馮良慈 李占廣 周先財(cái)

江蘇新筑預(yù)應(yīng)力工程有限公司 江蘇 南京 211899

我國(guó)早期應(yīng)用于水泥生產(chǎn)線上的儲(chǔ)料倉(cāng)受施工、生產(chǎn)技術(shù)所限，大多采用直徑為12～18 m、高度為30～50 m的小直徑筒倉(cāng)。由于儲(chǔ)料量較小，因此一條生產(chǎn)線要配備多個(gè)儲(chǔ)料倉(cāng)，為了節(jié)約寶貴的土地資源，在滿足水泥生產(chǎn)工藝的前提條件下，許多工程采用了鋼筋混凝土連體筒倉(cāng)。

水泥生產(chǎn)線中的鋼筋混凝土筒倉(cāng)由于長(zhǎng)期在裝料、卸料往復(fù)荷載作用下，使用數(shù)年后容易導(dǎo)致混凝土倉(cāng)壁產(chǎn)生大量裂縫及混凝土剝落情況，從而影響筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)耐久性及使用安全，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致筒倉(cāng)倒塌。為了消除隱患，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)裂縫的筒倉(cāng)壁進(jìn)行加固處理。目前，對(duì)單體筒倉(cāng)的加固方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，常采用擴(kuò)大截面加固法、粘貼鋼板加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法等。但連體筒倉(cāng)由于倉(cāng)壁兩兩相連，因此與單體筒倉(cāng)加固相比，如何將大量后增加的環(huán)向受力鋼筋穿過(guò)倉(cāng)壁連體部位，同時(shí)最大程度減小因加固開(kāi)孔對(duì)筒倉(cāng)連接部位的損害，成為連體筒倉(cāng)加固的難題。目前，對(duì)于類似的受損連體筒倉(cāng)[1-2]，常規(guī)的做法僅對(duì)裂縫或受損混凝土部位進(jìn)行修復(fù)、處理，經(jīng)過(guò)數(shù)年使用后，又在混凝土的其他薄弱部位出現(xiàn)受損情況，治標(biāo)不治本。而采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)難度較大，技術(shù)要求較高，國(guó)內(nèi)鮮有相關(guān)的成功案例。

1 工程概況

江蘇某水泥集團(tuán)有限公司2 500 t/d熟料水泥生產(chǎn)線于2004年建成投產(chǎn)。其中的水泥儲(chǔ)存1#～8#庫(kù)為2組4連鋼筋混凝土筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)，庫(kù)內(nèi)徑15 m，高34 m，壁厚250 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30（圖1、圖2）。使用10多年后，發(fā)現(xiàn)倉(cāng)壁多處出現(xiàn)裂縫及混凝土損傷情況。

圖1 四連體筒倉(cāng)俯視

圖2 四連體筒倉(cāng)立面示意

2 倉(cāng)壁結(jié)構(gòu)檢測(cè)及受損原因分析

2.1 受損倉(cāng)壁結(jié)構(gòu)檢測(cè)

為準(zhǔn)確客觀地判斷混凝土筒倉(cāng)的安全狀況，為后期加固處理提供設(shè)計(jì)依據(jù)，首先由專業(yè)的機(jī)構(gòu)對(duì)倉(cāng)壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)主要包括：采用回彈法檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度，采用鋼筋探測(cè)儀對(duì)庫(kù)壁外層鋼筋間距及保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果如下：

1）倉(cāng)壁混凝土強(qiáng)度檢測(cè)值≥30 MPa。

2）倉(cāng)壁鋼筋間距檢測(cè)值：設(shè)計(jì)間距200 mm，實(shí)測(cè)間距165 mm；設(shè)計(jì)間距120 mm，實(shí)測(cè)間距152～158 mm；設(shè)計(jì)間距110 mm，實(shí)測(cè)間距130～138 mm。

