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除尘器支架及地基加固改造设计探究

摘要:对除尘器支架及地基基础加固改造设计进行了探讨,分析了此类工程特点,并结合某电厂电除尘器升级改造工程实例,对改造方案的选择、支架和地基基础的复核计算以及加固设计进行了论述,为同类工程提供参考。

关键词:除尘器支架;地基基础;加固改造;结构复核

随着我国经济的快速发展,城市建设、工业生产的力度不断加大,资源和能源的消耗速度日益增长,大气污染防治工作显得越来越紧迫。为改善大气环境质量,国家和各级地方政府陆续颁布多项环保政策和环境治理措施,明确排放标准,严惩超标排放,鼓励采用先进工艺,加大环保投入,促进企业治污减排工作的发展[1]。为响应国家号召,遵守国家及地方政府制定的烟尘控制标准,全国各地火力发电厂均启动了除尘设备改造工程。除尘设备的升级改造,普遍会增加荷载,改变荷载分布情况,因此需要对原除尘器支架和地基基础进行复核计算,并对不满足要求的部分进行改造和加固。准确地对原除尘器支架和地基基础进行复核,合理地选择加固方案,不但对结构安全至关重要,而且对施工周期的控制和项目成本的管理起着关键性作用[2]。

1除尘器支架及地基基础加固改造工程的特点

(1)作为加固改造对象的原结构,其建成时间距加固改造时间普遍较长,期间相应规范可能进行了数次更改。原结构初次设计施工时遵循的规范和现行规范之间,可能在计算方法、构造要求、参数指标等方面存在着不同。原结构设计文件、岩土工程勘察报告等资料均是按原规范的标准完成的,而对原结构进行加固改造,则应按照现行规范的规定进行,这就使得加固改造设计时,常常要对原有资料数据进行相应的转换。(2)加固改造前原结构已经承担荷载并产生相应变形。加固改造后,原结构和新增结构在新旧荷载的共同作用下工作[3]。原结构和新增结构是否能组成一个整体协调变形、共同受力,受到结构体系、荷载分布情况和新旧结构构件之间连接方式的影响[4]。(3)现场情况复杂。地面以上分布有较多已建建筑物、构筑物和各种设备,地面以下同时存在着大量的基础、电缆沟及污水管沟等,导致现场空间狭小,干涉众多,限制施工机具设备的使用。同时,由于历史上资料收集不完整、保管不善等原因,可能存在资料缺失的问题,使得部分地下干涉物直到基坑开挖露出之后才发现,造成设计变更。施工过程还可能对周边已建建筑物、构筑物和各种设备产生不利影响。(4)加固改造施工期间通常会影响电厂生产,严重时甚至必须停机,对电厂效益产生较大影响。尤其是一些大型电厂的停机,还会使其周边城镇产生巨大的经济损失。

