王二林,張愛(ài)東,張靈君,張 歌
(北京首鋼股份有限公司,河北 064400)
燒結(jié)機(jī)是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)主要的生產(chǎn)工藝裝備,其主要任務(wù)是為高爐冶煉提供高質(zhì)量的燒結(jié)礦。燒結(jié)礦生產(chǎn)的主要工藝流程包括配料、混合造粒、燒結(jié)、冷卻、篩分等環(huán)節(jié),而混合機(jī)則是燒結(jié)生產(chǎn)工藝中混合造粒的重要工藝設(shè)施,也是提高燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量的重要保障設(shè)施。燒結(jié)混合機(jī)主要作用是將經(jīng)過(guò)配料工序的燒結(jié)混合料進(jìn)行加水、混勻和制粒,燒結(jié)混合料經(jīng)過(guò)混合機(jī)的混勻、制粒后形成小球狀,可使混合料在燒結(jié)過(guò)程中能夠具有較好的透氣性。北京首鋼股份有限公司(后稱首鋼股份)煉鐵作業(yè)部二燒車間360m2燒結(jié)機(jī)經(jīng)長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行,自2021年6月份起一次混合機(jī)開始出現(xiàn)明顯周期性振動(dòng),為此360m2燒結(jié)機(jī)被迫降負(fù)荷運(yùn)行,造成燒結(jié)機(jī)不能有效發(fā)揮其產(chǎn)能,燒結(jié)礦成本升高。
通過(guò)分析確認(rèn),造成360m2燒結(jié)機(jī)一次混合機(jī)周期性振動(dòng)的原因是混合機(jī)基礎(chǔ)出現(xiàn)問(wèn)題,故必須對(duì)一次混合機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行加固改造。本文對(duì)360m2燒結(jié)機(jī)一次混合機(jī)基礎(chǔ)處理方案及過(guò)程進(jìn)行了解析,介紹了基礎(chǔ)補(bǔ)樁及基礎(chǔ)擴(kuò)接處理的技術(shù)要求、施工特點(diǎn)以及注意事項(xiàng),并對(duì)處理效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
首鋼股份煉鐵作業(yè)部二燒車間360m2燒結(jié)機(jī)于2008 年建成投入,年設(shè)計(jì)產(chǎn)能370 萬(wàn)噸,采用兩段臥式混合機(jī)對(duì)燒結(jié)混合料進(jìn)行混勻、造粒。該燒結(jié)機(jī)一次混合機(jī)尺寸規(guī)格為φ3.8m×15m,傾斜角度為2.5°;支撐方式為剛性支撐,進(jìn)料端和出料端分別布置有兩組鋼托輪,四組鋼托輪支撐筒體;驅(qū)動(dòng)方式為液壓馬達(dá)傳動(dòng),液壓馬達(dá)帶動(dòng)小齒輪、小齒輪帶動(dòng)大齒輪進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn),日常轉(zhuǎn)速約為6r/min;混合機(jī)與燒結(jié)產(chǎn)線同步開停、年平均作業(yè)率為93.7%。
該混合機(jī)設(shè)備安裝是嚴(yán)格按照《燒結(jié)機(jī)械設(shè)備工程安裝驗(yàn)收規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行的,自2008 年投產(chǎn)后,運(yùn)行一直較為穩(wěn)定,主體部件未進(jìn)行過(guò)更換。2020 年因托輪表面出現(xiàn)磨損,6 月結(jié)合燒結(jié)機(jī)大修對(duì)四組托輪進(jìn)行了更換。檢修結(jié)束后對(duì)混合機(jī)托輪、小齒輪安裝數(shù)據(jù)進(jìn)行了逐一復(fù)測(cè)驗(yàn)收,全部合格[1]。
