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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】大型玻璃生产厂房改造工程施工技术

35 2023-08-15 10:05:10

厦门明达玻璃有限公司主厂房原为54m×60m的6层现浇框架结构,其顶层系由排架、钢托架、16榀30m跨钢屋架及大型屋面板结构的平板玻璃生产车间。由于进行技术改进须对原厂房进行内部改造,把厂房中间60m×22m部分1~5层框架梁板柱拆除,以形成1000m2左右的大空间,加固18根旧柱,新增14根大柱和8根22m跨30m长的双支组合大梁。加固的柱与新增的大柱、大梁形成新框架,以承受拆除范围内的第6层楼面及屋面荷载。



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工程改造的施工难度



(1)工期要求紧:建设单位要求整体工程改造的工期控制在300工日内。

(2)工程改造量大:加固基础的土方开挖量约2000m3,混凝土量为1050m3,加固和新增柱的混凝土量为360m3,大梁混凝土量为485m3,新旧结构的钢筋焊接量约5250个接头,拆除的梁板柱的混凝土量约1100m3。

(3)施工环境条件差:由于在室内施工,作业面受室内条件(层高、柱网、交通运输等因素)的限制,机械使用很困难。

(4)加固质量要求高:加固后形成的新框架体系为改造工程的重要受力结构,其基础深,且柱高,梁跨度大,截面配筋多而密,操作工艺要求严,施工难度大。

(5)拆除物的作业风险大:拆除的层数多,高空作业危险性大,组织施工的安全难题多,拆除时不能整体倒塌,只能分层解体,以保证周围原有结构不受损伤。

(6)托换的技术难度大:将屋面体系的荷载托换给大梁承受,卸荷时要求高。应避免解体瞬间大梁受荷过猛,造成大梁自身结构损伤,并影响邻跨结构,屋面体系也不应因变形而渗漏。



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施工方案优化



该工程改造规模和施工难度大,为保证施工质量及工期要求,确定施工方案和施工技术措施非常重要。

根据施工图的设计要求,加固工程按施工规范执行,组织分段流水立体交叉作业。

拆除施工是影响造价和工期的主要环节,拆除方案是首先要考虑的问题,为此比较了以下几种方案:

(1)爆破方案:在厂房内部进行空中解体,须选取适合的爆破参数,限制一次最大装药量和爆破顺序,但爆破带来的震动、噪声、飞石和瓦斯危险性大,不利于结构稳定和交叉作业。工期约45~50d,且造价高(约81万元)。

(2)人工凿除方案:造价低(约40万元),但劳动强度高飞工效低,预计工期长达90d,无法满足合同工期要求。

(3)无声破碎技术与人工凿打相结合方案:楼板用人工凿除,梁柱采取在构件的适当位置打孔,灌入SCA无声破碎剂,经10~24h水化反应后,产生30MPa的膨胀压力将构件的混凝土胀松,然后用人工剔除。这种方案所需造价约50万元,工期约45d。

经技术经济和工期比较后,认为采用方案3为优,并采取先加固后拆除,加固从下往上,拆除从上而下的顺序。



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加固工程施工技术措施



加固工程包括基础、梁和柱等构件,须使新旧结构连成一体,组成新的结构体系共同受力。采用扩大原基础底面积并增加连梁,每个基础均要斩毛或打成台阶形。加固柱竖向穿过各层梁板,需凿除加固位置的梁板混凝土;而大梁是由2根450mm×1800mm(最大断面500mm×2000mm)梁形成双肢组合大梁箍住五层柱,以承受五层柱以上的荷载,因此它是新结构体系的关键构件,也是改造工程施工的关键部位。在层高仅有2.87m,净空仅630~730mm的空间施工如此配筋密、跨度长、高近2m的深梁,难度相当大。

3.1、模板的设计与安装

由于大梁的自重大,每肢重20.3~25.1t/m。为保证大梁施工的模撑系统有足够的强度、刚度和稳定性,模板设计时考虑以下因素:大梁底距五层楼板面仅240~340mm,而五层楼板原是堆载仓库(原设计活荷载取值为10kN/m2),可利用其承受部分荷载,故在梁模底均匀地铺设100mm×100mm楞木,使梁荷载能通过楞木均匀地传给楼板;在五层板下设置支撑予以加固,保证五层结构稳定;由于梁高度大,混凝土浇筑的侧压力随之增大,因此梁侧模采用M12对拉螺栓及木斜撑与钢管撑搭配使用的支撑形式,并按规范要求将梁底起拱65mm。

大梁顶面距离六层板底只有630~730mm,为方便混凝土浇捣,先安底模及内侧模,外模分两次安装;钢筋绑扎完后,先封下半部分至1.1m高,待大梁混凝土浇捣至高度1.0m时再封上段模板。

3.2、粗钢筋连接

梁主筋及弯起筋多而密集,主筋排距最多达5排,间距仅25mm,且为Φ25的粗钢筋。由于受建筑物的限制,钢筋无法在场外一次成型后就位,只能在五层板面进行连接。为保证质量,方便施工,决定采用冷挤压对接技术,按规范对接头位置错开的有关规定执行。

