醫(yī)用加速器機(jī)房超厚混凝土墻體及頂板施工技術(shù)研究

張希強(qiáng) 趙楠 黃文龍 王煥平 安海兵

摘? 要：醫(yī)用直線加速器是醫(yī)學(xué)上是一種對腫瘤進(jìn)行放射性治療的粒子加速器裝置，其所在機(jī)房為了能屏蔽粒子輻射對周圍產(chǎn)生危害，往往墻體及頂板設(shè)計(jì)的都比較厚，同時(shí)為防止粒子外泄，在墻體及頂板的混凝土施工過程中不能有水平或者垂直的施工縫，且混凝土不能有裂縫。

關(guān)鍵詞：直線加速器機(jī)房;超厚混凝土墻體及頂板;裂縫控制

中圖分類號：TU746.3? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1項(xiàng)目概況

本工程加速器機(jī)房位于地下部位，整體貫穿地下二層和地下一層，整體呈矩形，南北長28.1 m，東西寬13.4 m，面積為376.54㎡。墻體厚度有1200 mm、1300 mm、1700 mm、3000 mm四種，頂板厚度有1700 mm、3000 mm兩種，層高9.3 m。混凝土總澆筑量約2000 m3。

2施工步驟

由于機(jī)房底部與基礎(chǔ)筏板相連，貫穿地下兩層，所以分三次進(jìn)行澆筑混凝土，即基礎(chǔ)筏板、地下二層、地下一層三次。每次澆筑留置企口施工縫，如圖1所示。

3墻模板工程

以3 m厚墻為例，第二次澆筑地下二層部分混凝土?xí)r，支模高度為4.55 m。模板采用普通覆面木膠合板，厚度15 mm，模板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值15 N/mm2;背楞采用60×80 mm的矩形木方，M14對拉螺栓，軸向抗拉值17.8 kN，雙鋼管進(jìn)行加固。模板各項(xiàng)布置參數(shù)如表1所示。

3.1模板驗(yàn)算

木方背楞豎向按照200 mm間距布置，兩背楞間模板所承受最大彎矩為Mmax=0.076 kN·m，由此可計(jì)算出兩木方背楞間模板所承受的荷載強(qiáng)度為：

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

3.2背楞木方驗(yàn)算

木方背楞外側(cè)由雙鋼管經(jīng)對拉螺栓進(jìn)行加固，雙鋼管間距400 mm，橫向布置，經(jīng)計(jì)算，木方背楞最大彎矩Mmax=0.428 kN·m，可得出鋼管間木方背楞所承受強(qiáng)度為：

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

3.3 加固鋼管驗(yàn)算

鋼管采用M14對拉螺栓進(jìn)行加固，最大彎矩Mmax=0.156 kN·m，所承受荷載強(qiáng)度為：

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

3.4 對拉螺栓驗(yàn)算

對拉螺栓橫向驗(yàn)算間距m=max[400，400/2+150]=400 mm

對拉螺栓豎向驗(yàn)算間距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

頂板厚度有1.7 m和3.0 m厚兩種規(guī)格，為便于搭設(shè)架體，1.7 m厚的板采用3.0 m厚的架體設(shè)計(jì)參數(shù)，所以在此以3.0 m厚板進(jìn)行計(jì)算。

模板、木方背楞及鋼管所承受荷載強(qiáng)度的驗(yàn)算同墻模板，此部分主要是架體的各項(xiàng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算。模板設(shè)計(jì)體系如表2所示。

4.1長細(xì)比驗(yàn)算

首先進(jìn)行單根立桿的長細(xì)比驗(yàn)算，即用頂部立桿段與非頂部立桿段較大的計(jì)算長度與鋼管回轉(zhuǎn)半徑的比值，與鋼管長細(xì)比限制進(jìn)行比較[1]，計(jì)算結(jié)果如下：

頂部立桿段：l01=kμ1（hd+2a）=1×1.386×（1200+2×200）=2218 mm

非頂部立桿段：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立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

在考慮當(dāng)?shù)仫L(fēng)荷載以及其他活動(dòng)荷載的情況下，每根立桿在澆筑混凝土后做承受的最大荷載為fd，經(jīng)計(jì)算[1]，承受最大荷載fd=294.515 N/mm2，小于單根鋼管抗壓強(qiáng)度值[σ]=300 N/mm2，即按照400 mm×400 mm間距布置立桿可滿足要求。

5混凝土工程

大體積混凝土主要控制內(nèi)部的水化熱溫度，通過降低混凝土中心溫度來減少溫度應(yīng)力，從而降低混凝土可能產(chǎn)生有害裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。組成混凝土水泥、外加劑、粗細(xì)骨料、摻合料等原材料，以及混凝土入模溫度、施工完成后降溫措施、養(yǎng)護(hù)措施也都是影響大體積混凝土質(zhì)量的因素，所以要從每個(gè)因素著手進(jìn)行控制。

