姜永星，孫小福，郎雅平

(山東黃金礦業(yè)(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(shè)計(jì)

姜永星，孫小福，郎雅平

(山東黃金礦業(yè)(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(shè)計(jì)過程進(jìn)行論述，并歸納分析出立式鋼筋砼砂倉在使用過程中發(fā)生滲漏的原因。針對找出的滲漏原因，提出在了在設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)中的對策和預(yù)防措施。

立式鋼筋砼砂倉;滲漏;砼構(gòu)筑物;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 前言

隨著各礦山單位生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及井下充填技術(shù)的完備和人們環(huán)保意識(shí)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(gòu)筑物之一，其容積也在不斷擴(kuò)大，由原來的每座400 m3左右，提高到現(xiàn)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(jīng)到了嚴(yán)重影響礦山的正常生產(chǎn)。本文結(jié)合對立式鋼筋砼充填砂倉的設(shè)計(jì)、施工及使用情況，粗淺地談一下立式鋼筋砼充填砂倉的設(shè)計(jì)及滲漏原因。

1 立式鋼筋砼充填砂倉的設(shè)計(jì)

常見充填砂倉從其材質(zhì)上分，大體上可分為鋼結(jié)構(gòu)砂倉和鋼筋砼砂倉2種。但鋼結(jié)構(gòu)砂倉由于建造成本高、鋼材易銹蝕、使用壽命短、維護(hù)費(fèi)用高，且其結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性較差等原因，限制了鋼結(jié)構(gòu)砂倉的廣泛應(yīng)用;而鋼筋砼砂倉，由于其建造費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用較低，且耐腐蝕、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在各礦山單位得到了廣泛應(yīng)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(xiàn)澆鋼筋砼板，頂板上方有一個(gè)旋流器泵房;筒倉內(nèi)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(shè)有幾道高壓造漿管，高壓造漿管能使筒倉內(nèi)的礦漿上下翻動(dòng)或在倉內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于礦漿在高壓風(fēng)水作用下，在筒倉內(nèi)不停地上下翻動(dòng)，砂倉筒壁承受動(dòng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

充填砂倉與其他固體料倉的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有太大區(qū)別，均可采用柱殼式筒倉，其受力特征都比較接近，理論計(jì)算都比較麻煩。但從使用要求上講，其區(qū)別很大，充填砂倉因筒倉內(nèi)盛的是液態(tài)礦漿，故對筒倉砼的抗裂與抗?jié)B要求比較嚴(yán)格，即充填砂倉砼的裂縫寬度必須在規(guī)范允許值以內(nèi)，其配筋必須按鋼筋砼的抗裂要求設(shè)置，砼要按抗?jié)B設(shè)計(jì)等級施工。而固體料倉對抗裂要求一般不是十分嚴(yán)格，因固體料倉內(nèi)盛裝的是散裝物體，故料倉的配筋按強(qiáng)度要求設(shè)置便可。

2.1 充填砂倉的理論計(jì)算

立式鋼筋砼充填砂倉，規(guī)范里在受力分析方面查不到明確的條文規(guī)定。經(jīng)過反復(fù)研究并查找有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，認(rèn)為此種結(jié)構(gòu)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(jì)，其筒倉壁板底部的受力分析比較適合規(guī)范中敞口鋼筋砼倉的計(jì)算規(guī)定，即圓柱殼池壁在側(cè)向荷載作用下的受力條件為“當(dāng)頂端為自由邊界時(shí)，H/S＞15部分的柱殼可按無約束的自由圓柱殼計(jì)算其薄膜內(nèi)力”。其中，H為圓柱殼池壁高度;S為圓柱殼的彈性特征系數(shù)，即 S=0.76 ×，R為圓柱殼池壁的計(jì)算半徑，h為池壁厚度。

根據(jù)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(qū)別不大。所以本文在作砂倉的內(nèi)力分析時(shí)，不考慮頂蓋對底壁交接處的約束作用，按敞口池壁計(jì)算底壁交接處的薄膜內(nèi)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(yīng)按無約束計(jì)算薄膜內(nèi)力。

筒倉環(huán)形拉力為:

式中，p為尾砂容重，h為深度，R為半徑。

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

以上計(jì)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(nèi)的最大壓強(qiáng)深度也比較難，要求解球體曲線與液體深度的方程。而實(shí)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(chǎn)生的壓強(qiáng)與無找坡砼是同等的。

規(guī)范還規(guī)定:對于筒壁支撐的筒倉，當(dāng)倉底與倉壁非整體連接時(shí)，應(yīng)將倉壁底(最大壓強(qiáng)深度處)每米高度的水平鋼筋延續(xù)配置到倉底結(jié)構(gòu)頂面以下的倉壁上，其高度不應(yīng)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(xù)的高度應(yīng)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(nèi)裝的是液態(tài)狀礦漿，當(dāng)半球體砼找坡與筒倉壁板砼非整體澆注時(shí)，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(huì)較大，該縫隙內(nèi)會(huì)有液態(tài)礦漿存在，并對筒倉壁板產(chǎn)生壓力。再說砂倉內(nèi)液態(tài)礦漿體，在高壓風(fēng)和水的作用下是運(yùn)動(dòng)的，且對筒倉壁板產(chǎn)生動(dòng)載影響。所以，忽略找坡砼對筒倉壁板的影響，是比較切合實(shí)際的。

