后浇带技术在水闸底板中的应用研究

2011-04-03余玉龙程功文

浙江水利科技 2011年2期

余玉龙,程功文

(温州市水利电力勘测设计院,浙江温州 325011)

1 工程概况

1.1 水闸概况

某水闸位于鳌江下游右岸,为桥墩灌区下游重要的水闸之一,因老水闸报废需新建水闸。新建水闸20 a一遇设计流量为285 m3/s,为中型水闸。该水闸闸底高程为-0.85 m,设5孔,每孔净宽6 m,总净宽30 m;闸中墩厚1.6 m,边墩厚1.2 m;闸墩顶高程5.7 m,闸室上游设交通桥1座,宽5m,下游设工作桥1座,主闸槽上下游均设1道检修门槽,主闸门采用滚轮式平板钢闸门,检修闸门采用分节钢闸门,交通桥、工作桥桥面高程为5.7 m。闸底板顺水流向长度16 m,垂直水流向宽度为42.11 m,采用1.2 m厚钢筋混凝土结构。上部启闭机室为满足功能要求,常规建筑。

1.2 闸址地质评价

工程区域主要为平原河段,河道两侧地势低洼,地形平坦,场址处地形平坦,地貌单元属海相冲海积平原,场址地基土可划分为5个工程地质层 (其中①、②层又分为2个亚层),自上而下依次为:①-1淤泥质粉质黏土、①-2粉质黏土、②-1淤泥、②-2淤泥、③淤泥质粉质黏土、④含砾淤泥质粉质黏土、⑤淤泥质粉质黏土。其中以淤泥层埋藏厚度最大,该层为静水或缓慢水流环境生态化学作用而成,具高含水率、高孔隙比、高灵敏度、高压缩性、低抗剪强度等特性,土性极差,属极软土层。故水闸基础采用混凝土灌注桩基础处理。

1.3 应用研究课题

根据《水工混凝土结构设计规范》 (SL 191—2008)第9.1.3节[1]可知,伸缩缝的间距可根据当地的气候条件、结构型式、施工程序、温度控制措施和地基特性等情况按表9.1.3采用。根据表9.1.3可知,钢筋混凝土结构的水闸底板在露天情况下其结构伸缩缝最大间距为35 m。根据《水闸设计规范》 (SL 265—2001)第 4.2.11节[2]可知,闸室结构顺水流向永久缝的缝距应根据闸室地基条件和结构构造特点,结合考虑采用的施工方法和措施确定。……土基上分段长度不宜超过35 m。……当分段长度超过本条规定数值时,宜作技术论证。

该工程水闸底板长度为42.11 m,超过该项规定。同时上述《水工混凝土结构设计规范》(SL 191—2008)第9.1.3节规定和《水闸设计规范》 (SL 265—2001)第4.2.11节规定,经温度作用计算、沉降计算或采用其它可靠技术措施后,伸缩缝间距可不受表9.1.3的限制。

2 设计方案研究

在宽水闸底板设计中,常规方案是通过闸中设置缝墩,闸边侧设置空箱减荷的方案以控制分缝宽度,而本次采用后浇带处理方案[3-4],不另行设置沉降缝。具体比较如下:

2.1 方案简介

2.1.1 常规分缝+空箱方案(方案1)

经计算分析,本方案将通过设置缝墩将闸室分成3跨,分别为中孔1跨,边上2孔各为1跨;同时闸室两侧设置空箱结构,减少侧向土荷载影响,其中中孔最大地基应力为7.88 t/m2(设计工况,下同),边孔为9.83 t/m2。结合上述,闸室与空箱总宽度为54 m(见图1)。

图1 常规分缝+空箱方案图单位:mm

2.1.2 后浇带处理方案(方案2)

经计算分析,本方案主要在中孔闸底板布置1道1 m宽的混凝土后浇带,并通过后期施工技术处理将闸室形成整体接头,全段不设缝,其闸底最大地基应力为6.55 t/m2(均小于常规分缝+空箱方案中孔或边孔应力)。综合上述,闸室与两侧底板总宽度为42.11 m(见图2)。

