入篩輸送機走廊主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)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(chǎn)煤大省,隨著運力和產(chǎn)量的增加,許多煤礦上的設(shè)備設(shè)施經(jīng)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(xiàn)有設(shè)施的安全和質(zhì)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(gòu)筑物升級改造前需要檢測哪些方面的內(nèi)容。

1 構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)選干樓。走廊兩端支架的基礎(chǔ)為400 mm厚鋼筋混凝土筏板,天然砂巖作為基礎(chǔ)持力層,外擴混凝土柱邊緣1 250 mm。走廊結(jié)構(gòu)形式為鋼桁架結(jié)構(gòu),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?qū)雍缚p符合二級質(zhì)量檢驗標準的要求。

該入篩輸送機走廊外貌見圖1,室內(nèi)情況見圖2。

2 使用條件調(diào)查

該入篩輸送機走廊自2012年投產(chǎn)使用以來,結(jié)構(gòu)未遭受撞擊、火災(zāi)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(jīng)常進行灑水降塵,致使結(jié)構(gòu)與構(gòu)件所處環(huán)境較為濕潤,處于干濕交替狀態(tài),煤中含有硫等化學成分,對鋼構(gòu)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(jié)果

3.1 荷載調(diào)查

根據(jù)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(yīng)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(guī)定[1]。

3.2 地基基礎(chǔ)檢查

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

1)該構(gòu)筑物基礎(chǔ)為混凝土筏板基礎(chǔ),基礎(chǔ)高度為600 mm～800 mm,基礎(chǔ)邊至柱邊距離為1 250 mm,基礎(chǔ)以下為巖層。

2)因構(gòu)筑物周邊施工影響,已挖除了基礎(chǔ)周邊的回填土,且對局部基礎(chǔ)造成了損傷,基礎(chǔ)鋼筋存在外露現(xiàn)象,基礎(chǔ)側(cè)向失去了約束力,對其穩(wěn)定性也造成了一定影響。

3.3 上部結(jié)構(gòu)檢查

1)該走廊支架1軸—3軸為混凝土框架結(jié)構(gòu),東西向長12.4 m,南北向?qū)?.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(shè)計圖紙為排架結(jié)構(gòu),現(xiàn)場檢測情況為框架結(jié)構(gòu),實際情況與設(shè)計圖紙不相符。

支架6軸—7軸為混凝土框架結(jié)構(gòu),東西向長3.95 m,南北向?qū)?.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(jié)構(gòu),東西向長3.5 m,南北向?qū)?.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(xiàn)場檢測情況與設(shè)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(yù)制板,受檢區(qū)域內(nèi)按長度劃分有31 m和39 m兩種類型的桁架。經(jīng)現(xiàn)場測量上弦和立面圖與現(xiàn)場測量情況復核,下弦中水平桿設(shè)計圖采用鋼管,而實際采用工字鋼?，F(xiàn)場檢測情況與設(shè)計圖紙不相符。

3.4 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量進行詳細檢查后,發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(jié)構(gòu)部分外觀、缺陷檢查

經(jīng)對走廊鋼桁架主體結(jié)構(gòu)表觀缺陷全數(shù)檢查,發(fā)現(xiàn)鋼構(gòu)件存在不同程度銹蝕的情況。由于該走廊需對室內(nèi)灰塵進行沖洗,導致下弦鋼構(gòu)件發(fā)生銹蝕,其中空心球銹蝕較為嚴重。依據(jù)GB 50144—2019工業(yè)建筑可靠性鑒定標準中6.3.6條規(guī)定:當鋼構(gòu)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(gòu)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(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)[2]。本次所測多數(shù)鋼構(gòu)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(jié)果

3.5.1 構(gòu)件尺寸及保護層厚度檢測

依據(jù)GB 50204—2015混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范中表8.3.2,F.0.2條及附錄E.0.4的規(guī)定,現(xiàn)場對具備檢測條件的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行了抽檢,柱、梁分別隨機抽取4個構(gòu)件、板抽取2個構(gòu)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(gòu)件的鋼筋數(shù)量及縱向受力鋼筋保護層厚度。經(jīng)現(xiàn)場實測結(jié)果表明:該走廊的構(gòu)件尺寸、鋼筋配置、保護層厚度均與原設(shè)計圖紙相符。

3.5.2 混凝土強度檢測

結(jié)合實際情況,現(xiàn)場對該走廊支架共隨機鉆取6個混凝土芯樣,經(jīng)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(jié)果表明:所檢構(gòu)件中有一處框架柱和一處框架梁的混凝土現(xiàn)齡期抗壓強度值小于設(shè)計強度值C30的要求。

3.5.3 梁受彎構(gòu)件撓度檢測

現(xiàn)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(jié)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(guī)定的“主要受彎構(gòu)件值≤l0/200”的限值要求。

3.6 鋼桁架結(jié)構(gòu)部分檢查檢測結(jié)果

3.6.1 鋼構(gòu)件外形尺寸及厚度檢測

依據(jù)GB 50205—2020鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準中表7.5.9和8.5.7條的規(guī)定,采用游標卡尺對該鋼桁架鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件直徑進行了抽查檢測。

依據(jù)GB/T 50621—2010鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標準第10條的規(guī)定,在清除鋼構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)件壁厚進行了抽查檢測,允許偏差依據(jù) GB/T 8162—2008結(jié)構(gòu)用無縫鋼管第4.2條的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。實測結(jié)果表明:該走廊鋼桁架所抽檢構(gòu)件中的直徑和壁厚均滿足設(shè)計圖紙及規(guī)范要求。

