淺談立式鋼筋砼砂倉的設計

姜永星，孫小福，郎雅平

(山東黃金礦業(萊州)有限公司焦家金礦， 山東萊州市 261441)

淺談立式鋼筋砼砂倉的設計

姜永星，孫小福，郎雅平

(山東黃金礦業(萊州)有限公司焦家金礦， 山東萊州市 261441)

對立式鋼筋砼砂倉的設計過程進行論述，并歸納分析出立式鋼筋砼砂倉在使用過程中發生滲漏的原因。針對找出的滲漏原因，提出在了在設計和施工環節中的對策和預防措施。

立式鋼筋砼砂倉;滲漏;砼構筑物;結構設計

0 前言

隨著各礦山單位生產規模的不斷擴大，以及井下充填技術的完備和人們環保意識的提高，對井下充填的要求日趨迫切。立式鋼筋砼充填砂倉作為礦山井下充填的重要構筑物之一，其容積也在不斷擴大，由原來的每座400 m3左右，提高到現在的每座1500 m3以上，較好地滿足了礦山井下充填的需要。但多年來，立式鋼筋砼充填砂倉普遍存在滲漏問題，有些砂倉滲漏的程度甚至已經到了嚴重影響礦山的正常生產。本文結合對立式鋼筋砼充填砂倉的設計、施工及使用情況，粗淺地談一下立式鋼筋砼充填砂倉的設計及滲漏原因。

1 立式鋼筋砼充填砂倉的設計

常見充填砂倉從其材質上分，大體上可分為鋼結構砂倉和鋼筋砼砂倉2種。但鋼結構砂倉由于建造成本高、鋼材易銹蝕、使用壽命短、維護費用高，且其結構的整體穩定性和局部穩定性較差等原因，限制了鋼結構砂倉的廣泛應用;而鋼筋砼砂倉，由于其建造費用和維護費用較低，且耐腐蝕、使用壽命長等優點，在各礦山單位得到了廣泛應用。

常見砼充填砂倉一般為圓柱殼式筒倉，見圖1。鋼筋砼筒倉采用筒壁支撐，砂倉頂部為現澆鋼筋砼板，頂板上方有一個旋流器泵房;筒倉內部底板的上方一般用素砼按半球體找坡，找坡砼與筒倉砼非整體連接，多采用后填的方法;找坡砼的上方設有幾道高壓造漿管，高壓造漿管能使筒倉內的礦漿上下翻動或在倉內形成旋轉狀態，由于礦漿在高壓風水作用下，在筒倉內不停地上下翻動，砂倉筒壁承受動載作用且有疲勞性。

圖1 圓柱殼式筒倉

2 立式鋼筋砼充填砂倉的結構設計

充填砂倉與其他固體料倉的結構形式沒有太大區別，均可采用柱殼式筒倉，其受力特征都比較接近，理論計算都比較麻煩。但從使用要求上講，其區別很大，充填砂倉因筒倉內盛的是液態礦漿，故對筒倉砼的抗裂與抗滲要求比較嚴格，即充填砂倉砼的裂縫寬度必須在規范允許值以內，其配筋必須按鋼筋砼的抗裂要求設置，砼要按抗滲設計等級施工。而固體料倉對抗裂要求一般不是十分嚴格，因固體料倉內盛裝的是散裝物體，故料倉的配筋按強度要求設置便可。

2.1 充填砂倉的理論計算

立式鋼筋砼充填砂倉，規范里在受力分析方面查不到明確的條文規定。經過反復研究并查找有關設計規范，認為此種結構的鋼筋砼倉，由于筒倉體較高，筒倉頂板對池壁的約束可以忽略不計，其筒倉壁板底部的受力分析比較適合規范中敞口鋼筋砼倉的計算規定，即圓柱殼池壁在側向荷載作用下的受力條件為“當頂端為自由邊界時，H/S＞15部分的柱殼可按無約束的自由圓柱殼計算其薄膜內力”。其中，H為圓柱殼池壁高度;S為圓柱殼的彈性特征系數，即 S=0.76 ×，R為圓柱殼池壁的計算半徑，h為池壁厚度。

根據單向板和雙向板的理論，若砂倉的筒倉體過高，筒倉頂板的固定形式對筒倉底壁交接處的影響是很小的，與敞口倉區別不大。所以本文在作砂倉的內力分析時，不考慮頂蓋對底壁交接處的約束作用，按敞口池壁計算底壁交接處的薄膜內力，這樣也是偏于安全的。

以某礦1500 m3充填砂倉為例，砂倉筒體高H=23 m;半徑R=5.25 m;筒倉壁厚h=0.3 m。那么S=24.2＞15。筒倉應按無約束計算薄膜內力。

筒倉環形拉力為:

式中，p為尾砂容重，h為深度，R為半徑。

此數值便可作為底壁交接處的最大拉力，并按軸心受拉構件計算配筋。滿足砼裂縫寬度要求的鋼筋用量，即可確定為環形水平鋼筋。

以上計算沒有考慮砂倉底找坡砼對筒倉壁板拉力的影響，若考慮找坡砼對筒倉壁板的影響，求尾砂體在筒倉內的最大壓強深度也比較難，要求解球體曲線與液體深度的方程。而實際上找坡砼與筒倉壁板之間是有間隙的，間隙中有液體的存在，其液體產生的壓強與無找坡砼是同等的。

