超厚墙\板混凝土防辐射结构施工技术
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[摘要] 为防止射线泄漏,确保防辐射结构的防辐射性,本文从结构施工的角度,针对中国人民总医院第一附属医院烧创伤大楼工程的FGS治疗室超厚墙、板防辐射结构工程的实施情况, 介绍了施工中从混凝土原材料选择、配合比优化、施工方法和养护，钢筋构造措施，模板设计等方面进行的分析、研究，阐述了施工过程中的一些技术措施及施工经验，为今后类似工程的施工提供了参考。
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
由超厚混凝土构件组成的防辐射结构作为一种常用的辐射屏蔽结构，广泛应用于医疗建筑中辐射能量较高的加速器室、治疗室等房间。施工中，对超厚墙、板防辐射混凝土结构要从混凝土原材料选择、配合比优化、施工方法、养护、裂缝控制，钢筋防辐射构造措施，模板设计等方面进行综合分析，采取有效的措施来保证防辐射结构的整体性，从而保证工程投入使用后能有效地屏蔽辐射，防止有害射线的泄露。中国人民总医院第一附属医院烧创伤大楼工程，在伽马刀室和直线加速器室超厚墙、板防辐射结构的施工中，采用了超厚墙体不设置穿墙螺栓，钢筋拉钩采用特殊构造，特殊配比混凝土及混凝土裂缝控制等技术，严格施工，满足了混凝土结构的防辐射要求，取得了良好的施工效果。
1 工程概况
中国人民总医院第一附属医院烧创伤大楼工程位于北京市海淀区阜成路51号，总建筑面积44423，是全军乃至全国烧创伤学科的科研及诊疗中心，集医疗、科研、保健、康复等功能为一体，属专业性、功能性较强的现代化医院建筑。工程主体结构为框架－剪力墙结构，地下2层，地上16层，建筑总高61.5m。地下2层的直线加速器室和伽马刀室代表着国内领先的医疗科技水平，由于辐射量较大，对机房建设要求非常高，机房标准图要求，墙壁屏蔽防护厚度不小于0.5m，房顶屏蔽防护厚度不小于0.5m，设在底层的机房地面防护厚度0.5m。本工程设计中采用了超厚墙、板混凝土结构屏蔽辐射，混凝土构件厚度在700 mm ~1300 mm左右，在射线强度高的部位，厚度达到2800mm。
直线加速器室和伽马刀室位于裙楼地下2层6～8轴与J～M轴之间，墙体最厚处2.8m，高4.45m；顶板最厚处2.8m。此部位为本工程的核心部位，混凝土浇筑方量大，高大模板工程施工总荷载大于10kN/m²。详见图1、图2。
图1直线加速器室和伽马刀室结构图
图2直线加速室超厚顶板位置图
2 混凝土防辐射结构钢筋施工
2.1 混凝土防辐射结构墙体及顶板的截面尺寸较大，钢筋分层绑扎。对于超厚墙体及顶板，应在墙体中部设置双向钢筋网，水平、竖向钢筋均匀分布，拉筋与各排分布筋均进行绑扎，剪力墙钢筋布置参见图3。
图3剪力墙四排配筋
2.2 采用特殊的钢筋构造做法，拉钩、顶模筋的加工采用两段钢筋双面焊接而成，接缝长度为5d，从而避免了墙体拉钩、顶模筋钢筋一根直通，保证了防辐射混凝土墙体的屏蔽防护厚度，防止有害射线泄露。钢筋拉钩做法见图4，顶模筋做法见图5：
图4钢筋拉钩做法 图5顶模筋做法
2.3 在防辐射中心区区域墙体，即墙厚度为2.8m的区域，不设置顶模钢筋，在中心区周边设置。
2.4 钢筋保护层采用大理石垫块，垫块分布均匀。
2.5 对于混凝土防辐射结构顶板，设置10#铅丝网或铁丝网沉入面层下15-20mm。
2.6 钢筋施工控制要点：
钢筋安装时，受力钢筋的品种、级别、规格和数量均要符合设计要求。构造钢筋的加工要标准，钢筋种类及安装符合防辐射施工要求。
