一种弱磁地基更换方法及弱磁实验室与流程

1.本发明涉及无磁实验室技术领域，具体涉及一种弱磁地基更换方法及弱磁实验室。


背景技术：

2.现代科学技术已揭示出一切物质都具有磁性，任何空间都存在磁场。弱磁现象是弱磁性物质所表现的各种现象。在建筑工程领域，弱磁地基是一种应用在零磁空间的一类承重基础，用于承载抑制各类磁场信号为目的无磁实验室，是古地磁、航空航天、生物医学、物理学等许多研究领域不可或缺的重要手段。
3.现有技术中，无磁实验室建设时选用高磁导率的坡莫合金材质，经过机加和热处理后的成品坡莫合金板，按片多层安装在无磁实验室内外12个面上，形成高导磁屏蔽体屏蔽地磁场对无磁实验室内部空间的影响。
4.类似传统的地基结构，弱磁地基作为无磁实验室与大地的连接关键件，性能指标直接影响到无磁实验室设计要求。目前常用弱磁地基均采用304不锈钢方管，通过焊接制作成单个的独立减振支撑支架，经退磁处理后作为弱磁地基。由于本身是钢制材质会随着时间推移逐渐会被地磁场磁化，磁化后的地基会影响上部的无磁实验室性能指标。被磁化后的304弱磁地基则不再适用无磁实验室，尤其是对于静磁场强度小于50nt的零磁屏蔽室不能采用304弱磁地基，对于已经建成的实验室则需要予以更换。
5.但是，坡莫合金板最大的缺点是磁性能对应力极为敏感，不耐应力，安装后的成品不能二次受应力，否则会影响材质本身的高导磁性能，降低无磁实验室性能指标。
6.目前现有技术中并没有在确保坡莫合金板受力稳定的同时，对304不锈钢进行更换操作的工艺。


