皮带机混凝土平台通廊隐患产生的原因分析与治理

董寿洪

（天津钢铁集团有限公司设备部，天津 300301）

皮带机混凝土平台通廊隐患产生的原因分析与治理

董寿洪

（天津钢铁集团有限公司设备部，天津 300301）

针对皮带机混凝土平台通廊存在裂缝隐患且裂缝仍有扩展趋势的问题，分析出其产生的原因为混凝土平台基柱柱基不均匀沉降。造成该平台基柱不均匀沉降的是设计和使用原因。制定出托换柱基法的治理方案，用灌注桩基托替换原天然地基独立基础。实践证明该措施消除了安全隐患，保证了设备正常运行，取得了良好的治理效果。

混凝土平台 隐患 分析 基础沉降 治理方案

1 现状分析

天津钢铁集团有限公司炼钢厂石灰窑是为公司炼钢提供石灰的关键生产工序，石灰窑原料仓库是石灰窑的关键部位，石灰窑原料仓库内的皮带机是石灰窑原料仓库的主要生产设备，它的正常运行直接关系到下道工序的生产。该皮带机的通廊坐落在+6.170 m框架结构的钢筋混凝土平台上，平台长186 m、宽3.225 m，平台北端连接在原料仓库排架柱的牛腿上，而平台南端为独立基础、柱的混凝土一体结构。仓库地坪采取深层搅拌桩处理，承载力为110 kPa。另外，距平台柱0.25 m处有一道高3.5 m的混凝土挡墙，如图1所示。

图1 框架结构平台示意图

皮带机投入使用一年多后，在皮带机钢筋混凝土平台通廊的南端——即混凝土平台梁与柱之间的混凝土出现裂缝，而且裂缝仍然有扩大发展的趋势。皮带机混凝土平台通廊存在安全隐患，直接影响皮带运输机的安全运行。为保证安全生产，在2005年7月，公司组织技术力量对石灰窑原料仓库皮带机通廊混凝土平台进行了检查鉴定，结果如下：

经测量，皮带机通廊混凝土平台的南端支柱出现了较大的沉降，通廊混凝土平台南北端标高最大值相差达155 mm，平台柱轴线标高最大值相差达103 mm。

皮带机通廊钢筋混凝土平台的北端与主厂房排架柱之间产生的缝隙达10～40 mm。

钢筋混凝土平台梁下口与南端平台柱之间出现裂缝。

在混凝土平台柱附近的混凝土地面有许多不规则裂缝。

2 隐患产生的原因分析

2.1 钢筋混凝土构件产生裂缝的主要原因[1]

2.1.1 材料质量

由于建筑材料水泥、沙子、石子质量问题引起的裂缝。通过核实施工原始资料，此因素可以排除。

2.1.2 结构设计

结构件断面突变或因开洞留槽等引起引力集中，导致混凝土开裂。通过审核设计资料，此因素基本排除。

2.1.3 施工工艺

施工工艺中混凝土的干缩、模板构造不当、混凝土养护不好，均容易产生裂缝。通过核实原始资料，寻访项目经理了解当时情况，此因素基本可以排除。

2.1.4 施工因素

由于施工原因，如混凝土搅拌时间不足、振捣不实、钢筋锈蚀、任意留施工缝等均会造成裂缝发生。通过核实施工原始资料，此因素基本可以排除。

2.1.5 地基变形

在钢筋混凝土结构中，造成开裂的主要原因是不均匀沉降，裂缝的大小、形状、方向决定地基变形情况。根据现场实际情况，地基变形应为产生构件裂缝的主要原因。

通过对钢筋混凝土结构出现裂缝的各种原因逐一分析，运用排除法，最后得出结论，认为南端混凝土平台柱柱基不均匀沉降是造成混凝土平台倾斜、产生裂缝损坏的主要原因。

2.2 平台柱基产生不均匀沉降的原因分析

2.2.1 设计原因

因混凝土平台北端与排架柱牛腿连接，排架柱柱基为预制钢筋混凝土桩。而南端平台柱为独立基础天然地基，地基形式不同。南端平台柱基础底面积验算方法为[2]：

式中：A为基础底面积；F为上部结构传至基础顶面的竖向力设计值；G为基础自重设计值和基础上的土重标准值；M为作用于基础底面的力矩设计值；W为基础底面的抵抗矩；Pmax为基础底面边缘的最大压力设计值；Pmin为基础底面边缘的最小压力设计值。