钢筋安装位置准确，钢筋间距，箍筋加密等符合设计要求。
3 混凝土防辐射结构模板设计及安装
3.12800mm厚墙体模板支撑体系
直线加速器室2800mm厚的墙体要求中间4m²(2000mm×2000mm)范围内不得使用对拉螺栓，不能采用对拉螺栓区域见图6所示。其它部位的对拉螺栓不能直通，采用了特殊构造防止有害射线泄露，对拉螺栓特殊构造做法如图7所示。
图6 加速器室墙体不得使用对拉螺栓位置 图7 对拉螺栓做法
（中心2000mm×2000mm范围）
由于中心区域支模时不得使用对拉螺栓，因此配模时不能采用常规的双钢管外龙骨模板体系，根据这一特点，经过验算，采用特殊模板体系。
模板采用18mm厚多层板；内龙骨选用50mm×100mm的木方，间距100mm竖向配制；外龙骨采用14号工字钢，水平设置，间距400mm。外龙骨14号工字钢两根为一组，中间加对拉螺栓，螺栓直径18mm，并采用10mm厚钢板垫片固定在外龙骨翼板上。对拉螺栓水平及垂直间距均为400mm，底部距地不大于200mm。由于墙体中心4m²(2000mm×2000mm)范围内由于不得使用对拉螺栓，中心区域两侧的对拉螺栓存在隐患，因此对两侧的对拉螺栓进行加密，加密的对拉螺栓间距为100mm，如图8所示。
图82800mm厚墙体支模图
外龙骨工字钢两根为一组，每组工字钢中间每隔1000mm加垫Φ25短钢筋，用铁丝将两根工字钢绑扎在一起，使其形成一个整体，Φ25短钢筋用于控制两根工字钢的间距，便于对拉螺栓穿入，外龙骨工字钢固定方式见图9。由于14号工字钢自重较重，理论重量为16.9kg/m，因此在模板体系的外侧搭设工字钢专用托架，沿竖向方向在每组工字钢的底部架设钢管托架，将工字钢托住，外龙骨钢管托架如图10所示。
图9 工字钢固定方式 图10 外龙骨钢管托架
在加速器室2800mm厚墙体两侧，墙体厚度为1300mm，因此形成一个凸出的部位，该段墙体长4800mm，此部位两侧的模板支护设置穿墙对拉螺栓，在模板外侧采用钢管加U托与两侧的墙体对顶，模板支护如图11所示。
图112800mm厚墙体模板支护平面图
3.21300mm厚墙体配模
采用18mm厚多层板作为定型模板，采用50mm×100mm的木方作为内龙骨,间距100mm，竖向配制；采用双钢管做外龙骨，钢管规格φ48×3.5mm，水平设置，竖向间距400mm。外龙骨两根钢管为一组，中间加穿墙对拉螺栓，对拉螺栓直径18mm，使用“3”型扣件与钢管进行固定。对拉螺栓水平、垂直间距均为400mm，底部距地不大于200mm，支模体系如图12所示。对拉螺栓采用特殊构造措施。
图121300mm厚墙体支模图
3.3墙体模板支撑体系
墙体模板的斜向支撑沿纵向不少于3道，同时采用扣件、脚手管与U型托顶住两侧墙体模板支撑，以此来抵消混凝土部分侧压力，控制墙体模板的垂直度，如图13、图14所示。
图13 加速器墙体模板支设体系
图14 1300mm厚墙体支撑体系
图15为超厚墙体模板支设实景。
图15 超厚墙体模板支设实景图
3.4 顶板模板支撑体系
顶板模板采用18mm厚多层板，次龙骨采用100mm×100mm木方，龙骨间距150mm，采用100mm×100mm木方作为托梁，间距300mm。支撑体系采用碗扣式脚手架,钢管截面规格为Φ48×3.5mm，脚手架顶端U型托托住100mm×100mm木方，总自由端长度315mm；扫地杆距离地面距离200mm。根据大体积混凝土设计规范要求，脚手架需加设斜支撑，但由于脚手架间距为300mm，无法加设斜支撑，因此为了保证脚手架的整体稳定性，采用扣件、脚手管与U型托协助支撑于已浇筑完成的结构墙上，U托内垫50mm×100mm木方；竖向支撑设置不小于4道，水平方向间距不大于1500mm，在搭设碗扣脚手架的同时加设顶撑，避免碗扣架全部搭设完毕后无法进行顶撑施工。
