汽车涂装厂房改造事项研究
时间：2023-02-23 10:55:07 来源：千叶帆 本文已影响人
李建均， 金士海
（中汽研汽车工业工程（天津）有限公司， 天津 300300）
该改造车间为门式钢架彩板屋面轻型钢结构，始建于2011 年，至今已使用10 年时间。由于建设单位生产工艺要求变更，需要在原车间地面增设设备用钢结构平台，屋面、墙面新增开洞或原有开洞封堵，对原有地下风道、漆泥处理池等混凝土结构进行拆改等。
1.1 新增钢平台
根据新工艺要求，需新增大量钢平台，单柱反力标准值介于30～220 kN 之间，且部分钢柱柱脚要求刚接。原车间地面为120 mm 厚C25 混凝土（配单层Φ8×200 钢筋），地面下地基土处理为素土夯实。目前车间地面现状已有局部开裂现象，再以此混凝土地板做钢平台柱基础存在较大安全隐患。同时，考虑到不同形式的基础会存在沉降变形差别，故新增的钢柱最好全部采用天然地基的形式。但现实条件是现场的部分设备还将继续使用，不存在放置新平台柱独立基础的空间。考虑到部分钢平台单柱柱下反力较小等因素，最终决定此部分平台钢柱采用在地面上附加H型钢梁托钢柱的过渡形式，以实现分散柱下集中荷载，同时有效协调竖向变形的目的，核算结果满足设计要求。少数荷载大于50 kN 的单柱下采用天然地基(柱下条基)的形式，位于已废掉的设备基础上的钢柱，采用在原设备基础上植筋做基础短柱的形式处理，最大程度上实现利旧，以降低工程投资。
1.2 墙、屋面彩板开洞
彩板墙面及屋面的开洞较简单，仅需按相应的《钢结构加固技术规范》内容要求执行即可。
改造的难点在于对原有地下工程漆泥处理池及风道的拆改。根据新工艺的需求，需要增设地下风道，而这些新建风道与已有的地下风道之间有重叠、干涉的情况，综合考虑成本及厂房实际情况，决定采用部分利旧、部分新建的方式。由于所建工程位于渤海之滨，地下水丰富，新旧结构之间浇筑界面的防水问题是焦点。参考《地下建筑防水构造》图集中的后浇带及变形缝处做法，通常是采用中置式止水钢板或遇水膨胀橡胶止水条，再加外贴式止水带、卷材防水等方式。综合考虑新旧混凝土的可操作性，采用遇水膨胀止水条的形式。遇水膨胀橡胶止水条的使用也较为普遍，其安装并不复杂，但需要在凿除的旧混凝土结构断面上先凿出放置橡胶止水条的凹槽，并保证凹槽的表面要尽可能地光滑平整，这项要求对于处理旧混凝土的凿除界面难度较大。由于止水条为定型材料，即使点再密也会出现止水条与凹槽表面不能紧密配合的情况，将直接影响到整个工程的最终防水效果。因此，在新旧混凝土之间增加了15 mm 厚的1∶1.5 水乳型聚合物水泥砂浆黏结层，以尽量实现新旧结构之间的无缝衔接。如下页图1 所示。考虑到原风道基础已使用10 年时间，基底下土层已基本完成固结，沉降变形已基本完成，而新建的风道尚存在新增负载引起基础下沉的条件，因此，在新旧混凝土结构间设沉降缝，以解决不均匀沉降问题。如下页图2 所示。
3.1 改造内容及现状
本次改造的漆泥处理池始建于2012 年前后，经过外观检查发现，存在局部混凝土池壁表面老化剥落、个别钢筋表面有锈蚀等情况。漆泥处理池呈长条形，占地面积＞400 m2，基底埋深为-5.60 m，体积为2 200 m3，混凝土池壁最小尺寸400 mm，混凝土体量庞大，位于涂装车间靠近北侧位置，且厂房有6 个轴线的钢柱支承在处理池壁上。考虑到相邻的其他工业厂房距离较近，拆除重建没有可实现的空间，而且会造成巨大的浪费。项目组经过反复比较、论证，最终达成了通过调整新工艺来实现利旧的目的，这样既大大节省了建设单位的成本，又大幅缩短了工期。接下来，建设单位委托有资质的检测单位，对原有池体结构现状损伤、缺陷以及结构构件承载力等相关项目进行检测鉴定，最终结论是结构构件承载力满足原设计要求，可按新工艺要求进行改造，满足继续使用的要求。漆泥处理池的改造是体量比较大的工程，不但要凿除池内的原有混凝土隔墙及混凝土板，同时还要在池壁上开较大的回水沟连接洞口，封堵原有的废弃池壁洞口，同时还要在池内增加新的混凝土功能性墙壁等构件。