5.1 原材料

大體積混凝土所用材料除滿足規(guī)范要求外，還需進(jìn)一步優(yōu)化，以降低后期水化熱。

（1）水泥：采用42.5級普通硅酸鹽水泥，C3A含量不超過8%，體積穩(wěn)定性好。

（2）外加劑：HK-B聚羧酸型緩凝高效減水劑，具有高效降低用水量、微引氣、能較好的保證坍落度和混凝土塑性等功能，對于控制混凝土坍落度經(jīng)過長時(shí)間損失和泵送混凝土施工，延緩混凝土水化熱峰值的出現(xiàn)以及對于混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展等有較好的效果。

（3）骨料：粗骨料為5～25 mm連續(xù)級配機(jī)碎山石，含泥量小于1.0%，針片狀含量不應(yīng)大于10%;細(xì)骨料采用河砂，嚴(yán)禁采用海砂或機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)范圍控制在2.5～2.8，含泥量不大于2.0%。

（4）摻合料：采用S95級粒化高爐礦渣粉和一級粉煤灰。礦粉28天抗壓強(qiáng)度比：109%，流動(dòng)度比：106%，比表面積：453m2/kg。粉煤灰細(xì)度：8.0%，需水量比：94%，燒失量：4.02%，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，可顯著改善混凝土的各項(xiàng)施工性能。

經(jīng)計(jì)算，混凝土配合比如表3所示。

5.2 混凝土測溫

大體積混凝土澆筑后需要及時(shí)進(jìn)行測溫，主要包括澆筑體表面與內(nèi)部溫差、每日降溫速率及周圍環(huán)境溫度的測量，在混凝土澆筑后，每晝夜不少于4次;入模溫度的測量，每臺(tái)班不應(yīng)少于2次[2]。

監(jiān)測點(diǎn)的布置范圍以加速器機(jī)房平面圖對稱軸線的半條軸線為監(jiān)測區(qū)，在監(jiān)測區(qū)內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)按平面分層布置。墻體及頂板測溫點(diǎn)布置如圖2及圖3所示。

5.3 混凝土中心降溫措施

冷卻管采用壁厚2 mm，直徑32 mm的薄壁鋼管，其接口采用90°彎管鋼管接口，安裝時(shí)應(yīng)著重注意連接處，確保接頭不漏水。

由于墻及頂板最厚部位均為3 m，因此在墻體中豎向布置單層冷卻管，在3 m頂板中水平布置單層冷卻管，如圖4 所示。

5.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)

除應(yīng)滿足常規(guī)混凝土養(yǎng)護(hù)條件外，還應(yīng)滿足下列要求：

（1）保溫保濕養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間不得少于14天，除澆筑時(shí)覆蓋塑料薄膜，還應(yīng)在薄膜上覆蓋棉氈，并應(yīng)保證塑料薄膜不能有太多破損，保持薄膜內(nèi)部濕潤[3];

（2）保溫保濕層去除時(shí)應(yīng)分層去除，首先去掉保溫層，然后去掉保濕薄膜，當(dāng)混凝土的表面溫度與外界環(huán)境溫度的溫差小于20℃時(shí)，可把保溫保濕層全部去除[3];

（3）過程中應(yīng)監(jiān)測混凝土的溫度、內(nèi)外溫差等數(shù)值，當(dāng)混凝土內(nèi)部外部溫差超過25℃時(shí)應(yīng)采取保溫保濕或降溫措施，確?；炷恋膬?nèi)的內(nèi)部溫度與外界溫度控制在允許范圍內(nèi)[3]。

6其他注意事項(xiàng)

搭設(shè)架體立桿時(shí)一定要注意搭設(shè)順序，原則上時(shí)從機(jī)房最內(nèi)部往機(jī)房出口方向搭，因?yàn)榱U較密，施工人員進(jìn)出困難，所以從內(nèi)往外是一個(gè)比較好的選擇。

未避免出現(xiàn)施工冷縫，混凝土澆筑一定要控制澆筑順序，現(xiàn)場至少放置兩輛混凝土泵車，沿不同起點(diǎn)相向進(jìn)行澆筑。

參考文獻(xiàn)

[1] 江正榮.建筑施工計(jì)算手冊（第四版）[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2] 山西省建筑科學(xué)研究院.GB/T 50128-2015，大體積混凝土溫度溫度測控技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 中國建筑股份有限公司.建筑施工手冊（第五版）[K].中國建筑工業(yè)出版社，2012.

收稿日期：2021-08-01

作者簡介：張希強(qiáng)（1982—），男，天津人，本科，高級工程師，研究方向：施工技術(shù)。