李明輝

1 工程概況

臺(tái)山核電廠一期循環(huán)水進(jìn)水管溝為內(nèi)圓外方型截面，由于整個(gè)循環(huán)水進(jìn)水管溝較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)分為A1～A11共11段。每段長(zhǎng)度20 m～30 m，內(nèi)圓截面直徑3.2 m～4.4 m。本文以循環(huán)進(jìn)水管溝A8段(以下簡(jiǎn)稱A8段)為例研究混凝土澆筑過(guò)程中混凝土對(duì)內(nèi)圓模板浮力的計(jì)算。A8段長(zhǎng)20 m，截面尺寸如圖1所示。

圖1 循環(huán)進(jìn)水管溝A8段截面尺寸

圖2 混凝土側(cè)壓力計(jì)算分布圖

施工中為了防止裂縫的產(chǎn)生，A8段采用整體一次性澆筑，不留設(shè)水平施工縫。

內(nèi)圓模板為直徑3200mm的整圓模板，由于內(nèi)圓模板直徑較大，在混凝土澆筑過(guò)程中，內(nèi)圓模板所受混凝土浮力較大，在模板設(shè)計(jì)及加固時(shí)必須考慮混凝土浮力的作用。內(nèi)圓模板內(nèi)部支撐經(jīng)過(guò)可靠計(jì)算，內(nèi)圓模板不會(huì)產(chǎn)生大于3mm的變形。內(nèi)圓模板通過(guò)上部型鋼支架、木方將混凝土浮力傳到抗浮工字鋼?？垢」ぷ咒搩啥藟?0號(hào)工字鋼，用手拉葫蘆將工字鋼與替代混凝土預(yù)埋拉環(huán)拉結(jié)。抗浮工字鋼間距由計(jì)算確定。

2 混凝土浮力分析

對(duì)于液體，根據(jù)阿基米德原理，物體受到液體的浮力大小為它排開的液體的重力:

混凝土具有特殊性:第一，由于混凝土不是全流態(tài)，所以混凝土的浮力不能等同于液體，也就是用阿基米德原理計(jì)算出來(lái)的浮力大于實(shí)際的浮力;第二，混凝土內(nèi)部具有粘結(jié)力能抵抗一部分浮力;第三，混凝土實(shí)際澆筑速度控制在1 m/h，混凝土初凝時(shí)間大約3 h～4 h，澆筑上部混凝土?xí)r下部3 m～4 m以下混凝土已經(jīng)初凝。

在現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范中沒(méi)有關(guān)于混凝土浮力計(jì)算的相關(guān)介紹。故混凝土浮力的計(jì)算在工程施工中給技術(shù)人員帶來(lái)很大困難。但混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力計(jì)算可以參考《建筑施工手冊(cè)》。根據(jù)《建筑施工手冊(cè)》新澆混凝土對(duì)模板側(cè)面的壓力標(biāo)準(zhǔn)值(采用內(nèi)部振搗器時(shí))，可按以下兩式計(jì)算，并取其較小值:

其中，F(xiàn)為對(duì)模板的最大側(cè)壓力，kN/m2;γc為混凝土的重力密度，kN/m3;t0為新澆筑混凝土的初凝時(shí)間，h，可按實(shí)測(cè)確定。當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，可采用t0=200/(T+15)計(jì)算(T為混凝土的溫度，℃);V為混凝土的澆筑速度，m/h;H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度，m;β1為外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取 1.2;β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當(dāng)坍落度小于30mm時(shí)，取0.85，坍落度為50mm～90mm時(shí)，取1.0，坍落度為110mm～150mm時(shí)，取 1.15。