2.2 倉(cāng)壁受損原因分析

檢測(cè)結(jié)果顯示，倉(cāng)壁混凝土強(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)要求，鋼筋間距不滿足原設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)綜合分析，正是由于鋼筋實(shí)際間距大于設(shè)計(jì)間距，同時(shí)水泥生產(chǎn)線中使用的鋼筋混凝土筒倉(cāng)長(zhǎng)期處在裝料、卸料往復(fù)荷載的作用下，導(dǎo)致局部存在初始缺陷的部位首先產(chǎn)生裂縫或保護(hù)層脫落、露筋現(xiàn)象，采用搭接接頭的環(huán)向受力鋼筋逐步失去混凝土的握裹而失效，從而導(dǎo)致倉(cāng)壁更多部位出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫，混凝土保護(hù)層出現(xiàn)空鼓、脫落及局部露筋現(xiàn)象。若不果斷采取有效措施處理，缺陷勢(shì)必不斷擴(kuò)大，產(chǎn)生類似多米諾效應(yīng)，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效而造成水泥倉(cāng)倒塌的嚴(yán)重事故。

3 受損連體筒倉(cāng)倉(cāng)壁加固方案的選擇

借鑒單體筒倉(cāng)成功的加固修復(fù)案例，可供本項(xiàng)目受損四連體筒倉(cāng)選擇的加固方法主要有3種，分別論證如下。

方法1：在筒倉(cāng)外壁使用擴(kuò)大截面法。此種方法是單體受損筒倉(cāng)常用的加固手段，具有造價(jià)低、方法簡(jiǎn)單、效果明顯的特點(diǎn)。但是連體筒倉(cāng)與單體筒倉(cāng)顯著不同的特點(diǎn)在于連體筒倉(cāng)的倉(cāng)壁是互相連接的整體，難以將后增加的環(huán)向鋼筋穿過(guò)連體部位（如圖3方框內(nèi)的部分），即使能將所有的環(huán)向鋼筋穿過(guò)連體部分，那大量的孔洞也會(huì)使連體部位混凝土嚴(yán)重受損，因此在倉(cāng)壁體外增加普通鋼筋混凝土套的方法不可行。

圖3 擴(kuò)大截面加固方案示意

方法2：通過(guò)在筒倉(cāng)內(nèi)側(cè)粘貼鋼板或擴(kuò)大截面。此種方法首先受限于倉(cāng)壁內(nèi)狹小的操作空間，同時(shí)還要清理倉(cāng)壁并移除倉(cāng)頂設(shè)備及筒倉(cāng)頂板，施工難度極大，施工周期長(zhǎng)，同時(shí)整條水泥生產(chǎn)線必須長(zhǎng)期停產(chǎn)，業(yè)主無(wú)法接受。

方法3：采用體外預(yù)應(yīng)力法。對(duì)結(jié)構(gòu)施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力是一種高效的加固手段，也常被應(yīng)用于單體倉(cāng)的加固工程中，但其要求的專業(yè)性相對(duì)較強(qiáng)。針對(duì)本工程連體倉(cāng)的特點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力筋如何穿過(guò)倉(cāng)體的連體部位形成閉環(huán)同樣是個(gè)難點(diǎn)。但考慮到采用體外預(yù)應(yīng)力加固后，穿過(guò)連體部位的預(yù)應(yīng)力筋量大幅減少，并且預(yù)應(yīng)力筋可以集束布置，難度和工程量也大大降低。因此，該項(xiàng)目最終決定采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)對(duì)筒倉(cāng)壁進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。

4 倉(cāng)壁體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)

4.1 體外預(yù)應(yīng)力加固錨固體系的選擇

體外加固預(yù)應(yīng)力錨固體系的選擇需考慮以下問(wèn)題：

1）連體倉(cāng)體外預(yù)應(yīng)力加固的難點(diǎn)是將預(yù)應(yīng)力筋穿過(guò)筒倉(cāng)連接部位形成閉環(huán)，需盡量減少開(kāi)孔數(shù)量，降低難度。

2）張拉時(shí)預(yù)應(yīng)力筋會(huì)與倉(cāng)壁產(chǎn)生較大的摩擦力，需要減小摩擦力，有效提高預(yù)應(yīng)力。

3）體外預(yù)應(yīng)力筋加固后長(zhǎng)期暴露在空氣中，除了無(wú)黏結(jié)外包塑料和油脂防腐外，還應(yīng)增加一定的防腐措施，以提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

