后浇带在句容河蓄水闸上的应用研究

杨 宇，贡锦炜，吴 雷，朱田康，冯淑琳

(1.镇江市工程勘测设计研究院有限公司，江苏 镇江 212000； 2.丹阳市水利局，江苏 丹阳 212300)

在经济飞速发展的时代，水利工程建设对钢筋混凝土结构的需求规模日趋增大，结构越发复杂，具有高强化特征的结构材料的涌现，使得超厚、超宽的大型建筑物逐步得以建设。在大型建筑设计时，应严格依据设计规范设置变形缝，便于释放由不均匀沉降、温度等因素变化造成的变形效应而引发的能量，进而避免建筑产生裂缝，影响结构的整体性和稳定性。为解决上述问题，需要在施工时适当保留临时性变形缝，即工程中的后浇带，其原理是“抗放兼施，先放后抗”。

1 水工结构中的后浇带

后浇带是设置在现浇大体积整体式钢混结构中，为了解决不同结构间由于差异沉降引起的变形、钢筋混凝土自身收缩变形与开裂以及混凝土的温度变化而产生的变形，在施工期间临时预留了一条很宽的缝，结构的其他部分混凝土浇筑完后，一定的时间内保留该缝，已浇筑好的混凝土结构在未受外荷的情况下得到充分自由变形，然后对该缝进行填充而成的混凝土带[1]。后浇带的设置使整个结构成为无缝的整体结构。

蓄水闸中后浇带的应用范围是闸室主体，包含底板和闸墩等在施工中的预留缝，待闸墩施工完毕，结构沉降变形基本趋于稳定时，再将混凝土施工缝补齐，结构由后浇带连成整体。既可以解决底板和闸墩的差异性沉降，同时又可以不必设置永久变形缝。

2 后浇带的类型

2.1 沉降后浇带

在同一基础之上的混凝土结构，由于上部荷载的差异，或者是处在不同基础上的同一结构，因其地基承载力的不同，均会使结构浇筑后地基出现较大的沉降差。如果将结构分成若干部分，让每一部分都发生自由沉降，再使用后浇带连接，设置后浇带可较好地解决由地基不均匀沉降引起的主体结构差异性沉降问题。另外，后浇带有时还可代替沉降缝，从而达到提高水下工程的防渗效果。

2.2 温度后浇带

大体积混凝土在凝结过程中会释放出大量水泥水化热，其热量使得浇筑结构内部的混凝土温度发生明显的升高。在温度上升期间，若外界温度突降或结构内部温度过高，其内部与表层形成较大温差时，就会使表层产生较大的拉应力，当拉应力大于混凝土极限拉应力时，会导致产生早期表层裂缝或进一步形成贯通性裂缝[2]。裂缝的出现会降低建筑物承载力，从而影响工程设施使用年限。温度后浇带的设置可较好地解决由大体积混凝土施工的温度应力而引起的问题。

2.3 伸缩后浇带

处于干燥环境下的混凝土，其内部水分散失或湿度降低时会引起体积缩小。在现浇钢筋混凝土结构中，因结构外部支座和内部钢筋约束存在，混凝土发生收缩时，其内部会产生约束拉应力。当约束拉应力大于混凝土的抗拉强度时，会导致混凝土结构发生开裂。为解决体积较大或跨度过长建筑物因混凝土收缩而出现的裂缝问题，可通过设置后浇带施工缝来解决，即伸缩后浇带。

3 工程背景

句容河蓄水闸地处江苏省句容市句容河之上，新闸选址位于原句容河橡胶坝位置，与句容河清淤和河岸绿化等工程一起构建句容城区“一河穿城”“水城交融”的水生态景观布局，形成绿水围绕、以水为魂，“蓝绿交织”的生态空间体系。

句容河蓄水闸组成部分包含上游连接段、闸室、下游消力池、防冲槽和海漫等部分。蓄水闸共三孔，对称布置，闸室孔口净宽14.2 m×3 m，总宽47.8 m，顺水流方向长度23.0 m，闸底板顶高程为5.20 m，厚度为2.1 m，上游侧闸墩顶高程17.0 m，下游侧高程16.0 m，中墩厚度1.2 m，边墩厚度1.2 m～1.4 m，闸底板采取后浇带措施后一跨整体布置。

闸址地基土可划分为3个工程地质层，自上而下依次为⑤号粉质黏土夹粉土层、⑦号粉质黏土夹碎石层和⑧号泥质粉砂岩。其中⑤号粉质黏土夹粉土层为中等压缩性、中等承载力土，工程力学性一般；⑦号粉质黏土夹碎石层为中低等压缩性、高承载力土，工程力学性质好。

SL 265—2016水闸设计规范[3]中4.2.13条规定:“土基上的闸室结构垂直水流向分段长度不宜超过35.0 m，当分段长度超过本条规定数值时，宜作技术论证”。实际工程设计和施工中，考虑到超长混凝土因结构过长而导致的不均匀沉降和裂缝，一般不宜直接采取一次浇筑成型的措施，而是划分多个段落浇筑，通过设置后浇带的方式来控制裂缝和减小差异沉降。以本工程为例，句容河蓄水闸总宽47.8 m，故采用在底板设置两道后浇带，将底板分为三个独立的部分。

4 后浇带的设计

4.1 后浇带设计

后浇带宽度通常取值为700 mm～1 000 mm，可根据结构的墙、板的厚度确定；后浇带采用的接缝形式有直缝、阶梯缝、槽口缝、X形缝等。本工程中蓄水闸后浇带采用的是槽口缝型式，其结构见图1。

