陈通跃,闫虹
某集团生料均化库库体直径22.5m,壁厚450mm,库底板标高8.518m,库顶标高52.00m,该库于2002年4月投入使用。在例行检查中发现库壁裂缝,经第三方检测,该库壁实际环向钢筋小于设计钢筋,导致部分库壁裂缝宽度不能满足规范要求,且混凝土强度等级也未达到设计要求,因此业主要求采取加固措施。相关钢筋检测见表1,相关检测数据见表2(数据取自江苏某工程检测公司),钢筋保护层厚度取40mm。
参照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),该筒仓最大裂缝宽度允许值为0.2mm,裂缝检测不合格率73.3%,需要采取加固措施。
根据表1、表2、表3的数据,结合现场施工实际,拟对该筒仓采用体外预应力钢绞线加固方案。
(1)参照原设计并考虑库体使用状态及安全因素,加固后的环向钢筋拉力为原设计的1.5倍。
(2)由于库底板有约束作用,自库底板以上6m高度范围内基本无裂缝,但考虑加固的连续性,加固高度仍从仓底板开始。以原设计钢筋间距相同的段落划分加固区段,按照均值考虑加固。
(3)以实测数据与设计数据比较,确定需增加的预应力钢绞线数量。
(4)二级钢筋按设计强度考虑,钢筋强度取其屈服强度,即fy=315MPa;库体外钢绞线取ϕs12.7高强、低松驰预应力钢绞线,强度fy=1860MPa,张拉控制力取72%σcon,即f=1339.2MPa,预应力损失不超过80MPa。
(5)库体钢筋仍处于弹性工作状态,计算具体过程及结果见2.3,未产生屈服与流幅(与现场实际一致)。
表1 钢筋检测数据
表2 取芯强度试压结果
表3 裂纹检测表
(6)在体外预应力钢筋加固后,使用水泥砂浆封闭前,库体表面应凿毛,外表面挂钢丝网,并设置剪力钉,间距1000mm双向呈梅花型布置,剪力钉取ϕ12@1000双向布置,锚入库体内90mm,外露长度30mm。
体外预应力加固方案需由有预应力施工资质的专业施工单位承建。
库体钢绞线加固自库底板至38.5m处,饰面自库顶至库底板处。
(1)搭脚手架
采用钢ϕ48×3.5双排钢管脚手架,搭设高度53m。立杆水平距离1.5m,大横杆步距1.8m。内侧立杆距库体外壁0.2m。
(2)锚墩施工
锚墩布置形式见图1,详图见图2。
锚墩采用C30细石混凝土,施工顺序如下:
植筋→箍筋焊接→安装竖筋→安装锚板→安装波纹管→支模→浇筑锚墩混凝土→安装钢绞线→张拉→封头。
(3)张拉
当锚墩混凝土强度达到100%后方可张拉钢绞线。张拉力按72%fy控制,fy=1860MPa。
张拉应分上、中、下对称进行,每圈张拉时应两端张拉,相邻两圈之间锚头应错开,见图1。以四根钢绞线形成一圈,即张拉角度为90°。
(4)饰面
用40mm厚M10水泥砂浆饰面,分三次抹光。饰面工程应自上而下进行,在张拉完毕24h后进行,并采取有效措施养护。张拉完成后分层抹面,抹完第一层后再抹第二层,然后挂钢丝网,再进行第三次抹面。抹面前进行剪力钉布设,按ϕ12@1000双向呈梅花型布置以确保饰面不开裂、不脱落。
期间水泥养护采用湿水养护工艺,即沿库体高度方向设置环向水管,自上而下湿水养护。
(5)拆除脚手架
在工程验收合格以后,自上而下拆除脚手架。
(6)加固效果
加固后经过一年的观察检测,无开裂现象发生,加固效果良好。
已知条件:水泥生料容重γ=14kN/m3,内摩擦角30°,摩擦系数μ=0.58,d0=22.5m,储料高度自库底板(8.5m)至52.5m,混凝土强度取C18(按实际检测均值偏下限取值)。仓壁厚取450mm,钢筋HRB335,储料高度取39.7m,修正系数Ch取2。λ=(1-e-μkh/ρ),ES=200000,1.9CS(CS=40)。
2.3.1 储料压力计算
按规范Ph=Chγρλ/μ(kN/m2)计算,1~12段压力分别为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 环向拉力计算
按规范Nθ=ph×d0/2(kN/m)计算1~12段拉力分别为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 理论设计配筋面积(mm2/m)
按设计图纸计算,1~12段每延米配筋面积分别为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 实际配筋面积(mm2/m)
按实测表1计算,1~12段每延米配筋面积分别为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 理论设计裂缝宽度(mm)
按规范ωmax=αcr×ψ×σs/ES(1.9Cs+0.08deq/ρte)计算,1~12段筒仓裂缝宽度 分 别 为 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,均满足规范要求。
2.3.6 实际配筋计算裂缝宽度(mm)
按规范ωmax=αcr×ψ×σs/ES(1.9Cs+0.08deq/ρte)计算,1~12段筒仓裂缝宽度 分 别 为 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。可看出筒仓在现有条件下,裂缝宽度大部分超过规范要求的0.2mm,不满足要求,需采取加固措施以保证该构筑物正常使用。
2.3.7 采用钢绞线后计算裂缝宽度(mm)
按规范ωmax=αcr×ψ×σs/ES(1.9Cs+0.08deq/ρte)复核加固钢绞线后,1~12段筒仓裂缝宽度均<0.02mm,均满足规范裂缝宽度<0.2mm的要求。■