楊 宇，貢錦煒，吳 雷，朱田康，馮淑琳

(1.鎮(zhèn)江市工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000； 2.丹陽(yáng)市水利局，江蘇 丹陽(yáng) 212300)

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的時(shí)代，水利工程建設(shè)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的需求規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，具有高強(qiáng)化特征的結(jié)構(gòu)材料的涌現(xiàn)，使得超厚、超寬的大型建筑物逐步得以建設(shè)。在大型建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)置變形縫，便于釋放由不均勻沉降、溫度等因素變化造成的變形效應(yīng)而引發(fā)的能量，進(jìn)而避免建筑產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。為解決上述問題，需要在施工時(shí)適當(dāng)保留臨時(shí)性變形縫，即工程中的后澆帶，其原理是“抗放兼施，先放后抗”。

1 水工結(jié)構(gòu)中的后澆帶

后澆帶是設(shè)置在現(xiàn)澆大體積整體式鋼混結(jié)構(gòu)中，為了解決不同結(jié)構(gòu)間由于差異沉降引起的變形、鋼筋混凝土自身收縮變形與開裂以及混凝土的溫度變化而產(chǎn)生的變形，在施工期間臨時(shí)預(yù)留了一條很寬的縫，結(jié)構(gòu)的其他部分混凝土澆筑完后，一定的時(shí)間內(nèi)保留該縫，已澆筑好的混凝土結(jié)構(gòu)在未受外荷的情況下得到充分自由變形，然后對(duì)該縫進(jìn)行填充而成的混凝土帶[1]。后澆帶的設(shè)置使整個(gè)結(jié)構(gòu)成為無縫的整體結(jié)構(gòu)。

蓄水閘中后澆帶的應(yīng)用范圍是閘室主體，包含底板和閘墩等在施工中的預(yù)留縫，待閘墩施工完畢，結(jié)構(gòu)沉降變形基本趨于穩(wěn)定時(shí)，再將混凝土施工縫補(bǔ)齊，結(jié)構(gòu)由后澆帶連成整體。既可以解決底板和閘墩的差異性沉降，同時(shí)又可以不必設(shè)置永久變形縫。

2 后澆帶的類型

2.1 沉降后澆帶

在同一基礎(chǔ)之上的混凝土結(jié)構(gòu)，由于上部荷載的差異，或者是處在不同基礎(chǔ)上的同一結(jié)構(gòu)，因其地基承載力的不同，均會(huì)使結(jié)構(gòu)澆筑后地基出現(xiàn)較大的沉降差。如果將結(jié)構(gòu)分成若干部分，讓每一部分都發(fā)生自由沉降，再使用后澆帶連接，設(shè)置后澆帶可較好地解決由地基不均勻沉降引起的主體結(jié)構(gòu)差異性沉降問題。另外，后澆帶有時(shí)還可代替沉降縫，從而達(dá)到提高水下工程的防滲效果。

2.2 溫度后澆帶

大體積混凝土在凝結(jié)過程中會(huì)釋放出大量水泥水化熱，其熱量使得澆筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的混凝土溫度發(fā)生明顯的升高。在溫度上升期間，若外界溫度突降或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度過高，其內(nèi)部與表層形成較大溫差時(shí)，就會(huì)使表層產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土極限拉應(yīng)力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生早期表層裂縫或進(jìn)一步形成貫通性裂縫[2]。裂縫的出現(xiàn)會(huì)降低建筑物承載力，從而影響工程設(shè)施使用年限。溫度后澆帶的設(shè)置可較好地解決由大體積混凝土施工的溫度應(yīng)力而引起的問題。

2.3 伸縮后澆帶

處于干燥環(huán)境下的混凝土，其內(nèi)部水分散失或濕度降低時(shí)會(huì)引起體積縮小。在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，因結(jié)構(gòu)外部支座和內(nèi)部鋼筋約束存在，混凝土發(fā)生收縮時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生約束拉應(yīng)力。當(dāng)約束拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂。為解決體積較大或跨度過長(zhǎng)建筑物因混凝土收縮而出現(xiàn)的裂縫問題，可通過設(shè)置后澆帶施工縫來解決，即伸縮后澆帶。

3 工程背景

句容河蓄水閘地處江蘇省句容市句容河之上，新閘選址位于原句容河橡膠壩位置，與句容河清淤和河岸綠化等工程一起構(gòu)建句容城區(qū)“一河穿城”“水城交融”的水生態(tài)景觀布局，形成綠水圍繞、以水為魂，“藍(lán)綠交織”的生態(tài)空間體系。

