醫用加速器機房超厚混凝土墻體及頂板施工技術研究

張希強 趙楠 黃文龍 王煥平 安海兵

摘? 要：醫用直線加速器是醫學上是一種對腫瘤進行放射性治療的粒子加速器裝置，其所在機房為了能屏蔽粒子輻射對周圍產生危害，往往墻體及頂板設計的都比較厚，同時為防止粒子外泄，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。

關鍵詞：直線加速器機房;超厚混凝土墻體及頂板;裂縫控制

中圖分類號：TU746.3? ? ?文獻標識碼：A

1項目概況

本工程加速器機房位于地下部位，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

由于機房底部與基礎筏板相連，貫穿地下兩層，所以分三次進行澆筑混凝土，即基礎筏板、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時，支模高度為4.55 m。模板采用普通覆面木膠合板，厚度15 mm，模板抗彎強度設計值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，雙鋼管進行加固。模板各項布置參數如表1所示。

3.1模板驗算

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，由此可計算出兩木方背楞間模板所承受的荷載強度為：

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

3.2背楞木方驗算

木方背楞外側由雙鋼管經對拉螺栓進行加固，雙鋼管間距400 mm，橫向布置，經計算，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 加固鋼管驗算

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

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

3.4 對拉螺栓驗算

對拉螺栓橫向驗算間距m=max[400，400/2+150]=400 mm

對拉螺栓豎向驗算間距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厚兩種規格，為便于搭設架體，1.7 m厚的板采用3.0 m厚的架體設計參數，所以在此以3.0 m厚板進行計算。

模板、木方背楞及鋼管所承受荷載強度的驗算同墻模板，此部分主要是架體的各項設計驗算。模板設計體系如表2所示。

4.1長細比驗算

首先進行單根立桿的長細比驗算，即用頂部立桿段與非頂部立桿段較大的計算長度與鋼管回轉半徑的比值，與鋼管長細比限制進行比較[1]，計算結果如下：

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立桿穩定性驗算

在考慮當地風荷載以及其他活動荷載的情況下，每根立桿在澆筑混凝土后做承受的最大荷載為fd，經計算[1]，承受最大荷載fd=294.515 N/mm2，小于單根鋼管抗壓強度值[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部的水化熱溫度，通過降低混凝土中心溫度來減少溫度應力，從而降低混凝土可能產生有害裂縫的風險。組成混凝土水泥、外加劑、粗細骨料、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、養護措施也都是影響大體積混凝土質量的因素，所以要從每個因素著手進行控制。

5.1 原材料

大體積混凝土所用材料除滿足規范要求外，還需進一步優化，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過長時間損失和泵送混凝土施工，延緩混凝土水化熱峰值的出現以及對于混凝土早期強度發展等有較好的效果。

（3）骨料：粗骨料為5～25 mm連續級配機碎山石，含泥量小于1.0%，針片狀含量不應大于10%;細骨料采用河砂，嚴禁采用海砂或機制砂，細度模數范圍控制在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天抗壓強度比：109%，流動度比：106%，比表面積：453m2/kg。粉煤灰細度：8.0%，需水量比：94%，燒失量：4.02%，質量穩定可靠，可顯著改善混凝土的各項施工性能。

經計算，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進行測溫，主要包括澆筑體表面與內部溫差、每日降溫速率及周圍環境溫度的測量，在混凝土澆筑后，每晝夜不少于4次;入模溫度的測量，每臺班不應少于2次[2]。

監測點的布置范圍以加速器機房平面圖對稱軸線的半條軸線為監測區，在監測區內監測點按平面分層布置。墻體及頂板測溫點布置如圖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，安裝時應著重注意連接處，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 混凝土的養護

除應滿足常規混凝土養護條件外，還應滿足下列要求：

（1）保溫保濕養護的持續時間不得少于14天，除澆筑時覆蓋塑料薄膜，還應在薄膜上覆蓋棉氈，并應保證塑料薄膜不能有太多破損，保持薄膜內部濕潤[3];

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

（3）過程中應監測混凝土的溫度、內外溫差等數值，當混凝土內部外部溫差超過25℃時應采取保溫保濕或降溫措施，確保混凝土的內的內部溫度與外界溫度控制在允許范圍內[3]。

6其他注意事項

搭設架體立桿時一定要注意搭設順序，原則上時從機房最內部往機房出口方向搭，因為立桿較密，施工人員進出困難，所以從內往外是一個比較好的選擇。

未避免出現施工冷縫，混凝土澆筑一定要控制澆筑順序，現場至少放置兩輛混凝土泵車，沿不同起點相向進行澆筑。

參考文獻

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

[2] 山西省建筑科學研究院.GB/T 50128-2015，大體積混凝土溫度溫度測控技術規范[S].

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

收稿日期：2021-08-01

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