医用加速器机房超厚混凝土墙体及顶板施工技术研究

张希强 赵楠 黄文龙 王焕平 安海兵

摘  要：医用直线加速器是医学上是一种对肿瘤进行放射性治疗的粒子加速器装置，其所在机房为了能屏蔽粒子辐射对周围产生危害，往往墙体及顶板设计的都比较厚，同时为防止粒子外泄，在墙体及顶板的混凝土施工过程中不能有水平或者垂直的施工缝，且混凝土不能有裂缝。

关键词：直线加速器机房;超厚混凝土墙体及顶板;裂缝控制

中图分类号：TU746.3     文献标识码：A

1项目概况

本工程加速器机房位于地下部位，整体贯穿地下二层和地下一层，整体呈矩形，南北长28.1 m，东西宽13.4 m，面积为376.54㎡。墙体厚度有1200 mm、1300 mm、1700 mm、3000 mm四种，顶板厚度有1700 mm、3000 mm两种，层高9.3 m。混凝土总浇筑量约2000 m³。

2施工步骤

由于机房底部与基础筏板相连，贯穿地下两层，所以分三次进行浇筑混凝土，即基础筏板、地下二层、地下一层三次。每次浇筑留置企口施工缝，如图1所示。

3墙模板工程

以3 m厚墙为例，第二次浇筑地下二层部分混凝土時，支模高度为4.55 m。模板采用普通覆面木胶合板，厚度15 mm，模板抗弯强度设计值15 N/mm2;背楞采用60×80 mm的矩形木方，M14对拉螺栓，轴向抗拉值17.8 kN，双钢管进行加固。模板各项布置参数如表1所示。

3.1模板验算

木方背楞竖向按照200 mm间距布置，两背楞间模板所承受最大弯矩为Mmax=0.076 kN·m，由此可计算出两木方背楞间模板所承受的荷载强度为：

σ=Mmax/W=0.076×106/15000=5.074 N/mm2≤[f]=15 N/mm2（符合要求）

3.2背楞木方验算

木方背楞外侧由双钢管经对拉螺栓进行加固，双钢管间距400 mm，横向布置，经计算，木方背楞最大弯矩Mmax=0.428 kN·m，可得出钢管间木方背楞所承受强度为：

σ=Mmax/W=0.428×106/64000=6.689 N/mm2≤[f]=16.2 N/mm2（符合要求）

3.3 加固钢管验算

钢管采用M14对拉螺栓进行加固，最大弯矩Mmax=0.156 kN·m，所承受荷载强度为：

σ=Mmax/W=0.156×106/4170=37.427 N/mm2≤[f]=205 N/mm2（符合要求）

3.4 对拉螺栓验算

对拉螺栓横向验算间距m=max[400，400/2+150]=400 mm

对拉螺栓竖向验算间距n=max[400，400/2+300]=500 mm

N=0.95mnS承=0.95×0.4×0.5×38.054=7.23kN≤Ntb=17.8 kN

4板模板工程

顶板厚度有1.7 m和3.0 m厚两种规格，为便于搭设架体，1.7 m厚的板采用3.0 m厚的架体设计参数，所以在此以3.0 m厚板进行计算。

模板、木方背楞及钢管所承受荷载强度的验算同墙模板，此部分主要是架体的各项设计验算。模板设计体系如表2所示。

4.1长细比验算

首先进行单根立杆的长细比验算，即用顶部立杆段与非顶部立杆段较大的计算长度与钢管回转半径的比值，与钢管长细比限制进行比较[1]，计算结果如下：

顶部立杆段：l01=kμ1（hd+2a）=1×1.386×（1200+2×200）=2218 mm

非顶部立杆段：l0=kμ2h =1×1.755×1200=2106 mm

λ=max[l01，l0]/i=2218/15.9=139.497≤[λ]=210（符合要求）

4.2立杆稳定性验算

在考虑当地风荷载以及其他活动荷载的情况下，每根立杆在浇筑混凝土后做承受的最大荷载为fd，经计算[1]，承受最大荷载fd=294.515 N/mm2，小于单根钢管抗压强度值[σ]=300 N/mm2，即按照400 mm×400 mm间距布置立杆可满足要求。

