钢筋混凝土筒仓漏斗加固设计研究

0 引言
钢筋混凝土圆形筒仓的仓底通常为圆锥面漏斗, 锥底设重力卸料口, 锥侧设检修孔, 锥上沿设环梁并与筒壁相连, 漏斗壁主要承受径向与环向截面拉力, 其径向与环向配筋通常由抗裂性能要求控制, 并在筒壁与仓壁滑模浇筑施工后另行支模浇筑成型。结合某工程混凝土筒仓漏斗加固设计[1-2], 详述了方案比选、加固设计验算的过程与结果。
1 结构概况
该工程位于江苏省镇江市京口区谏壁镇, 由3组混凝土群仓, 每组含12个混凝土单仓, 建于2014年。每组混凝土群仓的12个单仓 (三排四列) 相连、外形与构造相同, 单仓设计最大储物质量4 500t, 目前3组混凝土群仓均已竣工, 整体外观及仓底漏斗见图1。各群仓自2015年3月按设计最大仓容储物后, 陆续发现部分仓底混凝土漏斗外侧出现较严重裂损, 见图2。卸除全部储物后部分裂缝宽度有所减小。
图1 混凝土群仓局部外观及仓底漏斗 图1 混凝土群仓局部外观及仓底漏斗   下载原图
这些混凝土筒仓的仓壁与筒壁、附壁柱先期滑模施工成型, 仓底漏斗与环梁随后支模浇筑成型, 仓壁顶面标高为47.500m, 桩筏基础顶面标高为-1.000m, 混凝土筏板厚度为700mm, 筒壁与仓壁厚度为250mm、内径为15.0m。筒壁内侧混凝土附壁柱截面为600mm×600mm, 柱顶混凝土环梁截面 (b×h) 为600mm×1 300mm。附壁柱与筒壁之间拉结筋为210@200/400, 环梁与筒壁之间拉结筋为212@200。仓底漏斗壁厚度为200~300mm (上厚下薄变截面) , 斗尖实际锥角为93.6°, 设计混凝土强度等级为C30。漏斗壁径向与环向均双层对称配筋, 钢筋屈服强度为335MPa, 径向配筋的混凝土保护层厚度为30mm, 环向筋位于径向筋内侧, 基本构造见图3和表1。
表1 混凝土漏斗原设计配筋     下载原表
表1 混凝土漏斗原设计配筋
36个单仓漏斗壁内径向筋的直径同施工图要求, 但根数少于原设计要求, 其中 (1) , (5) 号筋由原设计2×232根减少为2×116根, (2) , (6) 号筋由原设计2×116根减少为2×58根, (3) , (7) 号筋由原设计2×58根减少为2×29根, 而 (7) , (8) 号筋根数同原设计。该施工变更使漏斗壁内径向筋总根数由870根减少至464根, 但屈服强度标准值由原设计335MPa增大至400MPa, 使漏斗壁径向配筋的受拉承载力仅相当于原设计要求的0.637倍。各仓漏斗壁内环向筋的根数满足施工图要求, 屈服强度由原设计335MPa增大至400MPa后, 环向配筋受拉承载力相当于原设计的1.194倍。
2漏斗裂损状况
图2 漏斗外观典型裂损情况
图2 漏斗外观典型裂损情况   下载原图
总体上, 这些筒仓漏斗的径向裂缝数量较多、宽度较大, 环向裂缝的数量与宽度次之, 斜向裂缝的数量较少、宽度较小。漏斗壁外侧多数裂缝分布于斜面中部, 少数裂缝分布于斜面下部。裂缝沿圆周分布, 其形态无明显规律, 表面宽度约0.15~2.50mm。部分仓底漏斗裂损较严重部位可见局部不规则外凸, 表明浇筑成型时曾不同程度出现底模下移 (跑模) , 致使这些区域漏斗外侧配筋的混凝土保护层厚度有明显增大。
3 加固方案比较
参照相关规范[3-6]要求, 在多个可行的筒仓漏斗加固方案中, 综合考虑有关各方要求与现场具体情况, 选出以下两个方案进行比较。
3.1 粘贴碳纤维片材 (CFS)
粘贴碳纤维片材 (CFS) 做法 (方案一) 如下:1) 先打磨各仓漏斗的内外两侧斜面、清除表面疏松层和浮灰, 打磨层厚度约2~4mm, 再用环氧树脂水泥砂浆修补局部凹陷及破损处;2) 在漏斗所有打磨斜面均匀涂抹底胶, 并封堵可见裂缝;3) 按加固设计要求, 逐层粘贴已浸胶CFS (层数与间距由计算确定) , 最外层环向片材覆压径向片材, 适时在CFS外侧铺粘粒径1~3mm粗砂;4) 在漏斗内外两侧粘有粗砂的CFS表面抹灰覆盖聚合物砂浆保护层, 内侧Ⅰ级、厚度30mm (兼做耐磨层) , 外侧Ⅱ级、厚度20mm, 并压实抹光;5) 对聚合物砂浆面层连续保湿养护3d, 避免养护期内忽干忽湿;6) 按原设计要求, 在漏斗外侧先抹腻子, 再刷白色涂料。
图3 仓底混凝土漏斗原设计构造
图3 仓底混凝土漏斗原设计构造   下载原图
3.2 新增配筋混凝土覆壳
新增配筋混凝土覆壳做法 (方案二) 如下:1) 清除各仓漏斗顶面可能存在的杂物与浮灰, 剔除环梁顶面填充凹角;2) 在现状漏斗顶面与环梁顶面涂刷2~4mm厚沥青隔离层, 或粘贴同厚纸基油毡隔离层;3) 按加固设计要求布放覆壳内径向与环向配筋及新增环梁配筋, 然后浇筑C35混凝土;4) 对新增覆壳与环梁连续保湿养护10d, 避免忽干忽湿;5) 标注现状漏斗底面宽度大于0.15mm裂缝的位置, 打磨清除这些部位的装饰层, 可保留局部混凝土保护层的跑模增厚部分, 然后按常规压力注胶封堵裂缝;6) 用环氧树脂水泥砂浆修补现状漏斗底面局部裂损与凹陷处, 局部适时刮抹腻子、刷白色涂料。
3.3 综合比较结果
基于漏斗加固后的径向与环向抗裂和承载力验算分析及现场施工操作条件, 对两个可行加固方案进行了比较。方案一可明显提高漏斗抗裂性能, 兼顾封堵漏斗两侧裂缝, 施工操作相对方便, 加固工期较短, 但须在漏斗壁两侧密排粘贴多层CFS, 总体加固费用较高。方案二的仓内施工条件较差, 加固材料入仓不便, 加固工期较长, 但核算加固投资相对较少 (约为方案一的50%) 。通过与项目各方的充分协商, 技术上的反复权衡, 该筒仓工程的各漏斗加固设计最终选用了方案二, 经过专家组评审认可、深化, 并付诸实施, 结果表明其效果良好。
4 方案二验算