3.6.2 焊縫外觀質(zhì)量檢查

經(jīng)對鋼管與空心球?qū)雍缚p外觀質(zhì)量進行全面檢查后,發(fā)現(xiàn)共有兩種焊縫缺陷:一種是施工遺留的構(gòu)件構(gòu)造缺陷,主要表現(xiàn)為:對接焊縫處鋼管端部存在凹陷現(xiàn)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(xiàn)象;另一種是焊縫外觀質(zhì)量缺陷,主要表現(xiàn)為:焊縫表面質(zhì)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(xiàn)象。

3.6.3 焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢測

根據(jù)該入篩輸送機走廊結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)量等級為二級。

依據(jù)JG/T 203—2007鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級法的規(guī)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(xiàn)場打磨條件而確定,現(xiàn)場操作規(guī)程按照GB/T 50621—2010鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標準第7條規(guī)定進行,儀器采用JUT500型焊縫超聲波探傷儀,實測結(jié)果表明:焊縫質(zhì)量很差,多數(shù)鋼管與焊接空心球?qū)雍缚p質(zhì)量不符合標準規(guī)定要求。

3.6.4 構(gòu)件撓度變形觀測

為掌握現(xiàn)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(shù)鋼梁進行了檢測。依據(jù)GB 50017—2017鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準附錄B.1規(guī)定取值:受彎構(gòu)件主梁、桁架的撓度允許值應(yīng)不大于L/400,其中L為構(gòu)件的計算跨度[4]。實測結(jié)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(shù)值整體無一致的傾斜規(guī)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(shù)值整體無一致的傾斜規(guī)律。

3.6.5 鋼材強度檢測

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

3.6.6 鋼結(jié)構(gòu)涂層涂裝質(zhì)量檢測

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖顯示:該入篩輸送機走廊室內(nèi)涂層厚度為125 μm?，F(xiàn)場采用L360型鋼結(jié)構(gòu)涂層測厚儀對鋼結(jié)構(gòu)涂層厚度進行了抽查檢測。每個部分隨機抽取了5個鋼構(gòu)件,實測結(jié)果表明:所測棧橋鋼構(gòu)件涂層厚度值均滿足設(shè)計值的要求。

4 結(jié)構(gòu)承載力驗算

依據(jù)現(xiàn)場實測材料強度及該棧橋結(jié)構(gòu)、構(gòu)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(jié)果見圖3—圖8。

1)31 m跨桁架桿件。經(jīng)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(yīng)力比值大于1,不滿足GB 50017—2017鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準的規(guī)定。經(jīng)圖4驗算,在各種工況組合作用下,桁架下弦水平桿的穩(wěn)定應(yīng)力比值大于1,不滿足GB 50017—2017鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準的規(guī)定。經(jīng)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(jīng)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(yīng)力比值大于1,不滿足GB 50017—2017鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準的規(guī)定。

經(jīng)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(wěn)定應(yīng)力比值大于1,不滿足GB 50017—2017鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準的規(guī)定。經(jīng)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(jié)果如下:a.31 m跨桁架下弦水平桿件強度不滿足規(guī)范要求;部分下弦水平桿件穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求;位移值滿足規(guī)范要求。b.39 m跨下弦水平桿件及豎桿強度不滿足規(guī)范要求;下弦水平桿件及豎桿穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求;位移值滿足規(guī)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(chǎn)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(xiàn)狀將無法滿足升級改造后的生產(chǎn)要求。

就其結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀可知,地基基礎(chǔ)裸露在外,基礎(chǔ)側(cè)向失去了束縛力,安全隱患突出。而結(jié)構(gòu)上部,支架混凝土構(gòu)件混凝土強度、梁撓度不滿足設(shè)計圖紙及規(guī)范要求,鋼桁架鋼管與焊接空心球?qū)雍缚p質(zhì)量、鋼梁撓度不滿足設(shè)計圖紙及規(guī)范要求,以上情況造成結(jié)構(gòu)安全隱患突出。

綜上可見,如改造后繼續(xù)使用,需對該構(gòu)筑物主體結(jié)構(gòu)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(xiàn)狀適修性較差,建議拆除重建為宜。

6 檢測結(jié)論及建議

6.1 檢測結(jié)論

根據(jù)以上檢查、檢測及計算分析的結(jié)果,對該入篩輸送機走廊的主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀做出如下的檢測結(jié)論:

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

2)走廊鋼桁架:a.該走廊鋼桁架下弦中水平桿設(shè)計圖采用鋼管,而實際采用工字鋼,實際情況與設(shè)計圖紙不相符。b.鋼桁架構(gòu)件直徑、壁厚、材料強度及涂層厚度均可滿足設(shè)計圖紙及規(guī)范的要求,但鋼管與焊接空心球?qū)雍缚p質(zhì)量、鋼梁撓度不滿足設(shè)計圖紙及規(guī)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(jīng)計算,31 m跨桁架下弦水平桿件強度不滿足規(guī)范要求;部分下弦水平桿件穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求;位移值滿足規(guī)范要求。39 m跨下弦水平桿件及豎桿強度不滿足規(guī)范要求;下弦水平桿件及豎桿穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求;位移值滿足規(guī)范要求。

6.2 處理建議

鑒于入篩輸送機走廊結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀地基基礎(chǔ)、材料強度、構(gòu)件撓度、焊縫質(zhì)量均不滿足設(shè)計圖紙要求,若輸送機進行升級改造,需對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行加固維修,目前該構(gòu)筑物適修性較差,建議拆除重建為宜。