技术实现要素：

7.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的无磁实验室采用304不锈钢作为地基基础，一旦发生磁化后无相关工艺对地基基础进行更换的缺陷。
8.为此，本发明提供一种弱磁地基更换方法，包括如下步骤：获取无磁实验室中多根铁磁性桩基的布局；对每根所述铁磁性桩基进行受力分析；对所述铁磁性桩基的外表面进行保护；在所述铁磁性桩基所在基坑进行清理，并设置灌注模具；设计浆液配合比，制备无磁特性浆液，并向所述灌注模具中进行灌注操作，形成条形地基；对所述条形地基进行养护操作；当所述条形地基的强度达到设计强度后，拆除铁磁性桩基。
9.本发明提供的弱磁地基更换方法，对每根所述铁磁性桩基进行受力分析步骤中，包括：对地基截面面积和抗压强度等参数进行分析。
10.本发明提供的弱磁地基更换方法，在对所述铁磁性桩基的外表面进行保护步骤中，采用橡塑保温板全部包裹所述铁磁性桩基。
11.本发明提供的弱磁地基更换方法，在所述铁磁性桩基所在基坑进行清理步骤中，
包括：对夹渣、起砂、剥落等劣化现象的部位予以凿除，露出混凝土结构层。
12.本发明提供的弱磁地基更换方法，在所述设计浆液配合比，制备无磁特性浆液，并向所述灌注模具中进行灌注操作，形成条形地基步骤中，包括：采用微型振捣棒振捣，由中心向外两端同时注浆。
13.本发明提供的弱磁地基更换方法，还包括：单个条形基础注浆结束后，首先堵溢浆观察口，再关闭注浆阀门最后卸压，防止管内浆液回流，注浆完成后采用木板封堵灌浆口，保证所有条形地基全部在初凝前浇筑完毕。
14.本发明提供的弱磁地基更换方法，在当所述条形地基的强度达到设计强度后，拆除铁磁性桩基步骤中，包括：由基坑中心点逐渐向外围逐根拆除铁磁性桩基，拆除过程中实时观测沉降记录的变化，要求局部沉降小于0.5mm。
15.本发明提供的弱磁地基更换方法，所述无磁特性浆液采用水泥基复合材料，且所述无磁性特性浆料的3d抗压强度大于30mpa。
16.本发明提供的弱磁地基更换方法，所述铁磁性桩基采用304不锈钢制成。
17.本发明同时提供一种弱磁实验室，采用本发明提供的弱磁地基更换方法改造得到。
18.本发明技术方案，具有如下优点：
19.1.本发明提供的弱磁地基更换方法，包括如下步骤：获取无磁实验室中多根铁磁性桩基的布局；对每根所述铁磁性桩基进行受力分析；对所述铁磁性桩基的外表面进行保护；在所述铁磁性桩基所在基坑进行清理，并设置灌注模具；设计浆液配合比，制备无磁特性浆液，并向所述灌注模具中进行灌注操作，形成条形地基；对所述条形地基进行养护操作；当所述条形地基的强度达到设计强度后，拆除铁磁性桩基。
20.通过采用无磁特性浆液替换铁磁性桩基，大幅提高了其低频下的屏蔽性能；同时，可以有效地避免采用坡莫合金板制备得到的屏蔽体均匀无沉降、无应力变化，大幅保持了原有屏蔽体材质性能；
21.此外，除了可以有效地降低磁性以外，还能够大幅提升了屏蔽体的抗震效果，同时，在整个施工过程中，不受上层磁屏蔽室大小的限制，均可通过底部注浆的方式来实现均匀无沉降的替换柱基。
22.2.本发明提供的弱磁地基更换方法，在无磁性特性材料中掺加膨胀剂，如钙矾系膨胀剂，水泥在水化过程中与该膨胀剂反应，生成具有微膨胀效应的水化硫铝酸钙(钙矾石)或氢氧化钙等，使无磁性特性材料具有微膨胀性能，以补偿水泥在水化过程中的体积收缩，优选地膨胀率可控制在0～0.05％之间，若低于0，则会发生结构收缩，浇筑的支撑结构无法与零磁空间紧密结合，产生变形应力；若高于0.05％，会造成无磁性特性材料内部的结构破坏，导致强度大大降低。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的所述弱磁地基在施工过程中的结构示意图；
25.附图标记说明：
[0026]1‑
铁磁性桩基；2
‑
条形地基。
具体实施方式
[0027]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0031]
实施例1
[0032]
一种弱磁地基更换方法，用在采用铁磁性桩基作为地基的弱磁实验室的改造过程中，弱磁实验室的顶部选用高磁导率的坡莫合金材质，经过机加和热处理后的成品坡莫合金板，按片多层安装在无磁实验室内外共12个面上，在弱磁实验室的下方设置有多根铁磁性桩基，通过铁磁性桩基对实验室主体进行支撑。更换方法包括如下步骤：
[0033]
获取无磁实验室中多根铁磁性桩基1的布局；
[0034]
具体地，可以采用弱磁实验室在建造过程中的图纸，对已有铁磁性桩基1的设置位置进行分析，和现场后续设备布置情况，进行地基受力分析。
[0035]
对每根所述铁磁性桩基进行受力分析；
[0036]
具体地，本实施例中，对每根所述铁磁性桩基进行受力分析步骤中，包括：对地基截面面积和抗压强度等参数进行分析。
[0037]
对所述铁磁性桩基的外表面进行保护；
[0038]
具体地，当完成对每根铁磁性桩基的受力分析后，采用橡塑保温板全部包裹所述铁磁性桩基。作为变型，也可以采用塑料板、木板等对铁磁性桩基进行保护，避免施工过程中的振动和撞击，影响坡莫合金板性能。
[0039]
当完成对铁磁性桩基的保护操作后，下一步要绘制施工图纸，并在图纸上明确灌注条形地基的部位，然后在构件上弹线，弹出条形地基的轮廓线，并在此基础上四周各加宽3厘米控制线，用于加宽打磨区。
[0040]
进一步地，启动对条形地基的制备步骤，具体包括：
[0041]
在所述铁磁性桩基所在基坑进行清理，并设置灌注模具；
[0042]