经过验算，平台柱独立基础底面积基本能满足正常使用要求，但安全储备系数较小，一旦违规超标，就有可能出现问题。

2.2.2 使用原因

石灰窑仓库用于存储、转运石灰石，炼钢厂为便于生产，将原混凝土挡墙加高2.0 m，加大石灰石储存量。挡墙自重增加，存堆料增多，致使堆积荷载加大，是造成皮带机通廊平台柱基础不均匀沉降的主要原因。

2.2.3 其他原因

石灰窑仓库毗邻场区原有池塘，平台柱基础在-2.20 m处，地下水位的变化也是造成平台柱基础不均匀沉降的诱因。

3 确定治理方案

3.1 治理方案的选定

石灰窑是为炼钢提供石灰的关键生产工序，为了确保公司的正常生产，将影响减少到最低限度，要求在石灰窑不停产的情况下，完成对皮带机混凝土平台通廊隐患的治理。

经多方案筛选优化，决定采用托换柱基法，用灌注桩基托换原天然地基独立基础，此方案实施后，可以加大柱基承载力，减少基础沉降量，使其与原料仓库排架柱基础沉降量趋于一致。方案实施时，首先用顶升的方法调整标高，将混凝土平台通廊复位；其次用压力灌浆平台柱裂缝进行加固修复。

3.2 治理方案的设计

3.2.1 更换基础

舍弃平台柱原基础，将其更换成独立桩基。在平台柱原基础的东西两侧各设一根L=26 m的灌注桩，直径为Φ700 mm，在桩顶部设梁式承台以传递平台柱传下的荷载。混凝土采用C25级，钢筋采用HPB235、HRB335，混凝土保护层厚度50 mm。桩位及承台布置图见图2。

图2 柱位、承台布置图

3.2.2 顶升截柱

利用千斤顶将混凝土平台预顶到受力临界点，将平台柱下部截断，整个平台以18 m为单元分段进行预顶。

3.2.3 顶升复位

以18 m为单元分段进行混凝土平台顶升，同时调整标高。

3.2.4 柱入承台

平台顶升复位后将平台柱下端镶固在现浇钢筋混凝土承台中。将平台柱下端500 mm混凝土凿掉，保留钢筋，增加4根附加钢筋。

3.2.5 处理柱头裂缝

采取压力灌浆法处理裂缝，选用灌浆料，其质量应符合国家有关标准的规定的要求。

3.2.6 连接处理

凿断平台梁与排架柱牛腿之间的刚性连接，使其变成滑动连接，减少裂缝开裂机率。

3.2.7设备调整

平台调整后按照设备安装相关规范，对皮带运输机设备进行调整，使其正常平稳运行。

4 治理方案的实施

4.1 施工顺序

施工准备、拆除柱基两侧混凝土地坪及挡墙大放脚、灌注桩施工、安装顶升钢平台、截断混凝土柱子和平台梁板、顶升平台、柱基础承台施工、恢复平台梁板、调整皮带机设备、竣工验收。

4.2 施工方法

4.2.1 施工准备

因施工与生产同时进行，施工场地狭窄，根据现场实际情况，打桩机高度限制在5.5 m以下，故对打桩机进行改造，并需3台打桩机同时作业。

4.2.2 灌注桩采取就地钻孔灌注桩。

其施工方法按照规范[3]进行。施工要点：（1）放样定位。桩位确定后，桩机就位将搅拌头中心对准桩位中心，必须调平底座保持与钻杆垂直。（2）护壁泥浆。在钻孔过程中，应随时补充清水，使其与黏土混成泥浆，调整泥浆比重，比重应控制在1.1～1.2。（3）清孔。钻孔达到设计要求后，应把沉渣捞清，以防影响桩的承载力。（4）清孔合格后下钢筋笼，钢筋垂直放入，严防钢筋的变形及弯曲。（5）浇注混凝土，剪栓浇混凝土。混凝土强度等级C25，塌落度控制在16～22 cm之间。（6）混凝土浇注完成后，达到设计强度25%方可拆去护筒。