到2021 年6 月份該混合機(jī)開始出現(xiàn)明顯周期性振動(dòng),且混合機(jī)東南角水泥基礎(chǔ)與廠房地面出現(xiàn)明顯分離,二者縫隙隨混合機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)呈現(xiàn)周期性變化,變化范圍可達(dá)到15mm左右。為此,二燒車間組織對(duì)混合機(jī)托輪高度、水平間距、大小齒輪齒頂間隙、側(cè)間隙等進(jìn)行逐一測(cè)量,并將測(cè)量數(shù)據(jù)與2020年6 月份大修驗(yàn)收數(shù)據(jù)對(duì)比,未發(fā)現(xiàn)明顯變化。因混合機(jī)主體部件安裝精度良好,部件未見(jiàn)明顯磨損,分析認(rèn)為,混合機(jī)基礎(chǔ)問(wèn)題是造成混合機(jī)振動(dòng)的原因[2]。
二燒一次混合機(jī)室房屋結(jié)構(gòu)為單層框架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房,設(shè)計(jì)建造于2007 年,由北京首鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司設(shè)計(jì),北京首鋼礦山建設(shè)工程有限責(zé)任公司施工。設(shè)備基礎(chǔ)上共設(shè)置有四組支座,分別為給料端托輥支座、排料端托輥支座、小齒輪支座、齒輪罩支座?;旌蠙C(jī)基礎(chǔ)為鋼筋混凝土大塊式基礎(chǔ),設(shè)備基礎(chǔ)呈梯形體,基礎(chǔ)底面標(biāo)高-2.50m、頂面標(biāo)高3.15m~3.64m,基礎(chǔ)長(zhǎng)11.20m、寬6.00m。設(shè)備基礎(chǔ)地基采用CFG 樁(水泥粉煤灰碎石樁)復(fù)合地基。CFG 樁樁徑為600mm,有效樁長(zhǎng)10~13m,保護(hù)樁長(zhǎng)不小于0.50m,樁端進(jìn)入持力層不小于1.0m。混合機(jī)基礎(chǔ)及CFG 樁混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)均為C25,分布筋均為HRB335。
混合機(jī)室地質(zhì)勘查報(bào)告顯示:“本工程場(chǎng)地基底標(biāo)高81.8m,全風(fēng)化片麻巖頂標(biāo)高69~71m,建議采用CFG 樁復(fù)合地基,以⑥層全風(fēng)化片麻巖為樁端持力層”,⑥層是本工程補(bǔ)樁樁基的設(shè)計(jì)持力層?;旌蠙C(jī)基礎(chǔ)地質(zhì)剖面圖如圖1所示。
圖1 混合機(jī)基礎(chǔ)地質(zhì)剖面圖
混合機(jī)廠房?jī)?nèi)設(shè)備布置密集、緊湊,可供加固設(shè)計(jì)、施工的空間十分有限。需要消除振動(dòng)的混合機(jī)滾筒基礎(chǔ)南側(cè)邊緣距廠房柱基礎(chǔ)邊緣僅有1.15m的空間,而且這個(gè)區(qū)域的周邊和上部有液壓管線和其他干涉的設(shè)備分布。施工時(shí),設(shè)備不能長(zhǎng)時(shí)間的停歇,絕大多數(shù)施工作業(yè)是在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下完成的,這對(duì)基礎(chǔ)加固方案又提出了更高的要求。