具体地，包括：对夹渣、起砂、剥落等劣化现象的部位予以凿除，露出混凝土结构层。同时，对控制线基底浇水湿润做局部拉毛，对控制线顶部铝板表面进行无振动拉毛处理。
[0043]
本实施例中，在设置灌注模具的步骤中，包括：
[0044]
地基采用15毫米厚多层胶合板模板支护，木方采用50*100毫米规格，脱模剂采用水溶性脱模剂，对拉螺栓采用φ12的高强螺杆外套φ20pvc管，蝴蝶卡扣。h≤500毫米时，不设对拉螺杆；500毫米<h≤800毫米时，沿地基中部设一道φ12对拉螺杆，水平方向间距不大于600毫米；h>800毫米时，沿地基高不超过400毫米即设一道φ12对拉螺杆，水平方向间距不大于500毫米；在模板两侧预留150*200毫米灌浆孔，孔位高于地基顶面100毫米；模板中间顶部位置预留20*20毫米溢浆观察口，水平间距不大于1000毫米。
[0045]
设计浆液配合比，制备无磁特性浆液，并向所述灌注模具中进行灌注操作，形成条形地基；
[0046]
具体地，注浆过程中采用微型振捣棒振捣，由中心向外两端同时注浆。注浆过程中密切关注溢浆口的冒浆情况，单个条形基础注浆结束后，首先堵溢浆观察口，再关闭注浆阀门最后卸压，防止管内浆液回流。注浆完成后采用木板封堵灌浆口，保证所有条形地基全部在初凝前浇筑完毕。
[0047]
本实施例中，如图1所示，条形地基又称条形基础，是基础长度远远大于宽度的一种结构形式。具体地，条形基础可以设置在铁磁性桩基的一侧位置，也可以穿插设置在相邻两块铁磁性桩基之间。条形基础与铁磁性桩基的布置方式近似保持一致，以确保在铁磁性桩基被移除后支撑的稳定性。
[0048]
本实施例中，采用无磁性特征材料制备无磁特性浆液，无磁性特性材料是一种水泥基结构材料，具有弱磁、微膨胀、强度高等特点。其组分中的磁性成分较少，主要以硅酸盐水泥、砂石、胶粉、膨胀剂等为主，因此在加水固化后的磁感应强度低于2000nt，可在磁感应强度低于1000nt的弱磁空间使用磁通门计进行测量。
[0049]
具体地，水泥基材料是指以硅酸盐水泥为基体，以耐碱玻璃纤维、通用合成纤维、各种陶瓷纤维、碳和芳纶等高性能纤维、金属丝以及天然植物纤维和矿物纤维为增强体，加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料。
[0050]
进一步地，本实施例中，在无磁性特性材料中掺加膨胀剂，如钙矾系膨胀剂，水泥在水化过程中与该膨胀剂反应，生成具有微膨胀效应的水化硫铝酸钙(钙矾石)或氢氧化钙等，使无磁性特性材料具有微膨胀性能，以补偿水泥在水化过程中的体积收缩，优选地膨胀率可控制在0
‑
0.05％之间，若低于0，则会发生结构收缩，浇筑的支撑结构无法与零磁空间紧密结合，产生变形应力；若高于0.05％，会造成无磁性特性材料内部的结构破坏，导致强度大大降低。
[0051]
最后，无磁性特性材料的3d抗压强度需大于30mpa，可以在较短时间内提供足够的支撑力，防止支撑结构变形。
[0052]
紧接着，需要对所述条形地基2进行养护操作；
[0053]
对养护时长不进行限定，本实施例中，养护时长限定为7天。
[0054]
当所述条形地基2的强度达到设计强度后，拆除铁磁性桩基。
[0055]
具体地，在当所述条形地基的强度达到设计强度后，拆除铁磁性桩基步骤中，包括：由基坑中心点逐渐向外围逐根拆除铁磁性桩基，拆除过程中实时观测沉降记录的变化，要求局部沉降小于0.5毫米。
[0056]
综上，整个施工工艺流程包括如下步骤：立柱保护
→
测量放线
→
基坑清理
→
界面处理
→
模板支护
→
灌注施工
→
固化养护
→
沉降监测
→
独立柱拆除
→
剩磁测量
→
质量验收。
[0057]
本实施例中，对铁磁性桩基自身的材质不进行限定，只要是自身具有一定的铁磁性，在地磁场的作用下能够被磁场进行磁化即可，作为一种实施方式，铁磁性桩基自身采用304不锈钢制成，也可以采用镍、钴等元素通过高温熔炼、机械加工热处理而制成。本实施例中，铁磁性桩基自身可以设置为方桩，从而起到稳定支撑的作用。
[0058]
通过本实施例提供的更换方法，采用无磁特性浆液替换304不锈钢材料，大幅提高了其低频下的屏蔽性能；同时，可以有效地避免采用坡莫合金板制备得到的屏蔽体均匀无沉降、无应力变化，大幅保持了原有屏蔽体材质性能；此外，除了可以有效地降低磁性以外，还能够大幅提升了屏蔽体的抗震效果，同时，在整个施工过程中，不受上层磁屏蔽室大小的限制，均可通过底部注浆的方式来实现均匀无沉降的替换柱基。
[0059]
本实施例中，为了进一步表征替换为无磁特性材料后，整个实验室的磁性分布情况，在无磁实验室内部的剩磁状态进行了测量，选择实验室的三个位置，并在每个位置的三个不同高度上进行测量。如表1和表2所示，表1中给出了现有技术中采用铁磁性桩基时，在无磁实验室内部的剩磁状态，表2中给出了采用本实施例提供的替换方法后，无磁实验室内部的剩磁状态。
[0060]
表1
[0061][0062]
表2
[0063][0064]
通过上方的数据可以非常清晰的得知，当替换成无磁特性材料制造的桩基后，无磁实验室内部的剩磁量大大降低，因此可以有效地确保正常的实验操作。
[0065]
实施例2
[0066]
本实施例提供一种弱磁实验室，采用实施例1中提供的弱磁地基更换方法改造得到。
[0067]
通过本实施例改造得到的弱磁实验室中，通过采用无磁特性浆液替换304不锈钢
等铁磁性材料，大幅提高了其低频下的屏蔽性能；同时，可以有效地避免采用坡莫合金板制备得到的屏蔽体均匀无沉降、无应力变化，大幅保持了原有屏蔽体材质性能。
[0068]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。