顶板模板设计工况：C35混凝土，2500kg/m3，塌落度16cm～18cm，浇筑速度1.5m/h，混凝土初凝时间为3h，不考虑风荷载（因为位于地下室）。
顶板模板支撑体系详见图16～图18所示。
图16 伽马刀治疗室及直线加速室顶板支模横纵杆布置图
图17 顶板模板支护剖面图
图182800mm厚顶板支撑体系
4 混凝土防辐射结构大体积混凝土施工
4.1 混凝土原材料要求
混凝土防辐射墙体、顶、底板厚度及位置和混凝土表观密度密度等应由防辐射审核相关单位最终认可后方可施工。墙体、顶板普通混凝土的堆积密度不小于2500kg/m³。 如不能满足要求，骨料可采用普通碎石+重钢渣等方案。
对于大体积混凝土，楼板混凝土坍落度≤120±20mm；墙混凝土坍落度≤160mm。
4.2 墙体施工缝做法
混凝土防辐射结构应连续浇筑，墙体如需设置施工缝，应采用斜角凸状,斜面或阶梯面等特殊构造以防有害射线泄露，墙体顶部的施工缝采取企口做法，防止有害射线从施工缝透出，具体做法见图19。
图19 墙体施工缝做法
4.3 穿墙管线做法
混凝土防辐射结构混凝土墙体穿墙管线均应采用45度斜线、折线或S形处理，穿越孔洞均应采用10毫米钢板焊成孔套埋入混凝土中。
4.4 大体积混凝土施工
4.4.1 混凝土防辐射结构施工中，大体积混凝土浇筑采取相应措施（如免振捣混凝土、导管降温、掺加抗裂纤维），减小混凝土裂缝出现。如设置循环水降温，减小混凝土内外温差，应将水流导管最后用细石混凝土灌死。
4.4.2 混凝土的浇筑按大体积混凝土浇筑顺序安排，宜采取分层连续浇筑，每层厚度为400mm，确保混凝土无冷缝。
4.4.3 大体积混凝土的养护应保证在养护过程中表面温度缓慢散失，控制混凝土的内表温差，促进混凝土强度的正常发展，防止混凝土裂缝的发生。对于顶板一般可采取一层塑料布作为保温保湿的养护覆盖层；对于墙体一般采用挂麻袋浇水养护；对于体积较大的混凝土构件，可增加1~2层麻袋（草帘被），并根据混凝土内部与表面温差及时调整麻袋或草帘被的覆盖，养护时间不少于14d。
4.4.4 大体积混凝土的养护实行温度监测，为防止混凝土表面产生裂缝提供数据支持。温控监测控制混凝土的内部温度与表面温度，以及表面温度与环境温度之差不超过20℃。温控监测数据采集要求混凝土浇捣期间，每小时测读一次，准确全面掌握混凝土的升温情况及混凝土的入模温度变化情况，根据大体积混凝土早期升温快，后期降温较慢的特点，宜采用先频后疏的方式，测温时间从测点混凝土浇筑完10小时（初凝）后开始，72小时内每2小时测温一次，72小时后每4小时测温一次，7天～14天每6小时测温一次，测至温度稳定为止。
5 材料及机具
5.1主要材料要求
5.1.1水泥：选用低热水泥，如32.5级普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。
5.1.2砂：选用中砂，级配良好，尽量选用细度模数在2.4~2.8的中粗砂，含泥量(重量比)≤2%，泥块含量(重量比)≤0.5%。
5.1.3石子：选用质地坚硬、级配良好、不含杂质的碎石，石子粒径选用5mm~25mm或5mm~31.5mm的石子，含泥量(重量比) ≤1.0%，泥块含量(重量比)≤0.5%，针片状颗粒含量（重量比）≤15%。级配符合要求。
