鋼筋混凝土筒倉漏斗加固設計研究

0 引言
鋼筋混凝土圓形筒倉的倉底通常為圓錐面漏斗, 錐底設重力卸料口, 錐側設檢修孔, 錐上沿設環梁并與筒壁相連, 漏斗壁主要承受徑向與環向截面拉力, 其徑向與環向配筋通常由抗裂性能要求控制, 并在筒壁與倉壁滑模澆筑施工后另行支模澆筑成型。結合某工程混凝土筒倉漏斗加固設計[1-2], 詳述了方案比選、加固設計驗算的過程與結果。
1 結構概況
該工程位于江蘇省鎮江市京口區諫壁鎮, 由3組混凝土群倉, 每組含12個混凝土單倉, 建于2014年。每組混凝土群倉的12個單倉 (三排四列) 相連、外形與構造相同, 單倉設計最大儲物質量4 500t, 目前3組混凝土群倉均已竣工, 整體外觀及倉底漏斗見圖1。各群倉自2015年3月按設計最大倉容儲物后, 陸續發現部分倉底混凝土漏斗外側出現較嚴重裂損, 見圖2。卸除全部儲物后部分裂縫寬度有所減小。
圖1 混凝土群倉局部外觀及倉底漏斗 圖1 混凝土群倉局部外觀及倉底漏斗   下載原圖
這些混凝土筒倉的倉壁與筒壁、附壁柱先期滑模施工成型, 倉底漏斗與環梁隨后支模澆筑成型, 倉壁頂面標高為47.500m, 樁筏基礎頂面標高為-1.000m, 混凝土筏板厚度為700mm, 筒壁與倉壁厚度為250mm、內徑為15.0m。筒壁內側混凝土附壁柱截面為600mm×600mm, 柱頂混凝土環梁截面 (b×h) 為600mm×1 300mm。附壁柱與筒壁之間拉結筋為210@200/400, 環梁與筒壁之間拉結筋為212@200。倉底漏斗壁厚度為200~300mm (上厚下薄變截面) , 斗尖實際錐角為93.6°, 設計混凝土強度等級為C30。漏斗壁徑向與環向均雙層對稱配筋, 鋼筋屈服強度為335MPa, 徑向配筋的混凝土保護層厚度為30mm, 環向筋位于徑向筋內側, 基本構造見圖3和表1。
表1 混凝土漏斗原設計配筋     下載原表
表1 混凝土漏斗原設計配筋
36個單倉漏斗壁內徑向筋的直徑同施工圖要求, 但根數少于原設計要求, 其中 (1) , (5) 號筋由原設計2×232根減少為2×116根, (2) , (6) 號筋由原設計2×116根減少為2×58根, (3) , (7) 號筋由原設計2×58根減少為2×29根, 而 (7) , (8) 號筋根數同原設計。該施工變更使漏斗壁內徑向筋總根數由870根減少至464根, 但屈服強度標準值由原設計335MPa增大至400MPa, 使漏斗壁徑向配筋的受拉承載力僅相當于原設計要求的0.637倍。各倉漏斗壁內環向筋的根數滿足施工圖要求, 屈服強度由原設計335MPa增大至400MPa后, 環向配筋受拉承載力相當于原設計的1.194倍。
2漏斗裂損狀況
圖2 漏斗外觀典型裂損情況
圖2 漏斗外觀典型裂損情況   下載原圖
總體上, 這些筒倉漏斗的徑向裂縫數量較多、寬度較大, 環向裂縫的數量與寬度次之, 斜向裂縫的數量較少、寬度較小。漏斗壁外側多數裂縫分布于斜面中部, 少數裂縫分布于斜面下部。裂縫沿圓周分布, 其形態無明顯規律, 表面寬度約0.15~2.50mm。部分倉底漏斗裂損較嚴重部位可見局部不規則外凸, 表明澆筑成型時曾不同程度出現底模下移 (跑模) , 致使這些區域漏斗外側配筋的混凝土保護層厚度有明顯增大。
3 加固方案比較
參照相關規范[3-6]要求, 在多個可行的筒倉漏斗加固方案中, 綜合考慮有關各方要求與現場具體情況, 選出以下兩個方案進行比較。
3.1 粘貼碳纖維片材 (CFS)
粘貼碳纖維片材 (CFS) 做法 (方案一) 如下:1) 先打磨各倉漏斗的內外兩側斜面、清除表面疏松層和浮灰, 打磨層厚度約2~4mm, 再用環氧樹脂水泥砂漿修補局部凹陷及破損處;2) 在漏斗所有打磨斜面均勻涂抹底膠, 并封堵可見裂縫;3) 按加固設計要求, 逐層粘貼已浸膠CFS (層數與間距由計算確定) , 最外層環向片材覆壓徑向片材, 適時在CFS外側鋪粘粒徑1~3mm粗砂;4) 在漏斗內外兩側粘有粗砂的CFS表面抹灰覆蓋聚合物砂漿保護層, 內側Ⅰ級、厚度30mm (兼做耐磨層) , 外側Ⅱ級、厚度20mm, 并壓實抹光;5) 對聚合物砂漿面層連續保濕養護3d, 避免養護期內忽干忽濕;6) 按原設計要求, 在漏斗外側先抹膩子, 再刷白色涂料。
圖3 倉底混凝土漏斗原設計構造
圖3 倉底混凝土漏斗原設計構造   下載原圖
3.2 新增配筋混凝土覆殼
新增配筋混凝土覆殼做法 (方案二) 如下:1) 清除各倉漏斗頂面可能存在的雜物與浮灰, 剔除環梁頂面填充凹角;2) 在現狀漏斗頂面與環梁頂面涂刷2~4mm厚瀝青隔離層, 或粘貼同厚紙基油氈隔離層;3) 按加固設計要求布放覆殼內徑向與環向配筋及新增環梁配筋, 然后澆筑C35混凝土;4) 對新增覆殼與環梁連續保濕養護10d, 避免忽干忽濕;5) 標注現狀漏斗底面寬度大于0.15mm裂縫的位置, 打磨清除這些部位的裝飾層, 可保留局部混凝土保護層的跑模增厚部分, 然后按常規壓力注膠封堵裂縫;6) 用環氧樹脂水泥砂漿修補現狀漏斗底面局部裂損與凹陷處, 局部適時刮抹膩子、刷白色涂料。
3.3 綜合比較結果
基于漏斗加固后的徑向與環向抗裂和承載力驗算分析及現場施工操作條件, 對兩個可行加固方案進行了比較。方案一可明顯提高漏斗抗裂性能, 兼顧封堵漏斗兩側裂縫, 施工操作相對方便, 加固工期較短, 但須在漏斗壁兩側密排粘貼多層CFS, 總體加固費用較高。方案二的倉內施工條件較差, 加固材料入倉不便, 加固工期較長, 但核算加固投資相對較少 (約為方案一的50%) 。通過與項目各方的充分協商, 技術上的反復權衡, 該筒倉工程的各漏斗加固設計最終選用了方案二, 經過專家組評審認可、深化, 并付諸實施, 結果表明其效果良好。
4 方案二驗算