2除尘器支架及地基基础加固改造工程实例分析

2.1工程概况。本工程为某电厂电除尘器升级改造工程,地点位于河南省洛阳市,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10g,框架抗震等级为三级。拟在原电除尘器烟气入口处增设一电场,需对原电除尘器钢筋混凝土支架及地基基础、原烟道钢筋混凝土支架及地基基础进行改造加固。原钢筋混凝土支架及地基基础竣工时间为1997年,原工程地质勘测报告时间为1993年。原电除尘器钢筋混凝土支架和原烟道钢筋混凝土支架为钢筋混凝土框架结构,四面无围护。原电除尘器支架基础和原烟道支架基础均为钻孔灌注桩基础,桩径0.6m,桩端扩孔直径1.2m,桩长从承台底起算14m,单桩承载力设计值为1500kN。2.2加固改造方案。1/0A轴~A轴为原烟道钢筋混凝土支架,B轴~E轴为原电除尘器钢筋混凝土支架。新增的电场位于A轴~B轴之间。新增电场A轴立柱与原烟道支架A轴立柱顺烟气方向重合,垂直烟气方向偏心240mm,因此考虑对原烟道支架A轴立柱采用外包钢筋混凝土增大截面法加固后利用。根据改造要求,考虑于A轴、B轴间新增3层钢梁与原电除尘器钢筋混凝土支架、原烟道钢筋混凝土支架连接,并拆除原烟道钢筋混凝土支架标高11.900~19.88m间部分梁、柱后用钢斜撑加固(见图1)。因荷载增加,结构变动,应对改造后支架和地基基础进行复核计算,并对不能满足要求的构件进行加固设计。2.3支架复核和加固改造设计。支架结构复核采用PKPM软件建模计算,按现行规范的规定对钢筋混凝土框架柱、钢筋混凝土框架梁和新增钢构件进行复核,对需要加固的构件进行加固设计。(1)框架柱复核。原烟道支架A轴立柱采用外包钢筋混凝土增大截面法加固后(见图2),柱截面尺寸为1000mm×1000mm,混凝土强度等级C30,柱轴压比限值0.85。实际(最大)轴压比为0.33,且实配钢筋与PKPM输出结果相比有较大富余,满足要求;核对其他原框架柱配筋,均能满足要求,无需加固。此处应注意,所有被加固的A轴立柱处新增纵向受力筋应植入原钢筋混凝土承台,植筋深度应满足《混凝土结构加固设计规范》(GB50367—2013)的要求[5],确保柱荷载能有效传递至基础。(2)框架梁复核及加固设计。根据PKPM建模计算结果,复核原框架梁配筋,确定A轴标高4.800m处两跨框架梁、标高11.900m处两跨框架梁和3轴标高11.900m处一跨框架梁配筋不足,需加固。为缩短工期,方便施工,加固采用粘贴钢板加固法,外贴钢板采用厚度为16mm的Q345B级钢板(见图3)。梁柱节点处预埋钢板应与柱箍筋满焊连接。粘贴钢板时,钢板需进行预安装,用部分螺杆临时固定,松开后在钢板上均匀涂刷粘胶剂,用量2~3kg/m2,再安装固定后静置24h,不得扰动。根据规范GB50367—2013第9.2~9.3条,进行加固设计计算,加固后承载力和变形均满足要求。图3粘贴钢板加固梁示意图(3)新增钢梁、钢斜撑设计。新增钢梁为H型钢,高300mm,翼缘宽200mm,腹板厚8mm,翼缘板厚12mm;新增钢斜撑为方钢管,长边500mm,短边300mm,壁厚16mm,主要受轴向拉压力作用。新增钢梁、钢斜撑两端均按刚结点设计,根据PKPM建模计算结果,钢梁、钢斜撑自身承载力、稳定性均有较大富余。新增钢梁、钢斜撑与原钢筋混凝土框架间采用化学植筋并增设埋件连接,植筋长度、植筋间距应满足规范GB50367—2013要求。由于原钢筋混凝土结构部分区域钢筋分布较密,植筋容易遇到原钢筋干涉,故对此类节点,采取在适当的位置增设加劲肋的措施,增加节点刚度,扩大节点面积,从而降低植筋分布密度(见图4、图5)。2.4地基基础复核和加固设计。2.4.1地基基础复核。本工程原基础设计施工时遵循的规范为《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—1989)[6],采用的桩基承载力指标是设计值,对应的荷载效应最不利组合为基本组合。对地基基础进行复核时,应符合现行国家规范,即《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)[7]和《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)[8]的规定,采用的桩基承载力指标为特征值,对应的荷载效应最不利组合为标准组合。因此,对原结构桩基础承载力进行复核时,不能直接套用原资料中的单桩承载力设计值,而是应求得单桩承载力特征值后进行计算。由于现场条件无法进行静载试验,故仅能通过经验参数计算原基桩单桩承载力特征值,存在较大的不确定性。为确保安全,本次复核计算同时按照新旧规范的规定,对单桩承载力设计值和荷载基本组合、单桩承载力特征值和荷载标准组合分别进行计算,同时满足方可认为满足要求,否则应进行加固。同时,按现行规范要求对桩基沉降和承台承载力进行复核计算。根据复核计算结果,原电除尘器基桩、承台均无需加固。原烟道靠除尘器侧三处柱下单桩基础承载力不满足要求,需加固。2.4.2地基基础加固设计。为提高新旧结构变形协调,保证地基基础加固效果,对原钻孔灌注桩基础的加固宜采用增设基桩的方法。因受已建建筑物、构筑物的影响,静压、锤击、振动等成桩机械设备无法入场,预制桩基础无法施工,故适合选用灌注桩。结合本工程土层特征,地下水位埋深较深,便于人工挖孔成桩,故最终选用人工挖孔灌注桩。具体加固方法为在原钻孔灌注桩基础两侧新增人工挖孔灌注桩,桩长从地面算起为15m,并用新增钢筋混凝土承台把原钢筋混凝土承台包裹在内,通过新增钢筋混凝土承台将新增人工挖孔灌注桩和原混凝土结构有效连接(见图6、图7)。所有新增承台钢筋应植入原承台或立柱,植筋深度应满足规范GB50367—2013的要求。

3结论与建议

本加固改造工程于2015年竣工验收后投产运行,情况良好。对本项目经验进行总结,可得以下建议:(1)由于复核计算和加固设计时应满足现行规范的规定,不同于原结构初次设计时所遵循的老版本规范,故设计人员应熟悉并理解历次规范的相关内容和各参数指标变化。根据改造目的,在全面分析结构整体的受力情况下,合理选择复核计算的部位和内容,确保结构安全和经济合理。(2)加固改造设计时,在满足使用要求的前提下应充分利用原结构,尽量减少对原结构的损伤。新旧结构间连接节点设计时,应采用合理的节点形式,注意预埋件、加劲肋、植筋或锚栓等关键部分的设计,保证连接可靠,传力合理,施工方便。(3)由于现场情况复杂,除了收集资料时应详尽外,还应现场踏勘,对重要部位进行实地测量。设计单位应与业主、施工单位密切沟通配合,确定加固改造方案可行,尽量减少设计变更。进行具体的构件、节点设计时,应考虑采用便于调整的方案,减少因个别干涉而进行设计变更时的工作量。(4)确定加固改造方案时,应重点考虑施工周期,选择工程量小、便于施工、工期较短的方案。优先采用钢结构以缩短工期。

参考文献

[1]张彦明.布袋除尘+湿式电除尘器改造应用[J].资源节约与环保,2018(04):12+17.

[2]张元农.工业厂房加固改造的探讨与设计[J].山东煤炭科技,2018(02):162-164.

[3]陈娅芳,刘学清.某工业厂房加固改造主要结构设计[J].有色金属设计,2016,43(02):20-23.

[4]白帆.某电厂烟道支架改造设计关注项探讨[J].广东建材,2018,34(02):43-45.

[5]混凝土结构加固设计规范:GB50367-2013[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

[6]建筑地基基础设计规范:GBJ7—1989[S].北京:中国建筑工业出版社,1989.

[7]建筑地基基础设计规范:GB50007—2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[8]建筑桩基技术规范:JGJ94—2008[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

作者:詹闽研 单位:闽西职业技术学院 城乡建筑学院

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