矿山皮带廊加固设计与施工

矿山皮带廊加固设计与施工摘要：矿山皮带廊是矿料运输通道，运输量达到1万吨/天，冲洗皮带的水含有弱酸性，对皮带廊钢结构腐蚀严重，不易被巡检人员察觉，待发现时往往已非常严重，且加固时不能停产，因结构应力重分布，不能盲目拆除围护墙体结构导致严重事故发生，常常因场地狭小，只能使用小的吊机进行高空拼装，这也决定了设计和施工的特性。

关键词：皮带廊；结构失效；内力重分布；弯剪受荷体；吊车前支腿

一、背景资料

梅山矿-6#皮带（跨度17.25m，钢桁架结构，屋地面由槽型板搁在工字钢主梁上，外维护墙为240砖墙，起点到终点高差4.4m，地面高差9m~13m）建成于1990年，是矿主井矿料提升运输咽喉部位，每天提升矿料10000吨左右，停机一天损失300万左右。因矿石含硫量较大，每班交接前须清洗干净交班，皮带清洗含硫废水对混凝土地面以下钢结构腐蚀严重，正常巡检不易察觉。因外维护240砖墙出现10m长水平裂缝，裂缝最宽处3~5cm。厂安全负责人随即组织笔者和其他专业技术和设计人员现场踏勘，并凿出表面混凝土发现原桁架下节点已严重锈蚀，原9mm厚结构件大部锈蚀不到3mm甚至部分节点腹杆断开，部分节点已失效，按“工业建筑可靠性鉴定标准(GB50144-2008)”进行鉴定，已远超出D级标准，极不符合安全可靠性要求，已严重影响安全，必须立即采取加固修复措施。

二、结构受力重分布分析

原桁架虽然已失效，17.25m跨度结构未垮的原因是什么呢？从现场维护墙的水平缝分析，原维护墙体为240实心砖墙，墙高3.0m，墙顶有240x180钢筋混凝土圈梁，圈梁有2Φ12钢筋与顶部屋面水平支撑结构连接，外墙面为清水墙勾缝，且墙底有2L120x9角铁作托梁有砂浆与墙砌筑而成，因清水墙，砖墙竖缝密实，在结构节点失效后，由于墙体平面外稳定由屋面水平支撑提供，外维护墙作为弯剪受荷体为结构提供抗弯剪能力；弯剪受荷墙体的水平抗剪能力由墙体的砂浆粘结摩擦力提供，由于皮带设备运转有震动，导致弯剪受荷体的围护墙体在水平剪力作用下，出现10m长度3~5cm水平裂缝，高度在墙体顶部向下800mm处。

三、结构设计思路

笔者在做出以上结论后，并结合施工可行性提出以下设计思路：

由于原桁架已失效，应先在皮带廊跨中部位，作临时钢管支撑使结构稳定，拟新作外空间桁架托换原结构受力体系，在支座处植筋加固新增牛腿，新作外桁架节点间距与原桁架节点水平位置相同，因为现场高空拼接桁架，须有焊接作业面，新桁架须比原桁架高度和宽度方向每边均大出500mm，用双梁支撑原桁架下部单梁，原单梁加长并在下部贴一根工字钢直接落在新桁架节点上，将原楼板及荷载作用在新桁架上焊牢，此时可以拆除原维护墙，再对原桁架加固复原形成静定体系，在原维护墙位置新作泰柏板轻型维护墙体，完成托换作业。

四、施工要点控制

（1）临时支撑柱设置

由于墙体处在受荷状态，而且不可停产作业的原因，须对原结构作临时支撑；由于先作4根D329x12钢管支撑原结构跨中底部，将4根D329x12作成由L120x9组成的水平支撑和竖向支撑的空间结构，互相支撑，柱底采用800x800x30mm钢板加筋形成柱脚植筋固定于厚200mm混凝土地面。柱顶用契铁与原桁架节点塞紧加焊，搭设满堂脚手架，脚手架宽度比原桁架每边宽出1500mm，宽出部分脚手架立柱加密用以承担构件堆放施工荷载；局部利用临时钢管柱焊接出临时牛腿标高比桁架下玄轴线高4cm（起拱需要）。

（2）吊机前支腿地耐力验算

根据现场场地限制，只能使用35吨吊机作业，所以新作钢桁架只能采用高空拼接，最重构件H250x250x8x12，每米61.4kg长19米重1166kg（1.17t）。D329x12钢管，每米93.80kg，长11米重1031kg（1.03t）。场地为山地碎石土，地面成型时间约25年，因此地耐力按200KN/m2考虑。吊车前支腿与回转中心距2.74米，吊件水平中心距14.5m，14.5/2.74x1.17x6=37.14t（6是安全系数，参照GB/T3811-2008钢丝绳安全系数）；所以前支腿地耐力须加固，加固方案是使用1500x1500x30mm钢板加槽钢和枕木，扩大与原混凝土地面接触面，满足要求。

（3）桁架安装流程控制

首先在两侧皮带廊转运站墙面上，利用激光设备和铅垂绳弹出竖向轴线，先安装下玄桁架水平杆H250x250x8x12（起拱3~4cm），在原皮带廊墙面弹出腹杆轴线，安装部分腹杆并临时固定在脚手架上（脚手架局部稳定须加强），为减少结构安装造成的内应力，节点焊缝不宜一次到位，最后安装上玄杆，待整品桁架安装完成时再补齐焊缝；以此类推安装另外一侧桁架和上下玄水平支撑，新桁架形成后进行结构托换时，为使结构受力均匀，须先从跨端开始，由两端向跨中进行托换，最后托换临时支撑钢管柱。

（4）原墙体拆除作业安全控制

在结构托换作业完成后，4根临时支撑钢管柱D329x12已退出工作，可以利用作砖块垂直运输通道，在钢管柱上端开口加焊漏斗，下端开口加焊溜槽，拆除的单块砖块通过临时支撑钢管柱直接溜进装载车厢内，拆除作业采用电镐凿出单块砖，由人工搬运至漏斗；这样排除了拆除作业和运输作业人员交叉的安全隐患问题。

（5）钢结构防腐作业质量控制

由于该构筑物处于弱酸腐蚀环境，且离矿山硫酸生产厂较近，时有酸性气体外溢，因此对钢结构耐腐蚀要求较高；漆膜采用一底三面氟碳漆，为保证防腐工序质量，防腐作业应在地面构件下料成型时进行，对钢材表面除锈采用电动钢丝刷进行出新，为防止二次生锈须及时涂装底漆和第一道面漆，高空桁架完成拼装托换后，焊缝处清理焊渣除锈和补底漆和面漆，待维护墙体安装结束后，桁架钢材面清理干净，进行最后两道面漆涂装作业。

结束语

矿山钢结构皮带廊往往处在高腐蚀工作环境，其结构寿命远低于他的设计年限，在加固改造时要分析他的受力重分布的特点，不能盲目拆除已承受弯剪荷载的砖维护墙，以避免事故的发生；对工况条件差的钢