2.2 鋼筋設(shè)計(jì)應(yīng)力取值

充填砂倉必須按砼抗裂要求設(shè)置鋼筋數(shù)量。筒倉壁板的設(shè)計(jì)鋼筋應(yīng)力不能取值太高，在鋼筋的彈性限度內(nèi)，鋼筋應(yīng)力與鋼筋伸長的長度成正比，鋼筋應(yīng)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(dòng)恒荷載作用下，有疲勞性，且壁板中的鋼筋會(huì)不斷地發(fā)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(xiàn)象便會(huì)越來越重。所以筒倉的鋼筋設(shè)計(jì)應(yīng)力不能取值過大，鋼筋應(yīng)力一般取設(shè)計(jì)強(qiáng)度的一半比較合適，否則筒倉砼裂縫寬度會(huì)過大，易引起滲漏。

現(xiàn)在一些水池子等構(gòu)筑物多是采用預(yù)應(yīng)力鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋可以充分利用鋼材的抗拉性能，起到節(jié)約鋼材的作用。但由于充填砂倉結(jié)構(gòu)比較特殊，砂倉筒體較高、施工難度大、預(yù)應(yīng)力難控制等原因，故工程中至今尚未發(fā)現(xiàn)有采用預(yù)應(yīng)力鋼筋的充填砂倉。

充填砂倉的配筋除應(yīng)滿足計(jì)算方面的要求外，還應(yīng)滿足規(guī)范構(gòu)造方面的要求。對于圓柱殼式砂倉，當(dāng)H/S＞15時(shí)，雖然可不計(jì)算砂倉底板對倉壁的約束，但實(shí)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(qiáng)筋等除了應(yīng)按計(jì)算確定外，還必須滿足現(xiàn)行規(guī)范的構(gòu)造要求。

2.3 把握施工質(zhì)量

一個(gè)優(yōu)良的設(shè)計(jì)，如果沒有一個(gè)良好的施工質(zhì)量做保證，也是枉然。施工單位要選擇一個(gè)綜合素質(zhì)高的隊(duì)伍，施工單位若施工過與充填砂倉等類似的工程，一般經(jīng)驗(yàn)都比較豐富，知道砂倉施工的厲害關(guān)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(nèi)是存放液態(tài)物體還是散裝物體都分不清。所以施工任務(wù)不明確，關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)不到位，施工質(zhì)量就無法保證。因此作為設(shè)計(jì)者，設(shè)計(jì)技術(shù)交底時(shí)，必須全面且清楚，重點(diǎn)突出。如砂倉砼的抗?jié)B要求、砂石級配、水泥最高限量、砼的振搗，筒倉內(nèi)的荷載情況，以及筒倉內(nèi)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(zhì)量關(guān)。

3 常見立式鋼筋砼充填砂倉的滲漏原因。

若排除自然災(zāi)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?jié)B達(dá)不到要求為主要原因而出現(xiàn)的滲漏。砼的抗?jié)B出現(xiàn)了問題，實(shí)際上就是一個(gè)施工質(zhì)量方面的問題。常見現(xiàn)象為砂倉出現(xiàn)點(diǎn)漏或局部滲漏現(xiàn)象，滲漏現(xiàn)象分布的無規(guī)律。原因主要是砼施工時(shí)振搗不實(shí)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(xiàn)的滲漏。砼的抗裂出現(xiàn)了問題，實(shí)際上就是筒倉砼裂縫寬度超出了規(guī)范要求。常見現(xiàn)象是筒倉會(huì)出現(xiàn)大面積四周均勻滲漏。主要是設(shè)計(jì)鋼筋配置不合理或鋼筋設(shè)計(jì)用量不足，設(shè)計(jì)鋼筋應(yīng)力取值過大，筒倉壁板砼的裂縫寬度超出了規(guī)范要求，這一般是設(shè)計(jì)方面的問題。

(3)以抗?jié)B和抗裂都有問題而出現(xiàn)的滲漏。這種情況的滲漏屬于比較嚴(yán)重的滲漏，原因難以分清。出現(xiàn)此種情況時(shí)，施工圖紙和施工質(zhì)量都要進(jìn)行嚴(yán)格審查，即抗?jié)B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?jié)B的問題來處理。砼抗?jié)B出了問題可以用堵漏的方法補(bǔ)救，砼抗裂出了問題只能用加固的方法補(bǔ)救。否則就會(huì)適得其反，收不到好的效果，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)影響礦山的正常生產(chǎn)。

4 注意事項(xiàng)

(1)工程設(shè)計(jì)前一定要切實(shí)把握工程的用途以及應(yīng)用的工況條件，做到有的放矢。

(2)工程設(shè)計(jì)要忠于國家或行業(yè)規(guī)范要求，甚至在特定條件下要高于規(guī)范的要求。

(3)在工程施工前，一定要做好技術(shù)交底工作，將設(shè)計(jì)意圖切實(shí)貫徹到施工中。

[1] 李國勝，等.實(shí)用建筑結(jié)構(gòu)工程師手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[2] GBJ7－89.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GBJ10－89.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] GBJ77－85.鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GBJ69－84.給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] GBJ11－89.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

2011－04－02)

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