3.2 开洞
改造内容包含将水池外壁原-3.50 m 标高处的洞口封堵，在新增回水沟的对应位置新增加池壁开洞的作业，基坑的施工作业面大约在-4.00 m 左右。因处理池距车间外厂区道路仅隔一条宽4 m 的绿化带，为避免挖方施工对道路造成安全影响，同时也考虑到当地的地下水位较高的事实。因此，首先在绿化带内打入与处理池形成封闭施工区域的钢板止水桩。开槽后，为保证厂区道路以及周边建筑物的安全，在池壁与钢板桩之间设钢管支撑，以有效保证基坑开挖后的土体稳定。进行有组织降水作业，将施工区域地下水位降至-4.50 m 左右，并按相关要求做好基坑的安全监测。本次改造，原有池壁上开洞的数量较多、洞口尺寸也较大，采用了先进的割洞工具——墙锯，取代以往的风镐及液压锤破除钢筋砼的施工方法，改善了以往沙尘飞扬的工作环境，工作效率提高，解决了原有结构受到破坏而产生裂纹出现渗漏问题，缩短了施工工期，并能可靠地保证工程质量。
3.3 梁板柱的改造
在水池内新增混凝土墙、柱、梁、板等构件。根据对既有混凝土水池主体结构的安全评估，确认原构件混凝土具有正常的配筋率和足够的箍筋等必要条件。在原有结构上进行植筋，采用后锚固连接技术，用于连接原结构构件与新增构件。鉴于新工艺要求，要在原有池壁处接建较大面积的砼板，以承载工艺设备，其中活载要求20 kN/m2，局部35 kN/m2，且原池壁净距7.5 m。综合考虑经济性以及方便施工等指标，最终采用梁板式方案。同时，考虑到改造工程的复杂性，较大荷载及跨度下砼梁配大直径纵筋的锚固长度不易满足等问题，在对可能有影响的构件尺寸征得工艺人员许可的前提下，最终采用在池内做混凝土框架，砼柱与水池底板采用铰接的形式，得以圆满解决。
3.4 新增回水沟
池壁开洞处要做开洞的补强处理，同时要考虑与回水沟交接处的防水问题。最终采用一次开大洞，预留出做补强构造的空间，交界面处在老基础断面上，开凹槽使用遇水膨胀橡胶止水条，并附加15 mm 厚的1∶1.5 水乳型聚合物水泥砂浆粘结层的方式防水。所有的新浇注混凝土均采用C35 防水砼内掺代替水泥用量10%的UEA 膨胀剂，抗渗等级P6。同时，在所有的新旧结构交接处的外壁迎水面贴1 000 mm 宽卷材防水加强层，在最外面设主防水层，并与老混凝土结构的原有防水层进行有效搭接，在沉降缝处的池壁外表面增设外贴式止水带。基于新旧防水层的可靠搭接，要求在进行老基础改造的前期，进行工作面开挖时要采取相应措施，以保证原有防水保护层的完整性，并注意施工过程中的保护，不得对所需范围内原有防水层造成破坏。尤其是在凿除风道底板的混凝土作业时，要求作业工人一定要适可而止，轻手轻脚，切忌使用蛮力刺穿防水层，这点尤为重要。
3.5 新增穿墙管
在原有池壁新增穿墙套管处，采用CGM高强无收缩灌浆料，以解决砼材料的抗拉强度低、抗裂性差、容易产生裂缝的缺点，不但提高了结构的耐久性，还为解决了结构防水问题。另外，灌浆料的和易性、流动性比砼要好，避免了由于振捣不密实而产生的蜂窝、麻面、孔洞等质量通病。
细节决定成败。在本次改造工程中，后锚固植筋的工程量巨大，直接关系着改造工程的成败。现在的化学植筋技术，已广泛用于改造加固等工程，相应的化学胶粘剂及对应的各种后锚固制品已能覆盖所有的工程场景。设计人员仅需根据现行的《混凝土结构后锚固技术规程》[1]《混凝土结构加固》[2]的相关要求，再结合产品说明书或产品认证报告的相关内容，即可选出适用的后锚固制品。新旧混凝土界面结合处的处理是此类改造工程的关键环节，因此，对拆改部位的化学植筋施工质量要求也就更高。操作者对植筋整个流程各工序的重点要求要做到清晰、明确、具体，对植筋的过程及细节，必须严格按照既定的施工工艺执行。
