多層疊加醫(yī)療加速器機(jī)房施工技術(shù)*

林華敏，劉 飛，宋 雙，王梅杰，黃心穎，王義志，王 健

(1.中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430064； 2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院，湖北 武漢 430030)

1 工程概況

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)院光谷院區(qū)配套項(xiàng)目(質(zhì)子大樓)總占地面積2 178m2，在此空間內(nèi)需建設(shè)回旋加速器、直線加速器及磁共振加速器等配套機(jī)房，為滿足加速器的使用空間，采用3層疊加式加速器機(jī)房結(jié)構(gòu)形式。本項(xiàng)目加速器設(shè)3類，為醫(yī)院特殊功能(強(qiáng)輻射)房間。質(zhì)子大樓效果如圖1所示。

圖1 質(zhì)子大樓效果

疊加式加速器機(jī)房中，回旋加速器位于地下室1層，直線加速器位于1層，磁共振加速器位于2層，其剖面如圖2所示。

圖2 疊加式加速器機(jī)房剖面

加速器機(jī)房采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，使用C40混凝土(地下部分采用C40/P12混凝土)，從側(cè)墻、頂棚、底板等6面防護(hù)著手，根據(jù)加速器輻射當(dāng)量計(jì)算混凝土厚度。加速器機(jī)房結(jié)構(gòu)厚度如表1所示，f為泄漏輻射比率；R為輻射源點(diǎn)至關(guān)注點(diǎn)的距離(m)；θ為散射角度；αph為散射因子。

表1 加速器機(jī)房結(jié)構(gòu)厚度

2 多層疊加醫(yī)療加速器機(jī)房施工重難點(diǎn)

2.1 大體積混凝土施工

加速器的使用功能要求(放射防護(hù))極大地增加結(jié)構(gòu)抗裂、抗?jié)B施工難度，且需控制超厚板、超厚墻大體積混凝土的溫度，當(dāng)結(jié)構(gòu)厚度達(dá)到2m(局部3m)時(shí)，應(yīng)控制混凝土水化熱，減小內(nèi)外溫差，避免出現(xiàn)裂縫。

2.2 高精度預(yù)埋件施工

該加速器機(jī)房采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，因后期開槽、開孔難度大，直線貫穿開孔將導(dǎo)致射線泄露，且加速器配套設(shè)施較多，接駁管線復(fù)雜，需要在結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋套管，精度要求高，方可保證施工功能需求。

2.3 施工縫射線泄露控制

多層疊加醫(yī)療加速器機(jī)房混凝土達(dá)5 000m3，無(wú)法一次性澆筑完成，施工縫的留置直接影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的放射防護(hù)效果，如何有效避免射線泄露，施工縫的處理是重點(diǎn)。

2.4 高大模板支撐施工

施工多層疊加醫(yī)療加速器機(jī)房頂板時(shí)，經(jīng)計(jì)算得到樓板厚度，為保證防輻射效果，避免上下樓層的加速器相互影響，樓板厚度均為2.7m，對(duì)支撐架體承壓能力要求極高。

采取分段式施工方法，由下而上、層層遞進(jìn),在保證結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的同時(shí)可提高施工效率，每層機(jī)房施工部署如圖3所示。

圖3 每層機(jī)房施工部署

3 超厚墻板混凝土制備及養(yǎng)護(hù)技術(shù)

多層疊加醫(yī)療加速器機(jī)房樓板最厚為2 700mm，墻最厚為2 200mm，屬于大體積混凝土。應(yīng)重點(diǎn)控制原材料配合比，后期溫控、養(yǎng)護(hù)措施應(yīng)到位。

3.1 配合比

本工程大體積混凝土需要高性能減水劑及混凝土抗裂劑，經(jīng)過大量的試驗(yàn)進(jìn)行篩選優(yōu)化，在滿足混凝土工作性能、力學(xué)性能、耐久性能與抗裂性能的基礎(chǔ)上，根據(jù)多次試配驗(yàn)證，確定每立方米混凝土配合比如下：水泥250kg、粉煤灰99kg、中砂820kg、碎石1 060kg、水105kg、抗裂劑31kg、減水劑8.5kg。

