烧结混合机基础振动处理实践

王二林，张爱东，张灵君，张 歌

（北京首钢股份有限公司，河北 064400）

0 引言

烧结机是钢铁联合企业主要的生产工艺装备，其主要任务是为高炉冶炼提供高质量的烧结矿。烧结矿生产的主要工艺流程包括配料、混合造粒、烧结、冷却、筛分等环节，而混合机则是烧结生产工艺中混合造粒的重要工艺设施，也是提高烧结矿产、质量的重要保障设施。烧结混合机主要作用是将经过配料工序的烧结混合料进行加水、混匀和制粒，烧结混合料经过混合机的混匀、制粒后形成小球状，可使混合料在烧结过程中能够具有较好的透气性。北京首钢股份有限公司（后称首钢股份）炼铁作业部二烧车间360m2烧结机经长期高负荷运行，自2021年6月份起一次混合机开始出现明显周期性振动，为此360m2烧结机被迫降负荷运行，造成烧结机不能有效发挥其产能，烧结矿成本升高。

通过分析确认，造成360m2烧结机一次混合机周期性振动的原因是混合机基础出现问题，故必须对一次混合机基础进行加固改造。本文对360m2烧结机一次混合机基础处理方案及过程进行了解析，介绍了基础补桩及基础扩接处理的技术要求、施工特点以及注意事项，并对处理效果进行了评价。

1 混合机基础振动概况

1.1 混合机概况

首钢股份炼铁作业部二烧车间360m2烧结机于2008 年建成投入，年设计产能370 万吨，采用两段卧式混合机对烧结混合料进行混匀、造粒。该烧结机一次混合机尺寸规格为φ3.8m×15m，倾斜角度为2.5°；支撑方式为刚性支撑，进料端和出料端分别布置有两组钢托轮，四组钢托轮支撑筒体；驱动方式为液压马达传动，液压马达带动小齿轮、小齿轮带动大齿轮进行运转，日常转速约为6r/min；混合机与烧结产线同步开停、年平均作业率为93.7%。

1.2 混合机振动概况

该混合机设备安装是严格按照《烧结机械设备工程安装验收规范》标准要求执行的，自2008 年投产后，运行一直较为稳定，主体部件未进行过更换。2020 年因托轮表面出现磨损，6 月结合烧结机大修对四组托轮进行了更换。检修结束后对混合机托轮、小齿轮安装数据进行了逐一复测验收，全部合格[1]。

到2021 年6 月份该混合机开始出现明显周期性振动，且混合机东南角水泥基础与厂房地面出现明显分离，二者缝隙随混合机转动呈现周期性变化，变化范围可达到15mm左右。为此，二烧车间组织对混合机托轮高度、水平间距、大小齿轮齿顶间隙、侧间隙等进行逐一测量，并将测量数据与2020年6 月份大修验收数据对比，未发现明显变化。因混合机主体部件安装精度良好，部件未见明显磨损，分析认为，混合机基础问题是造成混合机振动的原因[2]。

1.3 混合机基础概况

二烧一次混合机室房屋结构为单层框架结构工业厂房，设计建造于2007 年，由北京首钢国际工程技术有限公司设计，北京首钢矿山建设工程有限责任公司施工。设备基础上共设置有四组支座，分别为给料端托辊支座、排料端托辊支座、小齿轮支座、齿轮罩支座。混合机基础为钢筋混凝土大块式基础，设备基础呈梯形体，基础底面标高-2.50m、顶面标高3.15m～3.64m，基础长11.20m、宽6.00m。设备基础地基采用CFG 桩（水泥粉煤灰碎石桩）复合地基。CFG 桩桩径为600mm，有效桩长10～13m，保护桩长不小于0.50m，桩端进入持力层不小于1.0m。混合机基础及CFG 桩混凝土强度设计等级均为C25，分布筋均为HRB335。

1.4 混合机基础地质概况

混合机室地质勘查报告显示：“本工程场地基底标高81.8m，全风化片麻岩顶标高69～71m，建议采用CFG 桩复合地基，以⑥层全风化片麻岩为桩端持力层”，⑥层是本工程补桩桩基的设计持力层。混合机基础地质剖面图如图1所示。

图1 混合机基础地质剖面图

2 混合机基础处理方案

2.1 混合机基础加固方案及步骤

混合机厂房内设备布置密集、紧凑，可供加固设计、施工的空间十分有限。需要消除振动的混合机滚筒基础南侧边缘距厂房柱基础边缘仅有1.15m的空间，而且这个区域的周边和上部有液压管线和其他干涉的设备分布。施工时，设备不能长时间的停歇，绝大多数施工作业是在设备运转的状态下完成的，这对基础加固方案又提出了更高的要求。

经研究，计划在混合机滚筒老基础南北两侧增加四个新造基础，新造基础下面设计开口钢管桩（规格：φ219mm×10mm，单桩长度：25m，最大压桩力：1150kN）36 套，具体桩数、桩长需要试压后再做调整。如果南北两侧新造基础不能消除混合机振动，还需对有加固条件的西侧进行开挖增大新建基础面积，增加压桩数量。

