載與活荷載標準值作用下,最大位移位于跨中,最大位移值為-45.540 mm

2)39 m跨桁架桿件。經圖6驗算,在各種工況組合作用下,桁架下弦水平桿件以及豎桿的強度應力比值大于1,不滿足GB 50017—2017鋼結構設計標準的規定。

經圖7驗算,在各種工況組合作用下,桁架部分下弦水平桿及豎桿的穩定應力比值大于1,不滿足GB 50017—2017鋼結構設計標準的規定。經圖8驗算,在恒荷載與活荷載標準值作用下,最大位移位于跨中,最大位移值為-40.986 mm

3)在各種工況組合作用下,驗算結果如下:a.31 m跨桁架下弦水平桿件強度不滿足規范要求;部分下弦水平桿件穩定不滿足規范要求;位移值滿足規范要求。b.39 m跨下弦水平桿件及豎桿強度不滿足規范要求;下弦水平桿件及豎桿穩定不滿足規范要求;位移值滿足規范要求。

5 適修性分析

該入篩輸送機走廊建于2012年,使用至今已十余年,因煤礦為加大產能,需對輸送機進行升級改造,擬把原1 000 mm寬、年運量90 萬t的帶式輸送機換成1 400 mm寬、年運煤量150 萬t的帶式輸送機,走廊寬3.5 m,從宏觀上分析,改造成1 400 mm寬的帶式輸送機后會導致人行通道的變窄和荷載的增加,需要對整體的建筑布局和承重體系進行改造,否則建筑現狀將無法滿足升級改造后的生產要求。

就其結構現狀可知,地基基礎裸露在外,基礎側向失去了束縛力,安全隱患突出。而結構上部,支架混凝土構件混凝土強度、梁撓度不滿足設計圖紙及規范要求,鋼桁架鋼管與焊接空心球對接焊縫質量、鋼梁撓度不滿足設計圖紙及規范要求,以上情況造成結構安全隱患突出。

綜上可見,如改造后繼續使用,需對該構筑物主體結構地上、地下進行全面的加固處理,加固費用高導致改造項目的性價比較低。因此,綜合判定該入篩輸送機走廊現狀適修性較差,建議拆除重建為宜。

6 檢測結論及建議

6.1 檢測結論

根據以上檢查、檢測及計算分析的結果,對該入篩輸送機走廊的主體結構現狀做出如下的檢測結論:

1)走廊支架:a.該走廊支架1軸—3軸設計圖紙為排架結構,而現場為混凝土框架結構,實際情況與設計圖紙不相符。b.目前該走廊支架地基基礎裸露在外,基礎側向失去了約束力,對其地基基礎構成一定的安全隱患。c.上部結構混凝土構件截面尺寸、配筋及鋼筋保護層厚度均可滿足設計圖紙及規范的要求,但混凝土構件混凝土強度、梁撓度值不滿足設計圖紙及規范的要求。

2)走廊鋼桁架:a.該走廊鋼桁架下弦中水平桿設計圖采用鋼管,而實際采用工字鋼,實際情況與設計圖紙不相符。b.鋼桁架構件直徑、壁厚、材料強度及涂層厚度均可滿足設計圖紙及規范的要求,但鋼管與焊接空心球對接焊縫質量、鋼梁撓度不滿足設計圖紙及規范的要求。

3)改造升級運輸機后:帶式輸送機按1 400 mm寬年運煤量150萬t后,經計算,31 m跨桁架下弦水平桿件強度不滿足規范要求;部分下弦水平桿件穩定不滿足規范要求;位移值滿足規范要求。39 m跨下弦水平桿件及豎桿強度不滿足規范要求;下弦水平桿件及豎桿穩定不滿足規范要求;位移值滿足規范要求。

6.2 處理建議

鑒于入篩輸送機走廊結構現狀地基基礎、材料強度、構件撓度、焊縫質量均不滿足設計圖紙要求,若輸送機進行升級改造,需對現有結構進行加固維修,目前該構筑物適修性較差,建議拆除重建為宜。