4.2.3 顶升、加固平台

将混凝土平台顶升到刚好受力为止。用混凝土挡墙作为支撑点，用皮带机纵向梁与平台梁十字相交位置作为另一个支撑点。在此处增加钢支柱，钢柱柱头立于平台梁梁底，为防止钢柱倾斜，在钢支柱之间增设柱间支撑，见图3。

图3 平台顶升立面图

4.2.4 截断混凝土柱和平台梁板

以18 m为一个切割单元。混凝土平台每隔18 m现凿开一条宽200 mm的缝，再把混凝土柱子从基础顶面处截断500 mm，只把混凝土凿掉，保留钢筋、底部钢筋割断，另附4根附加钢筋。重点为：截断柱子后皮带通廊沉降较大，凿除柱的撞击力及厂房内天车运行时的动荷载较大，故采取搭设满堂脚手架的措施，保证施工安全。

4.2.5 柱基础承台施工

按加固施工图进行施工，符合混凝土施工规范要求。重点控制灌注桩钢筋、混凝土平台柱钢筋与承台的连接及附加钢筋的放置；混凝土表面用草帘覆盖，并定期进行蒸汽养护，待承台混凝土强度达到设计要求后，拆除钢结构支撑系统，进行下一单元施工。

4.2.6 恢复平台梁板

承台混凝土浇注后，对平台梁板上临时凿开的200 mm宽缝进行处理，接钢筋、浇注混凝土。

4.2.7 皮带机设备基础调整

依据调整后的平台数据对皮带机设备基础标高抄平，用垫铁进行调整。

5 治理后使用效果

自2005年12月至今，皮带通廊加固治理后，混凝土平台梁柱未发生异常情况，使用正常，消除了重大安全隐患，设备运行平稳。经过几年实践，加固效果良好，取得显著的经济效益和社会效益。

6 结束语

针对皮带机混凝土平台通廊存在的裂缝隐患，通过全面分析，准确找出产生裂缝的主要原因，依据生产情况，在保证生产的前提下，采用经济合理的治理方案，使钢筋混凝土平台通廊裂缝的隐患问题得到了有效治理，通过此次隐患治理，为以后类似问题的解决提供了可借鉴的实践经验。同时，在今后工业建筑维护使用中，对如何正确使用厂房建筑，提出了新的要求。对出现的新问题，要加强管理，科学分析，合理治理，避免引起安全隐患，保证生产安全、顺利进行。

[1]曹辉.混凝土的质量控制及结构裂缝常见问题分析[J].修建论坛，2010（1）：156-159.

[2]GBJ7—1989，建筑地基基础设计规范[S].

[3]GB50202—2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

Cause Analysis and Treatment of Hidden Trouble at Belt Conveyer Concrete Platform Passage

DONG Shou-hong
Equipment Division,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited,Tianjin 300301,China

Cracks appeared at the passage of belt conveyer concrete platform and had a tendency of expanding.Analysis found that uneven sedimentation of platform pillar due to design and utilization was the reason.A solution was formulated to use filling pile base to substitute original natural individual foundation.The hidden trouble to safety was eliminated and equipment normal running ensured.Good treatment effect was achieved.

concrete platform;hidden trouble;analysis;foundation sedimentation;treatment plan

董寿洪（1962—），男，天津人，工程师，现任天津钢铁集团有限公司设备部检修科科长，主要从事工业建筑技术管理方面的工作，E-mail:126205600@163.com。

（收稿 2012-05-15 编辑 潘娜）