3.3、混凝土的配制与施工工艺

该梁为深近2m、单肢混凝土量近25m3、强度等级达C40的重要受力构件,必须保证质量。材料选用525号的普通硅酸盐水泥,1~3cm碎石,中砂和缓凝型减水剂,混凝土初凝时间控制在8~10h。由于混凝土体量大,施工时采取了防裂措施(每厚厚度控制在20~30cm),减缓浇灌速度,以利浇灌面的散热。由于混凝土浇捣受净空的限制,为方便大梁上半部的浇筑,在大梁上方的六层楼板面凿300mm×300mm、间隔800mm的孔洞作为浇灌口。浇灌后应加强养护,保证浇水养护8d,养护期内保持大梁表面湿润。



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拆除工程的施工技术措施



经过加固,新的结构体系已形成。根据设计要求,应将原厂房中部1~5层梁板柱的结构构件进行室内空中解体。施工中采取了以下技术措施:对楼板要求有计划地安排交叉施工,采取人工敲打拆除;对梁板结构将根据结构受力状况和施工作业面,采取SCA无声破碎剂与人工凿除相结合的方法,即将构件的混凝土胀松后由人工清除。.

SCA无声破碎剂是一种静态破碎剂,是由铝、镁、钙、铁、硫、铁等氧化物磨细混合而成的灰白色粉末。使用时将SCA和水调制成流动状浆体后,填灌到炮孔中,物料经水化反应后因其体积膨胀约2倍,产生巨大的横向膨胀力而使混凝土胀裂破碎。它具有爆破力而无冲击波,又不产生振动,无声响,且无烟尘和飞石,二次破碎也很容易等特点。又由于膨胀进程是缓慢的,胀裂破碎可安全进行,不影响其他工种操作,有利于安排交叉作业。

由于SCA无声破碎剂只产生30MPa的膨胀压力,且混凝土的钢筋将吸收SCA部分膨胀能而对膨胀起限制作用,因此决定按以下工序进行操作:

(1)用无声破碎剂破除梁、柱两侧各150mm范围内的钢筋保护层,然后用气割切断主筋及箍筋。

(2)在梁、柱切断主筋的位置钻孔,装无声破碎剂。

(3)经10~24h后,用人工剔除松动的混凝土。

为保证破碎质量,对每一构件的破碎位置、布孔、外孔的直径与总长度等进行了合理的设计。从经济和进度角度出发,只对柱头、梁端进行无声破碎;楼板及脱离后的柱、梁段采用人工凿除。对柱头飞梁端无声破碎工艺参数设计如下:在距端头面200mm处钻孔,孔距控制在300mm以内。



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托换技术--大梁的承载



新的框架形成后,如何将第六层结构及屋面荷载转换给大梁承受,是工程改造设计的关键问题,要求做到逐渐卸荷,即大梁须由小到大逐渐承受荷载。为避免五层柱拆除时对大梁造成冲击荷载或在短时间内使大梁承受全部荷载,导致大梁结构受损伤,在对大梁的强度和刚度进行验算后,确定拆除大梁底下的柱子时,先采取使原支承面逐渐缩小,即逐渐削弱柱端横截面,使大梁逐渐增大受荷量;其次是从中间柱子开始拆除,向两侧柱子对称地进行,使大梁的跨度由小变大,均衡地增大荷载,其步骤是:先切断柱主筋,然后用无声破碎分三级破碎柱混凝土,每一级均从柱四周同步进行,每级间隔时间为24h。

位于原屋面体系中间位置的大梁处在原屋面结构的重要部位,要拆除梁底的柱子,大梁中间必须承受约3000kN的集中力。能否安全可靠地把原屋面体系结构荷载托换到大梁上,也是托换技术成败的标志。因此,除采取以上措施外,还在梁底下设置千斤顶作为卸荷装置。即在每肢梁下(柱的两侧)分别布置1台YQl---L200千斤顶,先顶住大梁以便拆柱。梁与柱的连接拆除时,使千斤顶预先卸荷,随后逐步卸荷,使大梁缓慢地承受荷载。

千斤顶卸荷的施工顺序是先将千斤顶安放在钢平台上,启动油泵,使得千斤顶顶住大梁,然后切断柱子,随后以挠度逐步控制两台千斤顶同步卸荷。原设计主大梁22mm跨度应有2cm的挠度,施工中控制每一级挠度增量为2mm(用千分表计量),每级维持时间为30min。实测挠度达到l.2cm时,千斤顶已不受荷,大梁已完全进入工作状态。最终形成厂房改造后的大空间。



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实施效果



该工程改造规模大,要在保持原厂房形状不变的情况下进行内部改造,设计施工难度大,技术、质量、安全要求高,且工期紧,经分析比较后,采用先加固后托换和无声破碎技术与人工拆除相结合的施工技术措施,实践证明是成功的。整个结构体系满足设计要求,安全地进入正常工作状态,工程质量好,结构安全可靠,托换后组合大梁均无损伤,屋面无渗漏,工期满足要求,节约造价30余万元,取得良好的经济效益和社会效益。