因此本工程經(jīng)過(guò)比選，預(yù)應(yīng)力筋采用了φ21.6 mm大直徑環(huán)氧涂層鋼絞線，其公稱面積是常規(guī)φ15.2 mm鋼絞線的2倍，從而使得開(kāi)孔量減少1倍，并外加了無(wú)黏結(jié)塑料護(hù)套及油脂，錨固體系配套使用QM22-2型夾片式錨具及200 mm×200 mm×45 mm鋼墊板。

4.2 預(yù)應(yīng)力筋布置方案

預(yù)應(yīng)力筋環(huán)繞庫(kù)壁外側(cè)，由包角270°和90°的兩段搭接成一環(huán)，分別錨固于連體部位的兩端（圖4）。人孔洞口位置的預(yù)應(yīng)力筋分散到洞口上下兩側(cè)布置。

圖4 預(yù)應(yīng)力筋平面布置示意

4.3 體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)計(jì)算

首先依據(jù)GB 50077—2017《鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的相應(yīng)公式計(jì)算出貯料壓力，并依據(jù)貯料壓力計(jì)算出環(huán)向拉力，最后通過(guò)驗(yàn)算承載能力和裂縫，計(jì)算出所需的預(yù)應(yīng)力筋間距（計(jì)算過(guò)程略）。

由于貯料壓力由下往上逐漸減小，因此預(yù)應(yīng)力筋的間距也自下而上逐漸加大。為方便施工，設(shè)計(jì)時(shí)分段對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的間距進(jìn)行了歸并計(jì)算，具體為：標(biāo)高＋6.40～＋11.90 m，間距360 mm；標(biāo)高＋11.90～＋17.40 m，間距400 mm；標(biāo)高＋17.40～＋22.90 m，間距480 mm；標(biāo)高＋22.90～＋28.40 m，間距700 mm；標(biāo)高＋28.40～＋31.50 m，間距1 000 mm。另外，標(biāo)高＋31.49～＋34.00 m范圍內(nèi)為頂部環(huán)梁，無(wú)明顯破壞，經(jīng)檢測(cè)鑒定不需要加固。

5 倉(cāng)壁體外預(yù)應(yīng)力加固施工

5.1 體外預(yù)應(yīng)力加固前的準(zhǔn)備

對(duì)筒倉(cāng)進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固前，首先應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)要求繪制預(yù)應(yīng)力筋立面展開(kāi)圖，對(duì)人孔洞口合理避讓，并將洞口范圍內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋均分布置于洞口上下。

倉(cāng)壁裂縫進(jìn)行灌注結(jié)構(gòu)膠的加固處理，清理保護(hù)層剝落的缺陷混凝土并用高強(qiáng)灌漿料對(duì)破損孔洞封閉補(bǔ)強(qiáng)。

5.2 體外預(yù)應(yīng)力加固施工

連體筒倉(cāng)體外預(yù)應(yīng)力加固施工的關(guān)鍵是預(yù)應(yīng)力筋能否順利穿過(guò)筒倉(cāng)連接部位并對(duì)倉(cāng)壁施加上有效預(yù)應(yīng)力。

5.2.1 采用主、副孔解決連體部位預(yù)應(yīng)力孔道的成孔難題

本項(xiàng)目四連體筒倉(cāng)連接部位達(dá)4.5 m，為使預(yù)應(yīng)力筋能順利穿過(guò)連接體并緊貼倉(cāng)壁，需在連接體部位沿著各自倉(cāng)壁切線開(kāi)孔，這樣開(kāi)孔數(shù)量較多，對(duì)連接體的混凝土損傷較大。后經(jīng)試驗(yàn)，決定采用預(yù)應(yīng)力主、副孔方案。施工時(shí)，先在連接部位正中間采用配備特制鉆頭的取芯機(jī)鉆出一個(gè)長(zhǎng)4.5 m的大直徑主孔，然后在主孔左右沿著兩側(cè)倉(cāng)壁切線分別鉆出小直徑斜向輔助孔與主孔正中貫通，最后通過(guò)兩頭的斜向輔助孔及主孔完成預(yù)應(yīng)力筋的穿束（圖5）。