句容河蓄水閘組成部分包含上游連接段、閘室、下游消力池、防沖槽和海漫等部分。蓄水閘共三孔，對(duì)稱布置，閘室孔口凈寬14.2 m×3 m，總寬47.8 m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度23.0 m，閘底板頂高程為5.20 m，厚度為2.1 m，上游側(cè)閘墩頂高程17.0 m，下游側(cè)高程16.0 m，中墩厚度1.2 m，邊墩厚度1.2 m～1.4 m，閘底板采取后澆帶措施后一跨整體布置。

閘址地基土可劃分為3個(gè)工程地質(zhì)層，自上而下依次為⑤號(hào)粉質(zhì)黏土夾粉土層、⑦號(hào)粉質(zhì)黏土夾碎石層和⑧號(hào)泥質(zhì)粉砂巖。其中⑤號(hào)粉質(zhì)黏土夾粉土層為中等壓縮性、中等承載力土，工程力學(xué)性一般；⑦號(hào)粉質(zhì)黏土夾碎石層為中低等壓縮性、高承載力土，工程力學(xué)性質(zhì)好。

SL 265—2016水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[3]中4.2.13條規(guī)定:“土基上的閘室結(jié)構(gòu)垂直水流向分段長(zhǎng)度不宜超過35.0 m，當(dāng)分段長(zhǎng)度超過本條規(guī)定數(shù)值時(shí)，宜作技術(shù)論證”。實(shí)際工程設(shè)計(jì)和施工中，考慮到超長(zhǎng)混凝土因結(jié)構(gòu)過長(zhǎng)而導(dǎo)致的不均勻沉降和裂縫，一般不宜直接采取一次澆筑成型的措施，而是劃分多個(gè)段落澆筑，通過設(shè)置后澆帶的方式來控制裂縫和減小差異沉降。以本工程為例，句容河蓄水閘總寬47.8 m，故采用在底板設(shè)置兩道后澆帶，將底板分為三個(gè)獨(dú)立的部分。

4 后澆帶的設(shè)計(jì)

4.1 后澆帶設(shè)計(jì)

后澆帶寬度通常取值為700 mm～1 000 mm，可根據(jù)結(jié)構(gòu)的墻、板的厚度確定；后澆帶采用的接縫形式有直縫、階梯縫、槽口縫、X形縫等。本工程中蓄水閘后澆帶采用的是槽口縫型式，其結(jié)構(gòu)見圖1。

后澆帶一般布置于閘底板受力較小處，根據(jù)底板受力圖，句容河蓄水閘的兩道后澆帶分別位于底板中心線兩側(cè)5.1 m處，詳見圖2。

4.2 后澆帶中的混凝土及澆筑

蓄水閘主體結(jié)構(gòu)采用C30鋼筋混凝土，后澆帶混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)略高于主體結(jié)構(gòu)，故采用C35混凝土。一般地，確定后澆帶混凝土澆筑的時(shí)間應(yīng)當(dāng)根據(jù)后澆帶的類型、先澆混凝土變形完成時(shí)間、水泥種類、水灰比等幾個(gè)方面綜合而定，在澆筑混凝土后的30 d～60 d內(nèi)完成。句容河蓄水閘工程后澆帶在兩岸建筑物及上部結(jié)構(gòu)完成，墻后填土至高程10.0 m，且時(shí)間不低于30 d時(shí)方可實(shí)施，此時(shí)南、北兩塊底板的沉降量已達(dá)到最終沉降量的60%～80%范圍內(nèi)，再施工后澆帶，剩余的20%～40%的沉降量可由底板和后澆帶組成的整體結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)。

后澆帶施工前，先將兩側(cè)底板混凝土側(cè)表面上的浮漿鏟除，并鑿刻成毛面狀態(tài)，徹底清除兩塊底板之間的雜物，經(jīng)過不低于24 h的澆水潤(rùn)濕，鋪一層與底板混凝土配合比相同的砂漿，以滿足后澆帶混凝土與先澆筑混凝土之間具有良好的連接；后澆帶混凝土限制膨脹率2×10-4～5×10-4，自應(yīng)力值0.2 MPa～0.7 MPa；混凝土配合比及微膨脹劑摻量須經(jīng)試驗(yàn)確定，水泥采用不低于P.O52.5級(jí)水泥，為保證攪拌均勻，須將混凝土攪拌時(shí)間較普通混凝土略延長(zhǎng)，混凝土澆搗完畢后，在12 h內(nèi)做好覆蓋和澆水工作?；炷吝M(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)不宜低于14 d，不得在日平均氣溫低于5 ℃時(shí)澆水，必要時(shí)應(yīng)采取保溫措施，待拆除混凝土模板后，對(duì)混凝土表面加覆蓋，避免陽(yáng)光直曬或低溫侵襲。