施工在尽可能减少停机时间的情况下实施，新造基础基坑开挖后老基础振动可能会加大，2.5m深基坑防护，厂房基础防护、监测，基础植筋打孔，使植筋胶在孔中凝结不流出等施工难度很大，防止振动对施工造成的影响需要采取措施防范[3]。

施工步骤为：开挖四个新造基础基坑，基坑支护，厂房监测（本工作贯穿工程始末，及时预警）；在开挖的基坑内打植筋孔并植筋；测量放线确定桩位并安装预制压桩孔（四块δ=6mm 的300mm×350mm×2500mm 的梯形钢板焊接成的锥型预制压桩孔），钢筋绑扎焊接并与植筋、预制压桩孔相连；反力架地脚螺栓安装，模板安装。第一次停机48小时，进行新造基础浇筑、养生，通过反力架压桩36套；第二次停机36 小时，浇筑预制压桩孔及地坪恢复，恢复生产，交工验收。

2.2 基础补桩处理

2.2.1 补桩技术方案

根据补桩加固方案设计，锚杆静压桩平面布置图如图2所示。

图2 锚杆静压桩平面布置图

2.2.2 补桩技术参数

根据补桩加固方案设计，本加固工程相关设计技术参数如表1所示：

表1 补桩设计技术参数一览表

2.2.3 锚杆静压管桩技术要求

（1）制桩：桩段节长采取0.8～1.2m，钢管切口要求下料平整、光滑、无毛刺，钢管桩桩段对接处采用坡口焊接，坡口为上段管单坡口，并严禁手工汽割成型；

（2）高强灌浆料浇铸平台，预埋地脚螺丝，预留压桩孔；

（3）压桩：压桩时应使千斤顶与桩段中轴线偏心度不得超过1%，压桩过程除接桩外，中途尽量减少停歇，避免压桩至中途停歇而过夜；

（4）接桩：桩段与桩段的连接采用内衬环坡口半自动气体保护对接熔透焊，焊接质量等级二级；

（5）压桩终止标准：采取双控制标准，既压桩过程中要同时控制压桩深度及压桩压力，但应以压桩力为主；

（6）灌芯：灌芯混凝土采用G60型灌浆料。

2.2.4 锚杆静压管桩补桩工程特点

（1）本工程补桩施工工艺复杂，施工难度大；

（2）施工作业面位于厂房内，空间低矮狭窄，而且四周有液压管路等干涉设备，施工条件差；

（3）补桩在进入持力层时以压桩力为主控参数，压桩到位后，如压桩力不足1150KN 则须继续加桩施压，直至不小于1150KN为止；

（4）因停机时间短，不能等混凝土28 天强度达到标准以后再进行预埋锚杆、静压钢管，因此本工程采用灌浆料施工，节约停机及养护时间。封桩要求先加载预应力后，再封桩；

（5）本工程为控制不均匀沉降的应急处理，所以施工条件差，要求高，任务紧。

2.3 基础扩接处理

2.3.1 基础扩接方案

基础扩接设计方案详见图3所示。

图3 基础扩接方案示意图

2.3.2 基础扩接工艺流程

基础扩接工艺流程详见图4所示。

图4 基础扩接工艺流程示意图

2.3.3 基础扩接预留孔及预埋件

（1）预留压桩孔：预留孔模板为尺寸300mm×350mm×2500mm，钢板厚度6mm；基础扩接同时预留压桩孔，即钢筋绑扎安装前放出桩位，固定好预留孔钢板盒；横向钢筋遇到预留孔时弯起并焊接到预留孔钢模外侧面上。

（2）锚杆埋设：锚杆采用屈服强度≥930MPa 的φ25mm 高强精轧螺纹钢；锚杆预埋深度≥500mm，总长度≥650mm；每根桩设6根锚杆。

2.3.4 基础加接施工注意事项

（1）基础加接施工要严格按照有关钢筋混凝土施工规范进行，所使用的进场材料必须具备相关质保资料，并按规定进行抽样送检，合格后方可投入使用。

（2）新老混凝土接合面务必要凿毛；浇捣新混凝土前要对老基础面提前浇水，使之充分湿润，并刷界面剂或刷浆。

（3）植筋孔孔深≥15d，灌胶前必须将孔内灰尘吹尽；植筋胶要饱满，钢筋旋转植入。

（4）混凝土浇灌前必须确保人员、设备和工具准备充分、齐全，浇灌路线畅通；检查模板支撑的稳定情况，发现问题及时加固；在浇筑后12h 内对砼加以覆盖并洒水养护。

（5）现场制作同条件养护的试块，通过对试块进行检测来安排后期压桩施工步骤。

3 结语

烧结机混合机基础出现开裂和不均匀沉降是不常见的问题，处理起来没有现成经验可借鉴，另外烧结机设备又不能长期停机，这对此次混合机基础处理带来很大的难度。通过详细的调研、严密的加固改造方案论证、精细的施工准备、科学的施工组织，顺利的完成了二烧车间360m2烧结机一次混合机基础加固改造任务。

实践证明此次一次混合机基础加固改造方案有效、可行，通过基础补桩和扩接处理，在随后的运行过程中，混合机基础不再晃动。该处理方式从最大程度上降低了生产中断造成的损失，这也为国内同类型在用设备的基础处理提供了参考。