1）第一步：标记钻孔作业。首先要使用钢筋仪等设备检测出要施工位置的保护层厚度、钢筋直径、间距、走向及分布等信息，再根据改造设计图中的配筋图（进行改造设计时，应充分考虑既有结构的配筋信息，应保持和原结构相同的钢筋间距，以方便错位打孔的改造施工）进行现场植筋钻孔位的标记。植筋采用冲击钻钻孔，钻头直径应比钢筋直径大5 mm 左右，孔深≥15d（d 为所植钢筋直径），或按设计图纸的相应要求进行。钻孔作业时，应确保钻头始终和混凝土结构层表面保持垂直。
2）第二步：清孔作业。本环节关乎植入钢筋与砼结构层的粘结强度，是影响植筋质量的关键环节。现场多采用压缩空气逐孔吹扫的方式，要求作业人员必须认真执行，真正做到吹管伸至每个钻孔底部，不留死角，彻底清除孔内杂物。清孔工作还要注意天气及工作面是否有积水的影响，确保待植筋孔内干燥。吹扫完成后应及时通知设计、监理等相关人员进行钻孔质量验收，确认合格后应尽快进行下一步注胶作业，否则应暂时封闭孔口，避免杂物坠落影响锚固质量。
3）第三步：注胶作业。加注化学胶前要用含水率测定仪对要植筋孔壁进行干燥程度检测，只有此项检测合格才能进行注胶作业。植筋用化学胶是专用成品，根据工程应用场景或实际情况选择适用的胶粘剂产品。特殊环境的混凝土植筋时，应提前进行适应性试验。注胶时要采用专用注胶枪配合软管施工，确保将注胶软管端头插至孔底，压注化学胶，排出孔内空气，配合注胶缓慢拔出软管，灌注量应按产品使用说明书确定。注胶作业完成后，应立即进行植筋作业。
4）第四步：植筋作业。植筋应在底模支好后进行。用于植筋的钢筋在植入前应检查有无锈蚀污染情况。表面干净的钢筋应按顺时针（或逆时针）方向边旋转边插入，直至到达产品规定的插入深度。要确保注胶和植筋所需时间在产品使用规定的适用期间内，如果超时，则化学胶的化学成分已失效，应拔出钢筋，彻底清除干净孔内的胶体，再按前三步工序进行返工，数量不多时可采用稍微加大一个规格的钻孔来处理，如果加大了钻孔，则尽量选用乙烯基树脂的快干胶，这样固化时间快，植入的钢筋不容易偏心错位。
5）第五步：定位作业。钢筋植入后应立即进行位置校正，以确保钢筋与孔壁前后左右间隙适度，且符合施工偏差要求。之后不得再扰动钢筋，直至达到该胶产品说明规定的固化期。
6）第六步：锚固承载力检验。对已达到固化时间的植筋进行现场抽样拉拔检验。检验合格后，进行新旧混凝土交界面的打毛工作。混凝土界面经修整露出骨料新面后，采用花锤、砂轮机或高压水射流进行打毛。打毛后用压力水冲净界面处的松动部分，晾干后涂刷结构界面剂，然后进行正常的绑箍筋、合模、浇注混凝土等常规工作。
所有上述改造工程，在基槽开挖前须结合现场情况做好土体的支护工作，以免影响原有结构的安全。基坑开挖前应做好降水工作，将水位降至槽底500 mm 以下。同时基槽开挖时，应将杂填物、废弃物及耕植土等不良土层清除，做好降水、排水工作。基础施工完毕后，基坑应及时对称回填分层夯实，压实系数≥0.94。
改造项目属于特殊工程，施工前应充分考虑到工程中可能出现的各种问题，做好详尽的施工方案。地下工程属于隐蔽工程，要求施工单位严格按照相应工序保质完成，施工细节是保证整体工程防水质量的关键所在。应充分实现抗渗混凝土的自身防水功能，在混凝土浇注前，应确保商品砼的配合比、外加剂、水灰比等满足试块抗渗性能试验的要求。
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