水泥廠鋼筋混凝土筒倉預(yù)應(yīng)力鋼絞線加固設(shè)計與施工

陳通躍，閆虹

1 工程簡介

某集團生料均化庫庫體直徑22.5m，壁厚450mm，庫底板標(biāo)高8.518m，庫頂標(biāo)高52.00m，該庫于2002年4月投入使用。在例行檢查中發(fā)現(xiàn)庫壁裂縫，經(jīng)第三方檢測，該庫壁實際環(huán)向鋼筋小于設(shè)計鋼筋，導(dǎo)致部分庫壁裂縫寬度不能滿足規(guī)范要求，且混凝土強度等級也未達到設(shè)計要求，因此業(yè)主要求采取加固措施。相關(guān)鋼筋檢測見表1，相關(guān)檢測數(shù)據(jù)見表2（數(shù)據(jù)取自江蘇某工程檢測公司），鋼筋保護層厚度取40mm。

參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010），該筒倉最大裂縫寬度允許值為0.2mm，裂縫檢測不合格率73.3%，需要采取加固措施。

2 庫壁加固設(shè)計及施工

根據(jù)表1、表2、表3的數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場施工實際，擬對該筒倉采用體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線加固方案。

2.1 加固處理原則

（1）參照原設(shè)計并考慮庫體使用狀態(tài)及安全因素，加固后的環(huán)向鋼筋拉力為原設(shè)計的1.5倍。

（2）由于庫底板有約束作用，自庫底板以上6m高度范圍內(nèi)基本無裂縫，但考慮加固的連續(xù)性，加固高度仍從倉底板開始。以原設(shè)計鋼筋間距相同的段落劃分加固區(qū)段，按照均值考慮加固。

（3）以實測數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)比較，確定需增加的預(yù)應(yīng)力鋼絞線數(shù)量。

（4）二級鋼筋按設(shè)計強度考慮，鋼筋強度取其屈服強度，即fy=315MPa；庫體外鋼絞線取?s12.7高強、低松馳預(yù)應(yīng)力鋼絞線，強度fy=1860MPa，張拉控制力取72%σcon，即f=1339.2MPa，預(yù)應(yīng)力損失不超過80MPa。

（5）庫體鋼筋仍處于彈性工作狀態(tài)，計算具體過程及結(jié)果見2.3，未產(chǎn)生屈服與流幅（與現(xiàn)場實際一致）。

表1 鋼筋檢測數(shù)據(jù)

表2 取芯強度試壓結(jié)果

表3 裂紋檢測表

（6）在體外預(yù)應(yīng)力鋼筋加固后，使用水泥砂漿封閉前，庫體表面應(yīng)鑿毛，外表面掛鋼絲網(wǎng)，并設(shè)置剪力釘，間距1000mm雙向呈梅花型布置，剪力釘取?12@1000雙向布置，錨入庫體內(nèi)90mm，外露長度30mm。