圖5 倉(cāng)壁連接處開(kāi)孔

5.2.2 利用導(dǎo)向繩完成預(yù)應(yīng)力筋穿束

由于預(yù)應(yīng)力孔道為折線且兩側(cè)預(yù)應(yīng)力筋共用一個(gè)主孔，因此在預(yù)應(yīng)力筋穿束前應(yīng)預(yù)先布置導(dǎo)向繩，預(yù)應(yīng)力筋在導(dǎo)向繩的牽引下順利穿過(guò)各自副孔，導(dǎo)向繩可避免出現(xiàn)穿錯(cuò)副孔情況，并大大提高穿束準(zhǔn)確性，降低穿束難度。

5.2.3 穿束后采取臨時(shí)固定措施，減小預(yù)應(yīng)力筋張拉損傷及安全隱患

為了在張拉前臨時(shí)擱置體外預(yù)應(yīng)力束，在預(yù)應(yīng)力筋穿束前應(yīng)在倉(cāng)壁上每隔2～3 m釘上水泥釘，預(yù)應(yīng)力筋穿束后與水泥釘臨時(shí)綁扎固定，水泥釘待預(yù)應(yīng)力筋張拉后清除。同一排水泥釘應(yīng)在同一個(gè)標(biāo)高上，從而保證預(yù)應(yīng)力筋張拉前的平順，同時(shí)避免預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)較大的錯(cuò)動(dòng)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋和倉(cāng)壁產(chǎn)生的損傷。

5.2.4 利用連接體部位設(shè)置張拉端

張拉端的設(shè)置可以在倉(cāng)壁合適部位重新澆筑混凝土壁柱予以解決，這樣的好處是各段預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度可以大致相等，利于設(shè)計(jì)配筋。但是新增張拉壁柱需要沿倉(cāng)壁支模、澆混凝土，工期較長(zhǎng)，且影響倉(cāng)壁美觀。后經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并經(jīng)過(guò)計(jì)算，決定將張拉端設(shè)置于倉(cāng)體連接部位，這樣可以大大減小施工難度，同時(shí)經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理，基本不影響筒倉(cāng)原有外觀。張拉端留設(shè)示意見(jiàn)圖6。

圖6 倉(cāng)壁連接處張拉端留設(shè)示意

5.2.5 體外預(yù)應(yīng)力筋張拉及防腐處理

1）張拉端防腐處理：采用高強(qiáng)灌漿料封閉主孔和輔助孔，并對(duì)外露的錨具、錨墊板進(jìn)行封閉處理。

2）體外預(yù)應(yīng)力筋防腐處理：采用防腐涂料對(duì)整個(gè)筒倉(cāng)外壁及體外預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行噴涂處理。

圖7為體外預(yù)應(yīng)力加固后整修一新且正在使用中的四連體水泥筒倉(cāng)。

圖7 加固后的四連體水泥筒倉(cāng)

6 結(jié)語(yǔ)

1）體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)用于連體筒倉(cāng)加固，現(xiàn)場(chǎng)幾乎沒(méi)有濕作業(yè)，對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響也較小，在加固期間，水泥生產(chǎn)線仍在維持生產(chǎn)，只是對(duì)正在加固的筒倉(cāng)適當(dāng)降低了庫(kù)容。在以后的工程應(yīng)用中，若能對(duì)倉(cāng)壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為詳盡的檢測(cè)、鑒定，精確計(jì)算出安全庫(kù)容，則體外預(yù)應(yīng)力加固施工對(duì)水泥生產(chǎn)的影響會(huì)更小，也更科學(xué)。

2）采用更佳的成孔方法，提高成孔速度和質(zhì)量，簡(jiǎn)化施工腳手架，預(yù)應(yīng)力筋采用機(jī)械穿束等都可縮短施工工期，提升經(jīng)濟(jì)效益。

3）受損連體筒倉(cāng)倉(cāng)壁的加固應(yīng)依據(jù)檢測(cè)鑒定報(bào)告及實(shí)際使用情況具體分析，采取適宜的加固方法。