后浇带一般布置于闸底板受力较小处，根据底板受力图，句容河蓄水闸的两道后浇带分别位于底板中心线两侧5.1 m处，详见图2。

4.2 后浇带中的混凝土及浇筑

蓄水闸主体结构采用C30钢筋混凝土，后浇带混凝土强度等级应略高于主体结构，故采用C35混凝土。一般地，确定后浇带混凝土浇筑的时间应当根据后浇带的类型、先浇混凝土变形完成时间、水泥种类、水灰比等几个方面综合而定，在浇筑混凝土后的30 d～60 d内完成。句容河蓄水闸工程后浇带在两岸建筑物及上部结构完成，墙后填土至高程10.0 m，且时间不低于30 d时方可实施，此时南、北两块底板的沉降量已达到最终沉降量的60%～80%范围内，再施工后浇带，剩余的20%～40%的沉降量可由底板和后浇带组成的整体结构共同承担。

后浇带施工前，先将两侧底板混凝土侧表面上的浮浆铲除，并凿刻成毛面状态，彻底清除两块底板之间的杂物，经过不低于24 h的浇水润湿，铺一层与底板混凝土配合比相同的砂浆，以满足后浇带混凝土与先浇筑混凝土之间具有良好的连接；后浇带混凝土限制膨胀率2×10-4～5×10-4，自应力值0.2 MPa～0.7 MPa；混凝土配合比及微膨胀剂掺量须经试验确定，水泥采用不低于P.O52.5级水泥，为保证搅拌均匀，须将混凝土搅拌时间较普通混凝土略延长，混凝土浇捣完毕后，在12 h内做好覆盖和浇水工作。混凝土进行浇水养护不宜低于14 d，不得在日平均气温低于5 ℃时浇水，必要时应采取保温措施，待拆除混凝土模板后，对混凝土表面加覆盖，避免阳光直晒或低温侵袭。

4.3 后浇带中的钢筋

闸底板处后浇带部位的钢筋应连续而不宜断开，配置的钢筋应当能使底板结构承担得起上部结构已产生的先期沉降和后期差异沉降产生的内力。前期底板混凝土浇筑后，需要待混凝土养护完成并沉降稳定，才能对后浇带进行施工，这之间需要间隔较长时间，因此需要对后浇带中的预留钢筋做防锈和除锈处理，以免影响钢筋性能。可采用的钢筋防腐蚀的方法主要有水泥基层涂法、环氧树脂涂层法、涂防锈水法、混凝土包裹法等；可采用的除锈方法主要有加入钢筋阻锈剂的水泥浆或混凝土进行修复、用敦化砂浆或混凝土修复、全树脂材料修补和电化学防护法等。

5 后浇带的设置效果分析

句容河蓄水闸基底土层厚度0 m～4.32 m，土层厚度由北岸向南岸递增。北岸基底为基岩，土层厚度0 m；南岸基底分别为3.02 m厚的⑤号粉质黏土夹粉土层和1.30 m厚的⑦号粉质黏土夹碎石层。由于闸底板两岸坐落土层的厚度相差4.32 m，为防止闸室两岸沉降差过大，设计中采用两条后浇带将底板分三块浇筑，首先浇筑南、北两岸的底板，待两侧底板沉降完成后再浇筑中间底板。

5.1 地基沉降计算

成层地基最终沉降量计算可采用分层总和法，如下式：

其中,S∞为成层地基最终沉降量，mm；n为计算深度范围内的地基压缩层土层数；e1i为在平均自重应力作用下，由压缩曲线查得的第i层土的相应孔隙比；e2i为在平均自重应力加平均附加应力作用下，由压缩曲线查得的第i层土的相应孔隙比；hi为基底以下第i层土的厚度，mm；mi为地基沉降量修正系数，可采用1.0～1.6。

经上式计算可得，南岸地基最终沉降量为19.2 mm，北岸地基最终沉降量为5.5 mm，南、北岸沉降差为13.7 mm。

5.2 地基沉降监测

工程建设期间，蓄水闸在完成闸墩的施工后开始对闸室沉降进行监测，直至工程竣工验收为止，一共监测321 d。根据监测资料,如图3所示，闸室沉降已基本完成，监测期间，北岸底板累计沉降量7 mm，南岸底板累计沉降量16 mm，南、北岸累计沉降差为9 mm。

5.3 后浇带的设置效果分析

根据检测结果分析可知：句容河蓄水闸地基最终沉降量的计算值和监测值均小于2 cm，南、北岸沉降差小于1.5 cm，满足规范中“天然土质地基 上水闸地基最大沉降量不宜超过15 cm，相邻部位的最大沉降差不宜超过5 cm”的要求，同时实际监测沉降量与计算值较为接近，由此可以推断出句容河蓄水闸后浇带的设计和设置较为合理，能够达到解决地基不均匀沉降的目的。

6 结语

通过后期的持续监测，句容河蓄水闸建成运行3年以来，未发现有明显的沉降、变形、裂缝等情况，说明该项目中后浇带的设置对于减小结构差异沉降以及其产生的裂缝效果较为明显。结合本项目的解决思路，从项目的整体和规范角度考虑，后浇带的设置要能够有效地减少整体结构收缩应力和不均匀沉降，具体设置位置要结合各个工程的具体情况而定。采用后浇带施工技术能够较好地保证工程结构的完整性，使建筑物设施在稳定性、耐久性及抗拉、承载等方面性能有所改善，更好地满足设计要求，减少施工过程中的一些不利因素产生的影响。