预应力混凝土水泥筒仓施工质量事故案例分析

虞业平

成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川 成都 610051

预应力混凝土水泥筒仓施工质量事故案例分析

虞业平

成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川 成都 610051

近年来，预应力技术在水泥工程混凝土筒仓结构中的应用越来越普遍，预应力筋在结构承载能力方面占2/3以上，因此预应力施工质量直接关系到筒仓结构安全和使用寿命。但往往因为设计构造不合理、预应力材料配套错误、张拉工艺不正确、施工组织不合理等因素而产生质量事故。为了使预应力结构的性能得以充分发挥，必须采取必要的保证措施。

混凝土筒仓 质量事故 预应力 张拉

0 引言

现今全球范围建设的水泥生产线的产能一般在5 000～10 000 t/d熟料，需要配套大容量的筒仓来满足产能需求。筒仓仓壁承受储料压力而产生的环向拉力作用属轴心受拉构件，随着筒仓容量的不断增加，仓壁内将产生巨大的环向拉力，如果还采用普通钢筋混凝土结构，仓壁的强度和裂缝宽度很难满足要求。随着预应力材料、工艺水平、设计理论的不断发展，国内外的设计者逐渐开始将预应力技术应用于筒仓结构，类似水桶箍的作用，高强预应力筋张拉后可大幅提高筒仓结构的承载能力与抗裂性能。

正是因为预应力筋在结构中的关键作用，其施工质量必须得到足够的重视，使预应力结构的性能充分发挥，保证结构的安全和使用寿命。本文结合几个预应力筒仓工程实例，就因设计构造不合理、预应力材料配套错误、张拉工艺不正确、施工组织不合理等因素而产生的质量事故，分析其原因并指出解决措施，供工程技术人员参考。

1 设计构造不合理引起仓壁裂缝

某水泥厂熟料库，内径30 m，高31 m，壁厚400 mm，无粘结预应力混凝土仓壁采用滑模工艺施工。预应力筋张拉后在仓壁底部约第一束预应力筋高度处发现一条环形水平裂缝，局部裂缝宽度达2 mm 。见图1。

图1中的裂缝清晰可见，事后分析原因发现：预应力筋开始于底板与仓壁连接部位，该部位的普通竖向钢筋偏少。预应力筋张拉时产生的次应力对仓壁的弯剪效应受到底板的约束，结构既无法抵抗也无法释放，导致该裂缝的产生。

建议在此后的设计中，仓壁与底板或廊道连接部位应采取如下技术措施：

（1）加强连接部位竖向钢筋。增加仓壁下端与底板连接处外侧的竖向钢筋配筋量，以提高仓壁竖向抗裂能力，避免产生水平裂缝。

图1 熟料库水平裂缝

（2）降低连接部位的预应力度。也就是控制钢筋的张拉力，张拉力不宜过大，使预应力产生的仓壁下端弯矩小于抗裂要求的弯矩，自然仓壁也就不会出现裂缝。

（3）采用合理的连接构造措施降低或消除约束影响，如：底板、廊道等与仓壁断开布置；在过度区段配置一定数量的预应力筋等等。

2 预应力材料配套错误

某水泥厂熟料库，设计采用无粘结预应力混凝土仓壁，每束预应力筋7根Φs15.2无粘结钢绞线。因施工单位对无粘结预应力工艺特点不熟悉，张拉端采用了有粘结预应力常用的YJM15-7锚具，配套铸铁锚垫板、螺旋筋。浇筑混凝土后发现，喇叭口内混凝土与无粘结钢绞线不规则粘结，导致钢绞线不能张开而无法安装锚具。见图2。

图2 错用锚垫板事故

施工单位对预应力技术的理解及重视程度不足，预应力材料配套错误，导致了该事故的发生。处理的办法只能逐孔将喇叭口内的混凝土清理干净。显然，此时要求达到每根钢绞线可以展开以符合锚具孔位排列已经非常困难，该问题的处理对工期、质量的影响极大。张拉后，喇叭口内因无法灌浆而形成的永久性空腔对结构耐久性将产生不利的影响还有待评估。

对集束配置的无粘结预应力筋，张拉端宜采用在混凝土浇筑时能使钢绞线定位的专用锚垫板，见图3。

图3 无粘结预应力束及张拉端设置

预应力技术专业性强，钢绞线参数、锚具参数都应该严格配套，而且应在设计或是施工方案阶段确定。

3 张拉工艺不正确

某水泥厂熟料库，设计采用有粘结预应力仓壁，每孔钢绞线12根，单束张拉吨位234 t。施工单位原计划采用24 t千斤顶单根张拉，张拉端外露的钢绞线长度按照单根张拉要求预留。张拉时发现，单根张拉时，每孔中的12根钢绞线伸长值均不同，自第一根往后有逐渐变短的趋势，不能满足规范要求。

后张拉的钢绞线伸长值不满足要求的原因是先张拉的钢绞线绷直后对被张拉钢绞线的纠缠摩擦作用，使被张拉的钢绞线无法按照预期的摩擦系数正常移动，越往后其纠缠摩擦作用越强，伸长损失越大。该损失还与钢绞线的穿入方式、钢绞线根数有关，人工穿束的比机械穿束的损失大，钢绞线根数越多损失越大。

因为设计计算和施工方案制定阶段都不可能考虑这种非正常损失，所以该工程必须采用大吨位千斤顶整束张拉。见图4。这就意味着所有已经穿入的钢绞线需要更换，其经济损失可想而知。

图4 400 t千斤顶整束张拉

4 施工组织不合理

某预应力混凝土熟料库滑模施工中，由于混凝土垂直运输设备和人员配置不足，造成大面积混凝土浇捣不密实，见图5。建设方随即要求停止滑模，研究后决定对出现问题的2 m高度范围混凝土进行凿除处理，见图6。

图5 混凝土浇捣不密实

图6 混凝土凿除处理

预应力筒仓特别是采用滑模施工工艺筒仓施工的各个工种必须密切配合，合理组织劳动力，在合理的时间内完成普通钢筋、预应力筋的绑扎和安装，确保混凝土顺利浇筑，否则容易造成混凝土质量问题。

预应力张拉过程可视为对混凝土的质量检测，消极处理预应力筒仓的混凝土质量问题，或者准确地说，大吨位的张拉可能会引发更为恶劣的质量安全事故。

5 结束语

对预应力混凝土筒仓施工而言，建立符合设计要求的有效预应力至关重要，关系到结构的安全性和耐久性，应该引起建设各方的高度重视。预应力施工质量涉及到建设程序中各个环节，主要有以下几个方面：

（1）设计上，重视预应力张拉可能带来的构造问题，并采取预控措施。

（2）根据设计图纸深度进行深化设计，材料、机具的配套选择应以满足设计或规范要求为准。

（3）预应力混凝土筒仓滑模施工前必须制定合理详细的施工方案，确保各工序正常、有序完成。

（4）预应力技术专业性强，应选择具有丰富经验的专业公司参与包括设计阶段的全过程质量控制。

2014-11-1）

TQ172.8

B

1008-0473(2015)01-0047-03

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.01.012