5混凝土工程

大体积混凝土主要控制内部的水化热温度，通过降低混凝土中心温度来减少温度应力，从而降低混凝土可能产生有害裂缝的风险。组成混凝土水泥、外加剂、粗细骨料、掺合料等原材料，以及混凝土入模温度、施工完成后降温措施、养护措施也都是影响大体积混凝土质量的因素，所以要从每个因素着手进行控制。

5.1 原材料

大体积混凝土所用材料除满足规范要求外，还需进一步优化，以降低后期水化热。

（1）水泥：采用42.5级普通硅酸盐水泥，C3A含量不超过8%，体积稳定性好。

（2）外加剂：HK-B聚羧酸型缓凝高效减水剂，具有高效降低用水量、微引气、能较好的保证坍落度和混凝土塑性等功能，对于控制混凝土坍落度经过长时间损失和泵送混凝土施工，延缓混凝土水化热峰值的出现以及对于混凝土早期强度发展等有较好的效果。

（3）骨料：粗骨料为5～25 mm连续级配机碎山石，含泥量小于1.0%，针片状含量不应大于10%;细骨料采用河砂，严禁采用海砂或机制砂，细度模数范围控制在2.5～2.8，含泥量不大于2.0%。

（4）掺合料：采用S95级粒化高炉矿渣粉和一级粉煤灰。矿粉28天抗压强度比：109%，流动度比：106%，比表面积：453m2/kg。粉煤灰细度：8.0%，需水量比：94%，烧失量：4.02%，质量稳定可靠，可显著改善混凝土的各项施工性能。

经计算，混凝土配合比如表3所示。

5.2 混凝土测温

大体积混凝土浇筑后需要及时进行测温，主要包括浇筑体表面与内部温差、每日降温速率及周围环境温度的测量，在混凝土浇筑后，每昼夜不少于4次;入模温度的测量，每台班不应少于2次[2]。

监测点的布置范围以加速器机房平面图对称轴线的半条轴线为监测区，在监测区内监测点按平面分层布置。墙体及顶板测温点布置如图2及图3所示。

5.3 混凝土中心降温措施

冷却管采用壁厚2 mm，直径32 mm的薄壁钢管，其接口采用90°弯管钢管接口，安装时应着重注意连接处，确保接头不漏水。

由于墙及顶板最厚部位均为3 m，因此在墙体中竖向布置单层冷却管，在3 m顶板中水平布置单层冷却管，如图4 所示。

5.4 混凝土的养护

除应满足常规混凝土养护条件外，还应满足下列要求：

（1）保温保湿养护的持续时间不得少于14天，除浇筑时覆盖塑料薄膜，还应在薄膜上覆盖棉毡，并应保证塑料薄膜不能有太多破损，保持薄膜内部湿润[3];

（2）保温保湿层去除时应分层去除，首先去掉保温层，然后去掉保湿薄膜，当混凝土的表面温度与外界环境温度的温差小于20℃时，可把保温保湿层全部去除[3];

（3）过程中应监测混凝土的温度、内外温差等数值，当混凝土内部外部温差超过25℃时应采取保温保湿或降温措施，确保混凝土的内的内部温度与外界温度控制在允许范围内[3]。

6其他注意事项

搭设架体立杆时一定要注意搭设顺序，原则上时从机房最内部往机房出口方向搭，因为立杆较密，施工人员进出困难，所以从内往外是一个比较好的选择。

未避免出现施工冷缝，混凝土浇筑一定要控制浇筑顺序，现场至少放置两辆混凝土泵车，沿不同起点相向进行浇筑。

参考文献

[1] 江正荣.建筑施工计算手册（第四版）[K].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2] 山西省建筑科学研究院.GB/T 50128-2015，大體积混凝土温度温度测控技术规范[S].

[3] 中国建筑股份有限公司.建筑施工手册（第五版）[K].中国建筑工业出版社，2012.

收稿日期：2021-08-01

作者简介：张希强（1982—），男，天津人，本科，高级工程师，研究方向：施工技术。