5.1.4粉煤灰：选用II级粉煤灰，在保证混凝土性能时减少水泥用量，以降低混凝土水化热，减缓混凝土早期强度增长过快，利用混凝土60d后期强度。
5.1.5外加剂：选用缓凝型高效减水剂，减少混凝土用水量，改善混凝土的和易性。
5.2 混凝土配合比选择
混凝土堆积密度不小于2500kg/m³，以达到屏蔽辐射防护功能。采用泵送混凝土的砂率，一般选择为35%~42%，水胶比不宜大于0.50；严格控制混凝土的坍落度，在满足泵送要求的前提下，应尽量选择较低坍落度，以减小混凝土的收缩变形。
5.3 主要机具设备
5.3.1钢筋工程主要机具设备：切割机、调直机、弯曲机、砂轮切割机、钢筋钩子、钢筋刷子、撬棍、扳手、钢卷尺和钢筋连接机具设备等。
5.3.2模板工程主要机具设备：电锯、电刨、压刨、手锯、锤子、钢卷尺、电钻和直角尺等。
5.3.3混凝土工程主要机具设备：混凝土泵车、振捣器、料斗、3m串筒、铁锹、木抹子、铝合金杠尺和标尺杆等。
5.3.4其他设备：塔吊、激光经纬仪、水准仪、钢卷尺、电子测温仪和试验检测设备等。
6 施工质量控制要点
6.1钢筋工程质量控制
6.1.1钢筋加工的形状、尺寸应符合设计要求。
6.1.2钢筋安装时，受力钢筋的品种、级别、规格和数量必须符合设计要求。
6.1.3纵向受力钢筋的连接方式应符合设计要求。
6.1.4在施工现场按国家现行标准的规定抽取钢筋机械连接接头、焊接接头试件做力学性能检验，其质量应符合有关规程的规定。
6.1.5钢筋工程允许偏差符合表1要求。
表1钢筋工程允许偏差及检查方法表
6.2混凝土工程质量控制
6.2.1防辐射结构混凝土的强度等级必须符合设计要求。混凝土堆积密度不小于2500kg/m3。
6.2.2防辐射混凝土结构混凝土一次浇筑成型，混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间。
6.2.3混凝土浇筑完毕后，按施工技术方案及时采取养护措施。
6.2.4混凝土的外观质量不得有严重的缺陷，不宜有一般缺陷。
6.2.5混凝土表面无肉眼可见裂缝。
6.2.6混凝土允许偏差符合表2要求。
表2凝土工程允许偏差及检查方法表
6.3模板工程质量控制
6.3.1模板及其支架应具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能可靠地承受浇筑混凝土的重量、侧压力以及施工荷载。
6.3.2在涂刷模板隔离剂时，不得沾污钢筋和混凝土接槎处。
6.3.3现浇结构模板安装的偏差应符合表3要求。
表3模板工程允许偏差及检查方法表
6.3.4底模及其支架拆除时的混凝土强度应符合设计要求；当设计无具体要求时，混凝土强度应符合表4的规定。
表4底模拆除时的混凝土强度要求
6.3.5侧模拆除时的混凝土强度能保证其表面及棱角不受损伤。
7 结语
在本工程超厚墙、板防辐射混凝土结构施工中，采用了特殊的工艺做法，对具有屏蔽辐射功能的超厚墙体和超厚顶板混凝土进行了改进施工，从结构设计、混凝土原材料选择、混凝土的配合比优化、钢筋防辐射构造措施、模板设计、混凝土施工方法、混凝土养护、混凝土温度监测等方面进行分析、研究和应用。尤其是采用了超厚墙体不设置穿墙螺栓、钢筋拉钩等采用特殊构造做法、混凝土施工裂缝控制等措施，在保证施工质量的同时，满足了屏蔽辐射的要求，为投入使用后有效防止有害射线泄露从而保护医护人员的健康方面起到了重要作用。