浅谈立式钢筋砼砂仓的设计

2011-11-15姜永星孙小福郎雅平

采矿技术 2011年3期

关键词：池壁筒仓抗渗

姜永星，孙小福，郎雅平

(山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿，山东莱州市 261441)

浅谈立式钢筋砼砂仓的设计

姜永星，孙小福，郎雅平

(山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿，山东莱州市 261441)

对立式钢筋砼砂仓的设计过程进行论述，并归纳分析出立式钢筋砼砂仓在使用过程中发生渗漏的原因。针对找出的渗漏原因，提出在了在设计和施工环节中的对策和预防措施。

立式钢筋砼砂仓;渗漏;砼构筑物;结构设计

0 前言

随着各矿山单位生产规模的不断扩大，以及井下充填技术的完备和人们环保意识的提高，对井下充填的要求日趋迫切。立式钢筋砼充填砂仓作为矿山井下充填的重要构筑物之一，其容积也在不断扩大，由原来的每座400 m3左右，提高到现在的每座1500 m3以上，较好地满足了矿山井下充填的需要。但多年来，立式钢筋砼充填砂仓普遍存在渗漏问题，有些砂仓渗漏的程度甚至已经到了严重影响矿山的正常生产。本文结合对立式钢筋砼充填砂仓的设计、施工及使用情况，粗浅地谈一下立式钢筋砼充填砂仓的设计及渗漏原因。

1 立式钢筋砼充填砂仓的设计

常见充填砂仓从其材质上分，大体上可分为钢结构砂仓和钢筋砼砂仓2种。但钢结构砂仓由于建造成本高、钢材易锈蚀、使用寿命短、维护费用高，且其结构的整体稳定性和局部稳定性较差等原因，限制了钢结构砂仓的广泛应用;而钢筋砼砂仓，由于其建造费用和维护费用较低，且耐腐蚀、使用寿命长等优点，在各矿山单位得到了广泛应用。

常见砼充填砂仓一般为圆柱壳式筒仓，见图1。钢筋砼筒仓采用筒壁支撑，砂仓顶部为现浇钢筋砼板，顶板上方有一个旋流器泵房;筒仓内部底板的上方一般用素砼按半球体找坡，找坡砼与筒仓砼非整体连接，多采用后填的方法;找坡砼的上方设有几道高压造浆管，高压造浆管能使筒仓内的矿浆上下翻动或在仓内形成旋转状态，由于矿浆在高压风水作用下，在筒仓内不停地上下翻动，砂仓筒壁承受动载作用且有疲劳性。

图1 圆柱壳式筒仓

2 立式钢筋砼充填砂仓的结构设计

充填砂仓与其他固体料仓的结构形式没有太大区别，均可采用柱壳式筒仓，其受力特征都比较接近，理论计算都比较麻烦。但从使用要求上讲，其区别很大，充填砂仓因筒仓内盛的是液态矿浆，故对筒仓砼的抗裂与抗渗要求比较严格，即充填砂仓砼的裂缝宽度必须在规范允许值以内，其配筋必须按钢筋砼的抗裂要求设置，砼要按抗渗设计等级施工。而固体料仓对抗裂要求一般不是十分严格，因固体料仓内盛装的是散装物体，故料仓的配筋按强度要求设置便可。

2.1 充填砂仓的理论计算

立式钢筋砼充填砂仓，规范里在受力分析方面查不到明确的条文规定。经过反复研究并查找有关设计规范，认为此种结构的钢筋砼仓，由于筒仓体较高，筒仓顶板对池壁的约束可以忽略不计，其筒仓壁板底部的受力分析比较适合规范中敞口钢筋砼仓的计算规定，即圆柱壳池壁在侧向荷载作用下的受力条件为“当顶端为自由边界时，H/S＞15部分的柱壳可按无约束的自由圆柱壳计算其薄膜内力”。其中，H为圆柱壳池壁高度;S为圆柱壳的弹性特征系数，即 S=0.76 ×，R为圆柱壳池壁的计算半径，h为池壁厚度。

根据单向板和双向板的理论，若砂仓的筒仓体过高，筒仓顶板的固定形式对筒仓底壁交接处的影响是很小的，与敞口仓区别不大。所以本文在作砂仓的内力分析时，不考虑顶盖对底壁交接处的约束作用，按敞口池壁计算底壁交接处的薄膜内力，这样也是偏于安全的。

以某矿1500 m3充填砂仓为例，砂仓筒体高H=23 m;半径R=5.25 m;筒仓壁厚h=0.3 m。那么S=24.2＞15。筒仓应按无约束计算薄膜内力。

筒仓环形拉力为:

式中，p为尾砂容重，h为深度，R为半径。

此数值便可作为底壁交接处的最大拉力，并按轴心受拉构件计算配筋。满足砼裂缝宽度要求的钢筋用量，即可确定为环形水平钢筋。

以上计算没有考虑砂仓底找坡砼对筒仓壁板拉力的影响，若考虑找坡砼对筒仓壁板的影响，求尾砂体在筒仓内的最大压强深度也比较难，要求解球体曲线与液体深度的方程。而实际上找坡砼与筒仓壁板之间是有间隙的，间隙中有液体的存在，其液体产生的压强与无找坡砼是同等的。