經(jīng)研究,計(jì)劃在混合機(jī)滾筒老基礎(chǔ)南北兩側(cè)增加四個(gè)新造基礎(chǔ),新造基礎(chǔ)下面設(shè)計(jì)開口鋼管樁(規(guī)格:φ219mm×10mm,單樁長(zhǎng)度:25m,最大壓樁力:1150kN)36 套,具體樁數(shù)、樁長(zhǎng)需要試壓后再做調(diào)整。如果南北兩側(cè)新造基礎(chǔ)不能消除混合機(jī)振動(dòng),還需對(duì)有加固條件的西側(cè)進(jìn)行開挖增大新建基礎(chǔ)面積,增加壓樁數(shù)量。
施工在盡可能減少停機(jī)時(shí)間的情況下實(shí)施,新造基礎(chǔ)基坑開挖后老基礎(chǔ)振動(dòng)可能會(huì)加大,2.5m深基坑防護(hù),廠房基礎(chǔ)防護(hù)、監(jiān)測(cè),基礎(chǔ)植筋打孔,使植筋膠在孔中凝結(jié)不流出等施工難度很大,防止振動(dòng)對(duì)施工造成的影響需要采取措施防范[3]。
施工步驟為:開挖四個(gè)新造基礎(chǔ)基坑,基坑支護(hù),廠房監(jiān)測(cè)(本工作貫穿工程始末,及時(shí)預(yù)警);在開挖的基坑內(nèi)打植筋孔并植筋;測(cè)量放線確定樁位并安裝預(yù)制壓樁孔(四塊δ=6mm 的300mm×350mm×2500mm 的梯形鋼板焊接成的錐型預(yù)制壓樁孔),鋼筋綁扎焊接并與植筋、預(yù)制壓樁孔相連;反力架地腳螺栓安裝,模板安裝。第一次停機(jī)48小時(shí),進(jìn)行新造基礎(chǔ)澆筑、養(yǎng)生,通過(guò)反力架壓樁36套;第二次停機(jī)36 小時(shí),澆筑預(yù)制壓樁孔及地坪恢復(fù),恢復(fù)生產(chǎn),交工驗(yàn)收。
2.2.1 補(bǔ)樁技術(shù)方案
根據(jù)補(bǔ)樁加固方案設(shè)計(jì),錨桿靜壓樁平面布置圖如圖2所示。
圖2 錨桿靜壓樁平面布置圖
2.2.2 補(bǔ)樁技術(shù)參數(shù)
根據(jù)補(bǔ)樁加固方案設(shè)計(jì),本加固工程相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如表1所示:
表1 補(bǔ)樁設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)一覽表
2.2.3 錨桿靜壓管樁技術(shù)要求
(1)制樁:樁段節(jié)長(zhǎng)采取0.8~1.2m,鋼管切口要求下料平整、光滑、無(wú)毛刺,鋼管樁樁段對(duì)接處采用坡口焊接,坡口為上段管單坡口,并嚴(yán)禁手工汽割成型;
(2)高強(qiáng)灌漿料澆鑄平臺(tái),預(yù)埋地腳螺絲,預(yù)留壓樁孔;
(3)壓樁:壓樁時(shí)應(yīng)使千斤頂與樁段中軸線偏心度不得超過(guò)1%,壓樁過(guò)程除接樁外,中途盡量減少停歇,避免壓樁至中途停歇而過(guò)夜;
(4)接樁:樁段與樁段的連接采用內(nèi)襯環(huán)坡口半自動(dòng)氣體保護(hù)對(duì)接熔透焊,焊接質(zhì)量等級(jí)二級(jí);
(5)壓樁終止標(biāo)準(zhǔn):采取雙控制標(biāo)準(zhǔn),既壓樁過(guò)程中要同時(shí)控制壓樁深度及壓樁壓力,但應(yīng)以壓樁力為主;
(6)灌芯:灌芯混凝土采用G60型灌漿料。
2.2.4 錨桿靜壓管樁補(bǔ)樁工程特點(diǎn)
(1)本工程補(bǔ)樁施工工藝復(fù)雜,施工難度大;
(2)施工作業(yè)面位于廠房?jī)?nèi),空間低矮狹窄,而且四周有液壓管路等干涉設(shè)備,施工條件差;
(3)補(bǔ)樁在進(jìn)入持力層時(shí)以壓樁力為主控參數(shù),壓樁到位后,如壓樁力不足1150KN 則須繼續(xù)加樁施壓,直至不小于1150KN為止;
