沉管隧道底钢板空鼓的原因及对策

2010-07-16李云涛陈霞

隧道建设(中英文) 2010年3期

李云涛,陈霞

(1.中铁隧道股份有限公司,郑州450003;2.聊城大学建筑工程学院,山东聊城 250029)

0 引言

随着水下隧道的发展,沉管隧道已越来越多地被应用在穿越江河的水下工程领域。鉴于沉管隧道处于地下水极为丰富的地层中,其外防水层的选用及施作质量显得尤为重要[1]。广州市生物岛—大学城沉管隧道管段主体结构采用了外包底钢板作为防水层,底钢板采用锚筋与结构底板连接成一体的底板防水结构。底钢板与混凝土局部脱空形成空鼓,为管段的防水埋下了隐患。而前人对此方面的研究与学习比较少;因此,本文将以广州市生物岛—大学城沉管隧道底钢板出现空鼓的工程为例,阐述其成因及处理方法,为类似工程的施工提供一定的参考。

1 工程概况

广州市生物岛—大学城沉管隧道管段主体结构为矩形框架结构,高8.7m,宽23m。本沉管隧道横穿官洲河底,分为3节预制,总长214m。管段底板采用6 mm厚预埋底钢板外包防水,侧墙、顶板表面涂刷2.5 mm厚柔性聚氨酯防水涂料防水。防水底钢板由6 000mm×1 051mm×6 mm Q235-B钢板拼焊而成,沿管段底部整体布设,并伸入侧墙1.65m。底钢板上以400mm×400mm的间距布置 φ12锚筋与结构底板连接成一体。底钢板焊接采用E43型焊条,锚筋采用HRB335钢筋,锚筋焊接采用E50型焊条。底钢板加工长度随底板浇注长度确定,分段施工。底钢板设计如图1所示。

2 空鼓原因分析

在广州市生物岛—大学城沉管隧道管段预制施工中,结构混凝土收缩完成、性能稳定后,底钢板伸入侧墙部分出现多处脱空现象,空鼓面积一般为0.2～0.3m2。结合设计及施工过程情况分析,产生空鼓的原因[2]主要有以下几个方面。

图1 预埋底钢板横断面图(单位:mm)Fig.1 Cross-section of steel bottom plate(mm)

1)底钢板锚筋连接不牢。设计锚筋与底钢板的连接采用点接触,要求锚筋与底钢板沿钢筋端头接触面围焊1圈,高8mm,锚筋与底钢板焊接设计如图2所示。焊接过程中,由于底钢板薄、锚筋直径小,底钢板极易被焊穿,破坏了构件的本身性能,且焊接高度不易达到设计要求。锚筋与底钢板连接质量会影响到底钢板与底板混凝土的锚固效果,局部锚固失效,为形成空鼓提供了条件。

图2 锚筋与底钢板连接示意图(单位:mm)Fig.2 Sketch of connection between anchoring rod and steel bottom plate(mm)

2)底板混凝土振捣不密实。广州市生物岛—大学城沉管段主体结构多采用 φ28以上的钢筋,主筋间距100mm,分布筋间距150mm。结构钢筋直径大、净间距小,致使混凝土浇注时振捣棒插入困难;底板厚度为1 150 mm,倒角部位厚达1 650 mm,矮侧墙高400 mm,一次浇注高度可达2 050mm,导致局部混凝土振捣不密实,从而使混凝土内、底钢板与混凝土间残余空气。随着混凝土浇注量的增大,水泥水化所产生的热量会越来越大,内部残余空气由于温度升高而急剧膨胀。底板被底钢板外包为封闭体系,内部残余空气在无路可走的情况下只能将压力作用在侧墙底钢板上。锚筋与底钢板的连接抵挡不住底钢板内部空气热膨胀所产生的压力,从而导致底钢板与锚筋、混凝土被顶压分离;另外钢板弹性模量为2.1×105N/mm2,管段C35混凝土弹性模量[3]为3.15×104N/mm2,比混凝土弹性模量高10多倍,两者受热变形不同步,从而形成空鼓。

3 空鼓的危害

底钢板空鼓会对结构主体造成如下影响:

1)空鼓处钢筋保护层厚度不足,影响结构的耐久使用;

2)空鼓处底钢板与结构不能紧密贴合,其热胀冷缩会反复作用于与其接触的混凝土表面,造成混凝土表面拉裂,严重时可能使裂纹发展至钢筋表面;

3)空鼓处会由于钢板边缘与混凝土交界处出现裂隙、钢板焊缝缺陷等原因与外界贯通,这样底钢板防水失效,水就会渗入空鼓处,埋下钢筋被腐蚀的隐患。

4 措施改良

4.1 改变锚筋与底钢板连接方式

在后期施工中,改变了锚筋与底钢板的连接方式。锚筋两端均弯曲60mm,与底钢板的点连接改为双面满焊,并使用圆型小锤敲击消除中间焊层应力[4]。焊接时采用小径焊条,电流大小调节适当。严格控制焊接质量,侧墙部位更应加强控制。锚筋焊接应按设计布局进行,且不得与底板主筋接触,以免形成漏水通道,影响管段自防水质量。锚筋与底钢板焊接示意如图3所示。

图3 锚筋与底钢板连接改善示意图(单位:mm)Fig.3 Sketch of optimized connection between anchoringrod and steel bottom plate(mm)

4.2 底钢板焊接平整及分段加工

底钢板的平整度对底板的成型也有一定的影响。因钢板只有6mm厚,焊接时产生的大量热量极易导致钢板变形。用400mm×4 000 mm底面平整的钢压块将钢板对接缝压紧,采用跳焊方式进行拼焊以避免局部加热集中,有效地将底钢板的平整度控制在了设计要求之内。

在施作底板钢筋前,浇注段底板底部预埋钢板一次性加工完毕,侧墙部位底钢板每12m左右为1段进行分段加工,待混凝土浇注完毕,拼接焊缝,拼焊缝处预埋注浆铝管以便后期进行压力注浆处理。

4.3 创造振捣条件,加强振捣控制

底板倒角尺寸为500mm×1 500mm,规格较大,混凝土堆积较厚。商品混凝土坍落度控制为(120±20)mm,完全可以依靠混凝土的自稳力成型。不施作模板,不但可以方便振捣,而且可以加强混凝土的散热及养护效果。混凝土浇注应尽量选取有大体积混凝土浇注经验的队伍进行。浇注前,必须对施工操作人员进行培训,让其明确振捣的重要性及操作要点。浇注时,正确使用振捣棒,分段、分层浇注。对间隙较小的地方,可辅以小振捣棒进行振捣;预埋件加强钢筋较多,宜采用细石混凝土进行浇注;分层厚度不应过大,以300～500mm为宜,分段长度按现场工人振捣速度进行控制[5-6]。