3.2 專用減水劑

超厚墻板大體積混凝土澆筑一旦控制不好，可能導(dǎo)致骨料下沉、漿骨分離等問題，進(jìn)一步增大控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的難度，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致貫穿裂縫，影響混凝土結(jié)構(gòu)的防輻射性能。為此，采用蘇博特PCA-Ⅰ專用外加劑，具有高固含量、高減水率、高流動(dòng)性、高穩(wěn)健性等優(yōu)點(diǎn)，在確保混凝土具有較好流動(dòng)性的同時(shí)不離析、不泌水且骨料不下沉。根據(jù)試驗(yàn)來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑質(zhì)量較好。

3.3 專用抗裂劑

溫度應(yīng)力在超大體積混凝土結(jié)構(gòu)開裂中起主導(dǎo)作用，依靠單一的現(xiàn)有膨脹劑不能解決混凝土溫度收縮問題，針對(duì)現(xiàn)有材料膨脹歷程、混凝土溫度歷程、收縮歷程嚴(yán)重不匹配的問題，采用蘇博特HME-V混凝土(溫控、防滲)高效抗裂劑，從而雙重調(diào)控溫度歷程與膨脹歷程。

溫度歷程調(diào)控是從水泥水化進(jìn)程干預(yù)角度，通過調(diào)節(jié)水泥水化放熱速率調(diào)控化學(xué)外加劑，協(xié)同摻和料水化放熱特性，一方面降低水泥水化加速期的熱速率，為結(jié)構(gòu)散熱爭(zhēng)取時(shí)間，從而削弱溫峰和溫降過程，降低開裂風(fēng)險(xiǎn)。膨脹歷程調(diào)控基于實(shí)體結(jié)構(gòu)變形歷程特點(diǎn)，利用不同膨脹特性的膨脹組分(氧化鈣、氧化鎂)實(shí)現(xiàn)分階段、全過程的補(bǔ)償收縮。同時(shí)，水化熱調(diào)控材料和氧化鈣、氧化鎂類膨脹劑進(jìn)行復(fù)合反應(yīng)，可延緩結(jié)構(gòu)升溫速度，增強(qiáng)補(bǔ)償收縮效果。

3.4 控溫和養(yǎng)護(hù)

1)拆模前后進(jìn)行 混凝土澆筑完成后，頂面開始第1次收漿抹面并覆蓋水能量薄膜，薄膜上面噴霧，以保持濕潤(rùn)狀態(tài)，等待6～8h后立即進(jìn)行第2次收漿抹面，然后繼續(xù)覆蓋水能量薄膜并噴霧，混凝土初凝后進(jìn)行第3次收漿抹面，覆蓋≥3道保溫棉，最后在保溫棉上再覆蓋1層彩條布。墻體結(jié)構(gòu)頂面采用覆蓋土工布+灑水保濕養(yǎng)護(hù)的方法，側(cè)表面直接使用帶木模板進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行確定。

2)拆模時(shí)間 墻體結(jié)構(gòu)帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥7d，具體依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果確定拆模時(shí)間，避免內(nèi)表溫差最大時(shí)和環(huán)境溫度最低時(shí)拆模，宜在白天氣溫較高時(shí)拆模。

3)監(jiān)測(cè)混凝土溫度 測(cè)溫點(diǎn)根據(jù)混凝土厚度均勻分布設(shè)置，豎向間距中，最底部測(cè)溫探頭距底板底面50mm，上部探頭距底板面50mm，中間部分間距應(yīng)≤500mm(見圖4)。

圖4 結(jié)構(gòu)測(cè)溫點(diǎn)布置

4)墻體拆模后養(yǎng)護(hù) 底板覆蓋塑料薄膜+保溫棉，側(cè)墻表面使用防護(hù)材料，在立面混凝土表面涂刷養(yǎng)護(hù)液+保溫棉進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)。根據(jù)測(cè)溫結(jié)果動(dòng)態(tài)控制保溫棉厚度，溫度較低時(shí)應(yīng)增加保溫棉厚度，溫度較高時(shí)應(yīng)減少保溫棉厚度。

4 超厚樓板鋼筋施工要點(diǎn)

1)超厚樓板施工要點(diǎn)

鋼筋施工流程如下：鋼筋定位放線→放置鋼筋墊塊→綁扎底筋→焊接200mm長(zhǎng)槽鋼墊塊(開口朝上)→焊接槽鋼立桿→焊接第1道槽鋼橫梁→焊接第2道槽鋼橫梁→綁扎板中鋼筋→焊接第3道槽鋼橫梁→綁扎面筋。鋼筋內(nèi)支撐布置如圖5所示。