(4)因停機(jī)時(shí)間短,不能等混凝土28 天強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以后再進(jìn)行預(yù)埋錨桿、靜壓鋼管,因此本工程采用灌漿料施工,節(jié)約停機(jī)及養(yǎng)護(hù)時(shí)間。封樁要求先加載預(yù)應(yīng)力后,再封樁;
(5)本工程為控制不均勻沉降的應(yīng)急處理,所以施工條件差,要求高,任務(wù)緊。
2.3.1 基礎(chǔ)擴(kuò)接方案
基礎(chǔ)擴(kuò)接設(shè)計(jì)方案詳見(jiàn)圖3所示。
圖3 基礎(chǔ)擴(kuò)接方案示意圖
2.3.2 基礎(chǔ)擴(kuò)接工藝流程
基礎(chǔ)擴(kuò)接工藝流程詳見(jiàn)圖4所示。
圖4 基礎(chǔ)擴(kuò)接工藝流程示意圖
2.3.3 基礎(chǔ)擴(kuò)接預(yù)留孔及預(yù)埋件
(1)預(yù)留壓樁孔:預(yù)留孔模板為尺寸300mm×350mm×2500mm,鋼板厚度6mm;基礎(chǔ)擴(kuò)接同時(shí)預(yù)留壓樁孔,即鋼筋綁扎安裝前放出樁位,固定好預(yù)留孔鋼板盒;橫向鋼筋遇到預(yù)留孔時(shí)彎起并焊接到預(yù)留孔鋼模外側(cè)面上。
(2)錨桿埋設(shè):錨桿采用屈服強(qiáng)度≥930MPa 的φ25mm 高強(qiáng)精軋螺紋鋼;錨桿預(yù)埋深度≥500mm,總長(zhǎng)度≥650mm;每根樁設(shè)6根錨桿。
2.3.4 基礎(chǔ)加接施工注意事項(xiàng)
(1)基礎(chǔ)加接施工要嚴(yán)格按照有關(guān)鋼筋混凝土施工規(guī)范進(jìn)行,所使用的進(jìn)場(chǎng)材料必須具備相關(guān)質(zhì)保資料,并按規(guī)定進(jìn)行抽樣送檢,合格后方可投入使用。
(2)新老混凝土接合面務(wù)必要鑿毛;澆搗新混凝土前要對(duì)老基礎(chǔ)面提前澆水,使之充分濕潤(rùn),并刷界面劑或刷漿。
(3)植筋孔孔深≥15d,灌膠前必須將孔內(nèi)灰塵吹盡;植筋膠要飽滿,鋼筋旋轉(zhuǎn)植入。
(4)混凝土澆灌前必須確保人員、設(shè)備和工具準(zhǔn)備充分、齊全,澆灌路線暢通;檢查模板支撐的穩(wěn)定情況,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)加固;在澆筑后12h 內(nèi)對(duì)砼加以覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)。
(5)現(xiàn)場(chǎng)制作同條件養(yǎng)護(hù)的試塊,通過(guò)對(duì)試塊進(jìn)行檢測(cè)來(lái)安排后期壓樁施工步驟。
燒結(jié)機(jī)混合機(jī)基礎(chǔ)出現(xiàn)開裂和不均勻沉降是不常見(jiàn)的問(wèn)題,處理起來(lái)沒(méi)有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可借鑒,另外燒結(jié)機(jī)設(shè)備又不能長(zhǎng)期停機(jī),這對(duì)此次混合機(jī)基礎(chǔ)處理帶來(lái)很大的難度。通過(guò)詳細(xì)的調(diào)研、嚴(yán)密的加固改造方案論證、精細(xì)的施工準(zhǔn)備、科學(xué)的施工組織,順利的完成了二燒車間360m2燒結(jié)機(jī)一次混合機(jī)基礎(chǔ)加固改造任務(wù)。
實(shí)踐證明此次一次混合機(jī)基礎(chǔ)加固改造方案有效、可行,通過(guò)基礎(chǔ)補(bǔ)樁和擴(kuò)接處理,在隨后的運(yùn)行過(guò)程中,混合機(jī)基礎(chǔ)不再晃動(dòng)。該處理方式從最大程度上降低了生產(chǎn)中斷造成的損失,這也為國(guó)內(nèi)同類型在用設(shè)備的基礎(chǔ)處理提供了參考。