混凝土側(cè)壓力分布曲線如圖2所示。

混凝土浮力與混凝土內(nèi)部流體壓力有密切關(guān)系，混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力是由混凝土內(nèi)部的流體壓力引起的，在液體內(nèi)部壓力沿各個(gè)方向相等，而混凝土浮力正是由于混凝土內(nèi)部液體壓力引起的。由于混凝土內(nèi)部液體壓力隨深度變化曲線不同于純液體內(nèi)部壓力隨深度的變化曲線;純液體壓力曲線隨深度的增加而線性增加，混凝土內(nèi)部液體壓力隨深度的增加，先是線性增加，后保持不變。故公式F浮=G排=ρgv并不適用于混凝土浮力的計(jì)算。

浮力的本質(zhì)是由于液體中物體表面所受液體的壓力差引起的;同樣物體在混凝土中的浮力也是由于物體表面所受流動(dòng)的混凝土的壓力差引起的。若浸在混凝土中的物體為立方體，則可以通過(guò)混凝土壓力隨深度變化的曲線計(jì)算出上下表面的壓力，然后計(jì)算出浮力。

3 實(shí)際工程中混凝土浮力計(jì)算

現(xiàn)在以臺(tái)山核電廠一期1號(hào)、2號(hào)機(jī)組循環(huán)水進(jìn)排水管溝(HGO)A8段內(nèi)圓模板為例來(lái)講述混凝土浮力的計(jì)算。

由于混凝土的側(cè)壓力隨混凝土深度的增加先是線性增大，然后保持不變。故當(dāng)混凝土剛好覆沒(méi)內(nèi)圓模板頂部時(shí)混凝土對(duì)內(nèi)圓模板的浮力最大(見(jiàn)圖3)，取1 m長(zhǎng)的內(nèi)圓模板作為計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算分析。

側(cè)壓力計(jì)算:

混凝土的重力密度γc取24 kN/m3，混凝土的初凝時(shí)間t0取3.5 h，外加劑影響修正系數(shù)β1取1.2，混凝土坍落度影響修正系數(shù)β2取1.15，混凝土澆筑速度V取1 m/h。

由公式:F=0.22γct0β1β2V1/2得:F=25.5 kN/m2;

由公式F=γcH得:F=76.8 kN/m2;

綜合以上兩式得:F=25.5 kN/m2;

有效壓頭高度 h=F/γc=25.5/24=1.063 m。

混凝土側(cè)壓力分布如圖2所示。

當(dāng) x＜2.137 時(shí)，P(x)=25.5;

當(dāng) x＞2.137時(shí)，P(x)=24×(3.2－x)=76.8－24x;

通過(guò)電腦積分計(jì)算得:

F浮=53.9 kN。

按混凝土為純液體計(jì)算浮力:

F浮=ρgv=γcV=24 ×(3.14 ×1.6 ×1.6 ×1)=192.9 kN。

4 結(jié)語(yǔ)

由以上計(jì)算可以看出在本算例中混凝土浮力相當(dāng)于按混凝土為純液體計(jì)算所得浮力值的1/3.6，此處1/3.6可以看作混凝土浮力的折減系數(shù)，該折減系數(shù)1/3.6僅適用于本算例，并不適用于所有情況。折減系數(shù)與混凝土初凝時(shí)間、混凝土澆筑速度、混凝土所添加外加劑、混凝土坍落度、混凝土澆筑高度、所浮物體的高度和截面形狀等均有關(guān)系。

一般來(lái)說(shuō)，混凝土初凝時(shí)間越長(zhǎng)浮力越大;混凝土澆筑速度越快浮力越大;混凝土坍落度越大浮力越大。小體積物體在混凝土中的浮力折減系數(shù)相對(duì)較小。高度小于1 m的物體在混凝土澆筑過(guò)程中的最大浮力近似等于按混凝土為純液體狀態(tài)計(jì)算出的浮力。高度較大的物體在混凝土澆筑過(guò)程中的最大浮力的折減相對(duì)較多。

計(jì)算出混凝土對(duì)內(nèi)圓模板的浮力后就可以通過(guò)計(jì)算采取相應(yīng)的抗浮措施了。

［1］ 劉恩元.巖石地基上建筑物上浮破壞實(shí)例及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)［J］.山西建筑，2009，35(5):88-89.