规范还规定:对于筒壁支撑的筒仓，当仓底与仓壁非整体连接时，应将仓壁底(最大压强深度处)每米高度的水平钢筋延续配置到仓底结构顶面以下的仓壁上，其高度不应小于6倍仓壁厚度。若筒仓壁板厚度为0.30 m，则水平钢筋延续的高度应在1.8 m以上，所以砂仓底板上找坡砼对砂仓壁板的影响可以不考虑，基本上没有差别。

通过上分析可知，充填砂仓不同于一般的固体料仓。充填砂仓内装的是液态状矿浆，当半球体砼找坡与筒仓壁板砼非整体浇注时，壁板与找坡砼之间有缝隙，特别是筒仓壁板受力后此缝隙会较大，该缝隙内会有液态矿浆存在，并对筒仓壁板产生压力。再说砂仓内液态矿浆体，在高压风和水的作用下是运动的，且对筒仓壁板产生动载影响。所以，忽略找坡砼对筒仓壁板的影响，是比较切合实际的。

2.2 钢筋设计应力取值

充填砂仓必须按砼抗裂要求设置钢筋数量。筒仓壁板的设计钢筋应力不能取值太高，在钢筋的弹性限度内，钢筋应力与钢筋伸长的长度成正比，钢筋应力取值越大，钢筋伸长值越大。另外由于筒仓壁板砼长期在动恒荷载作用下，有疲劳性，且壁板中的钢筋会不断地发生徐变(即松弛)，从而造成筒仓砼的裂缝宽度不断加大，筒仓的渗漏现象便会越来越重。所以筒仓的钢筋设计应力不能取值过大，钢筋应力一般取设计强度的一半比较合适，否则筒仓砼裂缝宽度会过大，易引起渗漏。

现在一些水池子等构筑物多是采用预应力钢筋，预应力钢筋可以充分利用钢材的抗拉性能，起到节约钢材的作用。但由于充填砂仓结构比较特殊，砂仓筒体较高、施工难度大、预应力难控制等原因，故工程中至今尚未发现有采用预应力钢筋的充填砂仓。

充填砂仓的配筋除应满足计算方面的要求外，还应满足规范构造方面的要求。对于圆柱壳式砂仓，当H/S＞15时，虽然可不计算砂仓底板对仓壁的约束，但实际上砂仓底板对砂仓壁板还是有约束的，因此砂仓壁板的竖向钢筋、洞口加强筋等除了应按计算确定外，还必须满足现行规范的构造要求。

2.3 把握施工质量

一个优良的设计，如果没有一个良好的施工质量做保证，也是枉然。施工单位要选择一个综合素质高的队伍，施工单位若施工过与充填砂仓等类似的工程，一般经验都比较丰富，知道砂仓施工的厉害关系，但没有施工过类似工程的施工单位，根本不知道砂仓施工的厉害程度，有的甚至在砂仓内是存放液态物体还是散装物体都分不清。所以施工任务不明确，关键施工环节不到位，施工质量就无法保证。因此作为设计者，设计技术交底时，必须全面且清楚，重点突出。如砂仓砼的抗渗要求、砂石级配、水泥最高限量、砼的振捣，筒仓内的荷载情况，以及筒仓内抹面、施工缝的处理等方面都要交代清楚，从而引起施工单位的高度重视，把好砂仓的施工质量关。

3 常见立式钢筋砼充填砂仓的渗漏原因。

若排除自然灾害方面的原因，分析一下砂仓渗漏的原因不外乎以下几种情况。

(1)以筒仓砼抗渗达不到要求为主要原因而出现的渗漏。砼的抗渗出现了问题，实际上就是一个施工质量方面的问题。常见现象为砂仓出现点漏或局部渗漏现象，渗漏现象分布的无规律。原因主要是砼施工时振捣不实或漏振、砼的含水量过高、砼的砂石级配不合理、水泥用量过多等方面。

(2)以筒仓砼的抗裂不足为主要原因而出现的渗漏。砼的抗裂出现了问题，实际上就是筒仓砼裂缝宽度超出了规范要求。常见现象是筒仓会出现大面积四周均匀渗漏。主要是设计钢筋配置不合理或钢筋设计用量不足，设计钢筋应力取值过大，筒仓壁板砼的裂缝宽度超出了规范要求，这一般是设计方面的问题。

(3)以抗渗和抗裂都有问题而出现的渗漏。这种情况的渗漏属于比较严重的渗漏，原因难以分清。出现此种情况时，施工图纸和施工质量都要进行严格审查，即抗渗的问题不能按抗裂的问题来处理，同样抗裂的问题也不能按抗渗的问题来处理。砼抗渗出了问题可以用堵漏的方法补救，砼抗裂出了问题只能用加固的方法补救。否则就会适得其反，收不到好的效果，严重时将会影响矿山的正常生产。