摘要:
大型筒倉減壓錐采用傳統現澆混凝土方案，施工難度高，模板、腳手架耗量大，工期長，是筒倉結構施工中最頭痛的難題。將大型減壓錐分塊預制再進行安裝，降低施工難度，有效縮短施工工期。
直徑大于或等于15m的水泥庫和均化庫，采用伊堡庫的情況非常普遍。減壓錐通常采用現澆整體式結構，為方便滑膜施工，一般將錐體與庫壁脫開，待庫壁施工完畢再從庫內現澆錐體。當直徑不大時，也有錐體與庫壁整體現澆的情況。
下圖為伊堡庫減壓錐立面圖
根據減壓錐受力特性，錐底部在物料壓力下產生巨大推力，若錐體與庫壁整體現澆，該推力將由設在庫壁內的暗梁承擔。暗梁截面為異形，配筋量非常大，一般情況下，施工完成一個環梁的工期在14天以上，即庫壁滑膜在此標高處必須停留，直至環梁乃至減壓錐施工完畢。水泥庫一般采用多個庫組合，減壓錐施工將耗費更長時間。這也是多數情況下將錐體與庫壁分離的原因之一。
下圖為減壓錐與庫壁整體現澆示意圖
若設計將減壓錐與庫壁分離，為防止錐體底部變形，將在錐底部設置一條環梁以抵抗物料壓力產生的推力，僅考慮庫壁支座承擔豎向分力。因此庫壁可以連續滑膜至庫頂，爾后在庫內施工減壓錐及環梁。在國內，由于施工人力充足，勞動力成本較低，雖然抱怨施工難度太大，工期太長，但很多項目依舊順利完工了，對于該設計沒有人提出太多批評。
同樣的設計，到了國外卻遇到了巨大挑戰。在我院設計的巴西某項目中，均化庫為15m直徑伊堡庫，減壓錐設計為與庫壁整體現澆。根據設計圖紙計算，減壓錐環梁以上錐體部分混凝土方量為113m3，重量約283t。若現澆，需要模板529m2，腳手架(D48x3mm鋼管)約8120m。由于當地人沒有24小時連續施工的習慣，滑膜施工也僅在白天進行，施工進度非常慢。加上當地混凝土供應能力非常有限，減壓錐連續澆筑混凝土不現實。在權衡利弊之后，經過搜集南美各國工程資料，對減壓錐提出了革命性的改變，將減壓錐分成12塊預制板加一塊頂部封口板，進行現場預制后拼裝，并取消了國內傳統設計中錐底的環梁，各預制件之間僅預埋鋼板通過焊接連接。分塊數量應符合計算模型，卸料孔必須在一塊完整的分塊上，也應考慮當地機具的吊裝能力。本項目每塊重量約23t，吊鉤起吊高度為27m，工作半徑12m，選用100T移動吊車即可滿足要求。
減壓錐分塊預制
將原本整體現澆的錐體分塊預制，從理論上降低了結構的整體性能，對結構受力特點和工作性能是否有影響呢？現澆錐體底部有環梁約束，分塊預制后錐底分裂，無直接約束，是否會影響結構安全？
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在傳統設計中，若減壓錐與庫壁分離，一般僅考慮庫壁對減壓錐提供豎向約束，錐底水平約束由錐底環梁提供。經分析，這種設計概念忽略了支座對錐底的摩擦力。實際工作狀態下，庫壁將對減壓錐同時提供豎向約束和水平約束，如果水平約束達到一定大小，能夠滿足力三角形的平衡條件，則可等同于庫壁對減壓錐提供沿錐壁方向的斜向反力。如果這個條件成立，在物料壓力下，減壓錐將完全受壓，只需對卸料口進行加強。問題的關鍵是找出錐底面與庫壁支座處的摩擦力能否滿足實際受力需求。目前庫壁及減壓錐一般采用C40混凝土，最低也用C30混凝土。混凝土面之間的摩擦系數可能受到表面特性影響，但根據“建筑地基基礎設計規范”，混凝土對粗糙表面硬質巖石的摩擦系數可取0.65-0.75， 對于軟質巖石可取0.4-0.6。“重力式碼頭設計施工規范”推薦混凝土表面間摩擦系數可取0.55。碼頭規范推介的數據適用于水下工況，而減壓錐在干燥環境下工作，摩擦系數會更高。C30混凝土強度已經達到硬質巖石要求，理論上可以取0.65-0.70的摩擦系數，為穩妥起見，可以采用0.60的摩擦系數。減壓錐錐角為60度，根據支座反力指向錐壁方向建立力三角形，可以推算出所需水平支座反力與豎向支座反力之比等于1:1.73。按0.60摩擦系數計算，1.73的單位豎向力可以產生1.04個單位的水平摩擦力，滿足平衡要求。即減壓錐直接放置在庫壁水平支座面上時，錐體底部約束能夠滿足錐體平衡條件，使錐體處于雙向軸心受壓狀態，錐體截面配筋均為構造鋼筋。分塊后環向鋼筋被打斷，構件之間會產生縫隙。但只要預制件幾何尺寸滿足精度要求，裝配后構件間縫隙小于結構彈性變形范圍，在壓力作用下，結構通過微小變形最終形成協同工作的整體受壓構件。所以保障結構安全的核心是保證預制件幾何尺寸的精度以及安裝定位的準確度。