图2 后浇带处理方案图单位:mm

2.2 方案初选比较分析

2个方案就混凝土、钢筋及桩基础处理方面进行可行性分析,不计入开挖回填内容,首先比较经济性(见表1)。

表1 2个方案初步经济性比较表

再次比较结构及施工内容,常规分缝+空箱方案为避免不均匀沉降,采用闸底板、中墩分缝形式,缝间需设止水,其特点为施工工序多,工艺相对复杂、闸室整体结构性不强、基底应力大;而后浇带处理方案浇筑闸室时,闸底板预留1 m宽后浇带,先行浇筑其余底板及闸墩等,其特点为施工方便,闸室刚度大、整体结构好、基底应力小、同时可避免由于出现不均匀沉降产生裂缝和温度收缩缝。

最后,根据上述初步比较分析,在其它技术均可行的前提下,后浇带处理方案具有闸室刚度大、整体结构性强、开挖范围较小、闸底地基应力小、基础处理简单、止水处理相对简单且投资造价较省,故推荐采用后浇带处理方案。

3 后浇带技术简介

3.1 概念

后浇带是在建筑施工中为防止现浇钢筋混凝土结构由于温度收缩不均可能产生的有害裂缝,按照设计或施工规范要求,在基础底板、墙、梁相应位置留设临时施工缝,将结构暂时划分为若干部分,经过构件内部收缩,在若干时间后再浇捣该施工缝混凝土,将结构连成整体。

3.2 作用

(1)解决沉降差。大面积结构及基础设计成整体,但在施工时用后浇带把2部分暂时断开,待主体结构施工完毕,已完成大部分沉降量 (50%以上)以后再浇灌连接部分的混凝土,将高低层连成整体。

(2)减小温度收缩影响。新浇混凝土在硬结过程中会收缩,已建成的结构受热要膨胀,受冷则收缩。混凝土硬结收缩的大部分将在施工后的前1～2个月完成,而温度变化对结构的作用则是经常的。当其变形受到约束时,在结构内部就产生温度应力,严重时就会在构件中出现裂缝。

4 后浇带构造设计

此次后浇带为多边凹形断面,顶宽1.0 m,中宽1.2 m,两侧通长4 mm×300 mm钢板止水带,后浇带中上下层均铺设 Φ 25@150 mm与两侧闸底板锚固,在纵筋弯折处各附加1Φ 25加强。水闸底板下增设0.6 m厚止水处理,底层铺设复合土工膜1道,中间分缝处采用2层油毛毡分隔和1.5 mm厚紫铜片止水,同时由止水橡胶嵌缝,混凝土中布置Φ 16@200 mm与底板锚固 (见图3)。

图3 基础底板后浇带构造设计图单位:mm

5 后浇带施工技术要求

(1)后浇带应在其两侧混凝土龄期不小于60 d及闸室上部结构基本完成,并充分结合沉降观测资料综合分析后再施工。

(2)在封闭后浇带之前,在后浇带附近不应堆放材料,并做好两侧的临时防护。

(3)后浇带混凝土浇筑前应对钢筋表面颗粒状或片状老锈进行除锈处理。若有钢筋被踩弯或压弯现象,在混凝土浇筑前应及时进行矫正。

(4)严格控制模板支撑体系。在后浇带混凝土浇筑前,施工期间本跨内的模板和支撑不能拆除,待后浇带混凝土强度达到设计强度后,按由上向下顺序拆除。

(5)严格控制两侧接缝收口。严格控制混凝土浇筑,浇筑前应清理干净后浇带中杂物,将两侧混凝土的松散石子凿除,表面清洗干净,保持湿润,并刷水泥浆,且浇筑时的温度尽量低于两侧混凝土浇筑时的温度;振捣时间适当延长,待1～2 h后再抹平压光数遍;在后浇带混凝土初凝后,应及时进行养护,养护期间应保持混凝土表面湿润,其养护时间不得少于28 d。

(6)严格按照后浇带相关施工控制要求执行,其混凝土中掺入微膨胀剂UEA,掺量为12%～15%(具体掺量由实验确定),要求混凝土膨胀率达到0.04%,混凝土强度提高5 MPa。

(7)设置后浇带跨的上部结构跳仓施工,先施工两侧,后施工中间跨,时间间隔不小于2个月[5]。