圖5 超厚樓板鋼筋內(nèi)支撐布置

2)超厚墻體鋼筋施工要點(diǎn)

施工該機(jī)房墻體鋼筋時(shí)，應(yīng)設(shè)置水平向、豎向鋼筋定位梯子筋，梯子筋與墻身豎向鋼筋焊接，為防止鋼筋內(nèi)撐頭長(zhǎng)時(shí)間外露產(chǎn)生銹蝕，影響混凝土結(jié)構(gòu)，模板拆除后應(yīng)人工剔除外露鋼筋頭，并使用氧焊割掉，再使用同強(qiáng)度等級(jí)水泥砂漿進(jìn)行封閉。

5 結(jié)構(gòu)模板支撐體系施工要點(diǎn)

5.1 高支模架體整體搭設(shè)體系

為保證超厚樓板的穩(wěn)固性，采用φ60承插型盤扣式鋼管支架。經(jīng)過架體強(qiáng)度、抗剪密度、撓度及立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算，確定該機(jī)房?jī)?nèi)架體立桿間距為600mm×600mm，水平步距為1.0m，其中最上一道步距控制為0.5m，小梁采用50mm×100mm木方進(jìn)行滿搭，主梁采用I14，并采用18mm厚木模板。

5.2 側(cè)墻支撐體系

側(cè)墻由18mm厚木模板+50mm×100mm@200mm木方+φ48.3鋼管+對(duì)拉螺木進(jìn)行加固，對(duì)拉螺栓間距450mm×450mm，底部4道加密螺栓間距225mm×450mm(見圖6)。

圖6 超厚墻體模板加固布置

6 預(yù)留預(yù)埋施工要點(diǎn)

根據(jù)加速器使用需求，進(jìn)行BIM綜合排布，對(duì)穿底板、墻體部位預(yù)埋相應(yīng)套管，進(jìn)行精準(zhǔn)定位，墻體內(nèi)鋼筋錯(cuò)綜復(fù)雜，為保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和套管空間，墻體內(nèi)單獨(dú)留置過墻部位不綁扎鋼筋，待套管固定后仍采用混凝土進(jìn)行一次澆筑(見圖7)。

圖7 墻體穿墻套管預(yù)留示意

為避免加速器射線從套管內(nèi)泄露，需在墻體中上翻、橫穿或者斜向、S形彎曲布置套管(見圖8)。

圖8 墻體內(nèi)套管布置

7 細(xì)部節(jié)點(diǎn)處理

為保證混凝土澆筑質(zhì)量，避免施工縫影響防輻射效果，所有側(cè)墻水平施工縫均采用企口進(jìn)行處理，與地下室側(cè)墻相連的側(cè)墻施工縫需配備鍍鋅鋼板止水帶，如圖9所示。施工縫凸起300mm，留置寬度為墻厚的1/3，兩側(cè)采用對(duì)拉螺栓加固模板。

圖9 施工縫企口處理節(jié)點(diǎn)

8 結(jié)語(yǔ)

建設(shè)小型化質(zhì)子加速器機(jī)房和配套設(shè)施是需要充分條件的，在已建設(shè)完成的有限院區(qū)空間中，較難容納需求空間較大的加速器機(jī)房，若疊加加速器機(jī)房可解決該問題。本文根據(jù)不同加速器的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，整合到同一棟建筑中，滿足各自的施工需求。

加速器的正常運(yùn)行包括水冷機(jī)、緊密空調(diào)及熱室等配套設(shè)備，具有大量復(fù)雜管線，為保證超厚混凝土結(jié)構(gòu)的防輻射效果，不宜采用后開槽、開孔施工工藝，故全部采用預(yù)埋套管的形式，將套管加工成為S形、Z形等，代替直線形的普通套管。同時(shí)在結(jié)構(gòu)混凝土施工過程中，采用企口形施工縫，代替平面形施工縫，避免加速器射線直穿墻體，在保證加速器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)做好防輻射措施。

回旋加速器、直線加速器、磁共振加速器3層疊加式加速器機(jī)房自2021年10月30日開始插入施工，至2022年3月30日完成結(jié)構(gòu)封頂，經(jīng)過業(yè)主、監(jiān)理、廠家及第三方復(fù)核，結(jié)構(gòu)垂直度及預(yù)埋件精度均滿足要求，實(shí)施效果良好。