水泥厂钢筋混凝土筒仓预应力钢绞线加固设计与施工

陈通跃，闫虹

1 工程简介

某集团生料均化库库体直径22.5m，壁厚450mm，库底板标高8.518m，库顶标高52.00m，该库于2002年4月投入使用。在例行检查中发现库壁裂缝，经第三方检测，该库壁实际环向钢筋小于设计钢筋，导致部分库壁裂缝宽度不能满足规范要求，且混凝土强度等级也未达到设计要求，因此业主要求采取加固措施。相关钢筋检测见表1，相关检测数据见表2（数据取自江苏某工程检测公司），钢筋保护层厚度取40mm。

参照《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010），该筒仓最大裂缝宽度允许值为0.2mm，裂缝检测不合格率73.3%，需要采取加固措施。

2 库壁加固设计及施工

根据表1、表2、表3的数据，结合现场施工实际，拟对该筒仓采用体外预应力钢绞线加固方案。

2.1 加固处理原则

（1）参照原设计并考虑库体使用状态及安全因素，加固后的环向钢筋拉力为原设计的1.5倍。

（2）由于库底板有约束作用，自库底板以上6m高度范围内基本无裂缝，但考虑加固的连续性，加固高度仍从仓底板开始。以原设计钢筋间距相同的段落划分加固区段，按照均值考虑加固。

（3）以实测数据与设计数据比较，确定需增加的预应力钢绞线数量。

（4）二级钢筋按设计强度考虑，钢筋强度取其屈服强度，即fy=315MPa；库体外钢绞线取ϕs12.7高强、低松驰预应力钢绞线，强度fy=1860MPa，张拉控制力取72%σcon，即f=1339.2MPa，预应力损失不超过80MPa。

（5）库体钢筋仍处于弹性工作状态，计算具体过程及结果见2.3，未产生屈服与流幅（与现场实际一致）。

表1 钢筋检测数据

表2 取芯强度试压结果

表3 裂纹检测表

（6）在体外预应力钢筋加固后，使用水泥砂浆封闭前，库体表面应凿毛，外表面挂钢丝网，并设置剪力钉，间距1000mm双向呈梅花型布置，剪力钉取ϕ12@1000双向布置，锚入库体内90mm，外露长度30mm。

体外预应力加固方案需由有预应力施工资质的专业施工单位承建。

2.2 施工方法

库体钢绞线加固自库底板至38.5m处，饰面自库顶至库底板处。

（1）搭脚手架

采用钢ϕ48×3.5双排钢管脚手架，搭设高度53m。立杆水平距离1.5m，大横杆步距1.8m。内侧立杆距库体外壁0.2m。

（2）锚墩施工

锚墩布置形式见图1，详图见图2。

锚墩采用C30细石混凝土，施工顺序如下：

植筋→箍筋焊接→安装竖筋→安装锚板→安装波纹管→支模→浇筑锚墩混凝土→安装钢绞线→张拉→封头。

（3）张拉

当锚墩混凝土强度达到100%后方可张拉钢绞线。张拉力按72%fy控制，fy=1860MPa。

张拉应分上、中、下对称进行，每圈张拉时应两端张拉，相邻两圈之间锚头应错开，见图1。以四根钢绞线形成一圈，即张拉角度为90°。

（4）饰面

用40mm厚M10水泥砂浆饰面，分三次抹光。饰面工程应自上而下进行，在张拉完毕24h后进行，并采取有效措施养护。张拉完成后分层抹面，抹完第一层后再抹第二层，然后挂钢丝网，再进行第三次抹面。抹面前进行剪力钉布设，按ϕ12@1000双向呈梅花型布置以确保饰面不开裂、不脱落。

期间水泥养护采用湿水养护工艺，即沿库体高度方向设置环向水管，自上而下湿水养护。

（5）拆除脚手架

在工程验收合格以后，自上而下拆除脚手架。

（6）加固效果

加固后经过一年的观察检测，无开裂现象发生，加固效果良好。

2.3 设计计算

已知条件：水泥生料容重γ=14kN/m3，内摩擦角30°，摩擦系数μ=0.58，d0=22.5m，储料高度自库底板（8.5m）至52.5m，混凝土强度取C18（按实际检测均值偏下限取值）。仓壁厚取450mm，钢筋HRB335，储料高度取39.7m，修正系数Ch取2。λ=（1-e-μkh/ρ），ES=200000，1.9CS（CS=40）。

2.3.1 储料压力计算

按规范Ph=Chγρλ/μ（kN/m2）计算，1～12段压力分别为185.50，152.70，140.30，133.86 ，120.62，113.86，100.18，93.33，86.51，79.75，73.10，66.59。

2.3.2 环向拉力计算

按规范Nθ=ph×d0/2（kN/m）计算1～12段拉力分别为2086.5，1718.0，1578.3， 1506.0， 1357.0， 1280.9，1127.5，1050.0，973.2，897.2，822.3，749.1。

2.3.3 理论设计配筋面积（mm2/m）

按设计图纸计算，1～12段每延米配筋面积分别为13066.7，12250.0，11529.4，10888.9，10315.8，9800.0， 8521.7， 7840.0， 7840.0，5066.7，3694.1，3140.0。

2.3.4 实际配筋面积（mm2/m）

按实测表1计算，1～12段每延米配筋面积分别为9702.9，9074.1，7840.0， 7840.0， 8305.1， 7101.4，7368.4， 6853.1， 4550.9， 4550.9，2828.8，3019.2。

2.3.5 理论设计裂缝宽度（mm）

按规范ωmax=αcr×ψ×σs/ES（1.9Cs+0.08deq/ρte）计算，1～12段筒仓裂缝宽度 分 别 为 0.17，0.14，0.14，0.14，0.13，0.13，0.12，0.12，0.14，0.15，0.18，0.18 mm，均满足规范要求。

2.3.6 实际配筋计算裂缝宽度（mm）

按规范ωmax=αcr×ψ×σs/ES（1.9Cs+0.08deq/ρte）计算，1～12段筒仓裂缝宽度 分 别 为 0.36，0.38，0.36，0.34，0.26，0.31，0.25，0.20，0.19，0.18，0.23，0.18 mm。可看出筒仓在现有条件下，裂缝宽度大部分超过规范要求的0.2mm，不满足要求，需采取加固措施以保证该构筑物正常使用。

2.3.7 采用钢绞线后计算裂缝宽度（mm）

按规范ωmax=αcr×ψ×σs/ES（1.9Cs+0.08deq/ρte）复核加固钢绞线后，1～12段筒仓裂缝宽度均＜0.02mm，均满足规范裂缝宽度＜0.2mm的要求。■