體外預(yù)應(yīng)力加固方案需由有預(yù)應(yīng)力施工資質(zhì)的專業(yè)施工單位承建。

2.2 施工方法

庫體鋼絞線加固自庫底板至38.5m處，飾面自庫頂至庫底板處。

（1）搭腳手架

采用鋼?48×3.5雙排鋼管腳手架，搭設(shè)高度53m。立桿水平距離1.5m，大橫桿步距1.8m。內(nèi)側(cè)立桿距庫體外壁0.2m。

（2）錨墩施工

錨墩布置形式見圖1，詳圖見圖2。

錨墩采用C30細石混凝土，施工順序如下：

植筋→箍筋焊接→安裝豎筋→安裝錨板→安裝波紋管→支模→澆筑錨墩混凝土→安裝鋼絞線→張拉→封頭。

（3）張拉

當(dāng)錨墩混凝土強度達到100%后方可張拉鋼絞線。張拉力按72%fy控制，fy=1860MPa。

張拉應(yīng)分上、中、下對稱進行，每圈張拉時應(yīng)兩端張拉，相鄰兩圈之間錨頭應(yīng)錯開，見圖1。以四根鋼絞線形成一圈，即張拉角度為90°。

（4）飾面

用40mm厚M10水泥砂漿飾面，分三次抹光。飾面工程應(yīng)自上而下進行，在張拉完畢24h后進行，并采取有效措施養(yǎng)護。張拉完成后分層抹面，抹完第一層后再抹第二層，然后掛鋼絲網(wǎng)，再進行第三次抹面。抹面前進行剪力釘布設(shè)，按?12@1000雙向呈梅花型布置以確保飾面不開裂、不脫落。

期間水泥養(yǎng)護采用濕水養(yǎng)護工藝，即沿庫體高度方向設(shè)置環(huán)向水管，自上而下濕水養(yǎng)護。

（5）拆除腳手架

在工程驗收合格以后，自上而下拆除腳手架。

（6）加固效果

加固后經(jīng)過一年的觀察檢測，無開裂現(xiàn)象發(fā)生，加固效果良好。

2.3 設(shè)計計算

已知條件：水泥生料容重γ=14kN/m3，內(nèi)摩擦角30°，摩擦系數(shù)μ=0.58，d0=22.5m，儲料高度自庫底板（8.5m）至52.5m，混凝土強度取C18（按實際檢測均值偏下限取值）。倉壁厚取450mm，鋼筋HRB335，儲料高度取39.7m，修正系數(shù)Ch取2。λ=（1-e-μkh/ρ），ES=200000，1.9CS（CS=40）。

2.3.1 儲料壓力計算

按規(guī)范Ph=Chγρλ/μ（kN/m2）計算，1～12段壓力分別為185.50，152.70，140.30，133.86 ，120.62，113.86，100.18，93.33，86.51，79.75，73.10，66.59。

2.3.2 環(huán)向拉力計算

按規(guī)范Nθ=ph×d0/2（kN/m）計算1～12段拉力分別為2086.5，1718.0，1578.3， 1506.0， 1357.0， 1280.9，1127.5，1050.0，973.2，897.2，822.3，749.1。

2.3.3 理論設(shè)計配筋面積（mm2/m）

按設(shè)計圖紙計算，1～12段每延米配筋面積分別為13066.7，12250.0，11529.4，10888.9，10315.8，9800.0， 8521.7， 7840.0， 7840.0，5066.7，3694.1，3140.0。

2.3.4 實際配筋面積（mm2/m）

按實測表1計算，1～12段每延米配筋面積分別為9702.9，9074.1，7840.0， 7840.0， 8305.1， 7101.4，7368.4， 6853.1， 4550.9， 4550.9，2828.8，3019.2。

2.3.5 理論設(shè)計裂縫寬度（mm）

按規(guī)范ωmax=αcr×ψ×σs/ES（1.9Cs+0.08deq/ρte）計算，1～12段筒倉裂縫寬度 分 別 為 0.17，0.14，0.14，0.14，0.13，0.13，0.12，0.12，0.14，0.15，0.18，0.18 mm，均滿足規(guī)范要求。

2.3.6 實際配筋計算裂縫寬度（mm）

按規(guī)范ωmax=αcr×ψ×σs/ES（1.9Cs+0.08deq/ρte）計算，1～12段筒倉裂縫寬度 分 別 為 0.36，0.38，0.36，0.34，0.26，0.31，0.25，0.20，0.19，0.18，0.23，0.18 mm。可看出筒倉在現(xiàn)有條件下，裂縫寬度大部分超過規(guī)范要求的0.2mm，不滿足要求，需采取加固措施以保證該構(gòu)筑物正常使用。

2.3.7 采用鋼絞線后計算裂縫寬度（mm）

按規(guī)范ωmax=αcr×ψ×σs/ES（1.9Cs+0.08deq/ρte）復(fù)核加固鋼絞線后，1～12段筒倉裂縫寬度均＜0.02mm，均滿足規(guī)范裂縫寬度＜0.2mm的要求。■