規范還規定:對于筒壁支撐的筒倉，當倉底與倉壁非整體連接時，應將倉壁底(最大壓強深度處)每米高度的水平鋼筋延續配置到倉底結構頂面以下的倉壁上，其高度不應小于6倍倉壁厚度。若筒倉壁板厚度為0.30 m，則水平鋼筋延續的高度應在1.8 m以上，所以砂倉底板上找坡砼對砂倉壁板的影響可以不考慮，基本上沒有差別。

通過上分析可知，充填砂倉不同于一般的固體料倉。充填砂倉內裝的是液態狀礦漿，當半球體砼找坡與筒倉壁板砼非整體澆注時，壁板與找坡砼之間有縫隙，特別是筒倉壁板受力后此縫隙會較大，該縫隙內會有液態礦漿存在，并對筒倉壁板產生壓力。再說砂倉內液態礦漿體，在高壓風和水的作用下是運動的，且對筒倉壁板產生動載影響。所以，忽略找坡砼對筒倉壁板的影響，是比較切合實際的。

2.2 鋼筋設計應力取值

充填砂倉必須按砼抗裂要求設置鋼筋數量。筒倉壁板的設計鋼筋應力不能取值太高，在鋼筋的彈性限度內，鋼筋應力與鋼筋伸長的長度成正比，鋼筋應力取值越大，鋼筋伸長值越大。另外由于筒倉壁板砼長期在動恒荷載作用下，有疲勞性，且壁板中的鋼筋會不斷地發生徐變(即松弛)，從而造成筒倉砼的裂縫寬度不斷加大，筒倉的滲漏現象便會越來越重。所以筒倉的鋼筋設計應力不能取值過大，鋼筋應力一般取設計強度的一半比較合適，否則筒倉砼裂縫寬度會過大，易引起滲漏。

現在一些水池子等構筑物多是采用預應力鋼筋，預應力鋼筋可以充分利用鋼材的抗拉性能，起到節約鋼材的作用。但由于充填砂倉結構比較特殊，砂倉筒體較高、施工難度大、預應力難控制等原因，故工程中至今尚未發現有采用預應力鋼筋的充填砂倉。

充填砂倉的配筋除應滿足計算方面的要求外，還應滿足規范構造方面的要求。對于圓柱殼式砂倉，當H/S＞15時，雖然可不計算砂倉底板對倉壁的約束，但實際上砂倉底板對砂倉壁板還是有約束的，因此砂倉壁板的豎向鋼筋、洞口加強筋等除了應按計算確定外，還必須滿足現行規范的構造要求。

2.3 把握施工質量

一個優良的設計，如果沒有一個良好的施工質量做保證，也是枉然。施工單位要選擇一個綜合素質高的隊伍，施工單位若施工過與充填砂倉等類似的工程，一般經驗都比較豐富，知道砂倉施工的厲害關系，但沒有施工過類似工程的施工單位，根本不知道砂倉施工的厲害程度，有的甚至在砂倉內是存放液態物體還是散裝物體都分不清。所以施工任務不明確，關鍵施工環節不到位，施工質量就無法保證。因此作為設計者，設計技術交底時，必須全面且清楚，重點突出。如砂倉砼的抗滲要求、砂石級配、水泥最高限量、砼的振搗，筒倉內的荷載情況，以及筒倉內抹面、施工縫的處理等方面都要交代清楚，從而引起施工單位的高度重視，把好砂倉的施工質量關。

3 常見立式鋼筋砼充填砂倉的滲漏原因。

若排除自然災害方面的原因，分析一下砂倉滲漏的原因不外乎以下幾種情況。

(1)以筒倉砼抗滲達不到要求為主要原因而出現的滲漏。砼的抗滲出現了問題，實際上就是一個施工質量方面的問題。常見現象為砂倉出現點漏或局部滲漏現象，滲漏現象分布的無規律。原因主要是砼施工時振搗不實或漏振、砼的含水量過高、砼的砂石級配不合理、水泥用量過多等方面。

(2)以筒倉砼的抗裂不足為主要原因而出現的滲漏。砼的抗裂出現了問題，實際上就是筒倉砼裂縫寬度超出了規范要求。常見現象是筒倉會出現大面積四周均勻滲漏。主要是設計鋼筋配置不合理或鋼筋設計用量不足，設計鋼筋應力取值過大，筒倉壁板砼的裂縫寬度超出了規范要求，這一般是設計方面的問題。

(3)以抗滲和抗裂都有問題而出現的滲漏。這種情況的滲漏屬于比較嚴重的滲漏，原因難以分清。出現此種情況時，施工圖紙和施工質量都要進行嚴格審查，即抗滲的問題不能按抗裂的問題來處理，同樣抗裂的問題也不能按抗滲的問題來處理。砼抗滲出了問題可以用堵漏的方法補救，砼抗裂出了問題只能用加固的方法補救。否則就會適得其反，收不到好的效果，嚴重時將會影響礦山的正常生產。

4 注意事項

(1)工程設計前一定要切實把握工程的用途以及應用的工況條件，做到有的放矢。

(2)工程設計要忠于國家或行業規范要求，甚至在特定條件下要高于規范的要求。

(3)在工程施工前，一定要做好技術交底工作，將設計意圖切實貫徹到施工中。

[1] 李國勝，等.實用建筑結構工程師手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，1997.

[2] GBJ7－89.建筑地基基礎設計規范[S].

[3] GBJ10－89.混凝土結構設計規范[S].

[4] GBJ77－85.鋼筋混凝土筒倉設計規范[S].

[5] GBJ69－84.給水排水工程結構設計規范[S].

[6] GBJ11－89.建筑抗震設計規范[S].

2011－04－02)

姜永星(1958－)，男，山東平度人，工程師，從事工程項目管理工作，Email:ypl1975@126.com。