4.3 后澆帶中的鋼筋

閘底板處后澆帶部位的鋼筋應(yīng)連續(xù)而不宜斷開，配置的鋼筋應(yīng)當(dāng)能使底板結(jié)構(gòu)承擔(dān)得起上部結(jié)構(gòu)已產(chǎn)生的先期沉降和后期差異沉降產(chǎn)生的內(nèi)力。前期底板混凝土澆筑后，需要待混凝土養(yǎng)護(hù)完成并沉降穩(wěn)定，才能對(duì)后澆帶進(jìn)行施工，這之間需要間隔較長(zhǎng)時(shí)間，因此需要對(duì)后澆帶中的預(yù)留鋼筋做防銹和除銹處理，以免影響鋼筋性能。可采用的鋼筋防腐蝕的方法主要有水泥基層涂法、環(huán)氧樹脂涂層法、涂防銹水法、混凝土包裹法等；可采用的除銹方法主要有加入鋼筋阻銹劑的水泥漿或混凝土進(jìn)行修復(fù)、用敦化砂漿或混凝土修復(fù)、全樹脂材料修補(bǔ)和電化學(xué)防護(hù)法等。

5 后澆帶的設(shè)置效果分析

句容河蓄水閘基底土層厚度0 m～4.32 m，土層厚度由北岸向南岸遞增。北岸基底為基巖，土層厚度0 m；南岸基底分別為3.02 m厚的⑤號(hào)粉質(zhì)黏土夾粉土層和1.30 m厚的⑦號(hào)粉質(zhì)黏土夾碎石層。由于閘底板兩岸坐落土層的厚度相差4.32 m，為防止閘室兩岸沉降差過大，設(shè)計(jì)中采用兩條后澆帶將底板分三塊澆筑，首先澆筑南、北兩岸的底板，待兩側(cè)底板沉降完成后再澆筑中間底板。

5.1 地基沉降計(jì)算

成層地基最終沉降量計(jì)算可采用分層總和法，如下式：

其中,S∞為成層地基最終沉降量，mm；n為計(jì)算深度范圍內(nèi)的地基壓縮層土層數(shù)；e1i為在平均自重應(yīng)力作用下，由壓縮曲線查得的第i層土的相應(yīng)孔隙比；e2i為在平均自重應(yīng)力加平均附加應(yīng)力作用下，由壓縮曲線查得的第i層土的相應(yīng)孔隙比；hi為基底以下第i層土的厚度，mm；mi為地基沉降量修正系數(shù)，可采用1.0～1.6。

經(jīng)上式計(jì)算可得，南岸地基最終沉降量為19.2 mm，北岸地基最終沉降量為5.5 mm，南、北岸沉降差為13.7 mm。

5.2 地基沉降監(jiān)測(cè)

工程建設(shè)期間，蓄水閘在完成閘墩的施工后開始對(duì)閘室沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直至工程竣工驗(yàn)收為止，一共監(jiān)測(cè)321 d。根據(jù)監(jiān)測(cè)資料,如圖3所示，閘室沉降已基本完成，監(jiān)測(cè)期間，北岸底板累計(jì)沉降量7 mm，南岸底板累計(jì)沉降量16 mm，南、北岸累計(jì)沉降差為9 mm。

5.3 后澆帶的設(shè)置效果分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析可知：句容河蓄水閘地基最終沉降量的計(jì)算值和監(jiān)測(cè)值均小于2 cm，南、北岸沉降差小于1.5 cm，滿足規(guī)范中“天然土質(zhì)地基 上水閘地基最大沉降量不宜超過15 cm，相鄰部位的最大沉降差不宜超過5 cm”的要求，同時(shí)實(shí)際監(jiān)測(cè)沉降量與計(jì)算值較為接近，由此可以推斷出句容河蓄水閘后澆帶的設(shè)計(jì)和設(shè)置較為合理，能夠達(dá)到解決地基不均勻沉降的目的。

6 結(jié)語

通過后期的持續(xù)監(jiān)測(cè)，句容河蓄水閘建成運(yùn)行3年以來，未發(fā)現(xiàn)有明顯的沉降、變形、裂縫等情況，說明該項(xiàng)目中后澆帶的設(shè)置對(duì)于減小結(jié)構(gòu)差異沉降以及其產(chǎn)生的裂縫效果較為明顯。結(jié)合本項(xiàng)目的解決思路，從項(xiàng)目的整體和規(guī)范角度考慮，后澆帶的設(shè)置要能夠有效地減少整體結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力和不均勻沉降，具體設(shè)置位置要結(jié)合各個(gè)工程的具體情況而定。采用后澆帶施工技術(shù)能夠較好地保證工程結(jié)構(gòu)的完整性，使建筑物設(shè)施在穩(wěn)定性、耐久性及抗拉、承載等方面性能有所改善，更好地滿足設(shè)計(jì)要求，減少施工過程中的一些不利因素產(chǎn)生的影響。