閘站工程中泵室底板防護措施探討

盧林 支銘偉

近年來，我國對于閘站的新建或重建工程十分重視，主要是由于很多閘站因年久失修失去了其抗旱防洪、水生態保護及水量調蓄的重要作用，影響了當地的發展。在新建或重建中，底板防護是此類工程的重要環節。本文以江蘇省靖江市新小橋港閘站工程為例，通過闡述其工程的水文地質情況，分析其存在的問題及泵室底板防護的措施。

一、工程概述

新小橋港地處江蘇省靖江市，南起長江、北至橫港，通過橫港和通南地區主要引排河道鹽靖河相通，閘站工程位于新小橋港入江口。工程采用閘站結合方式，由節制閘和泵站組成。節制閘為單孔，閘孔凈寬5.0m，潛孔式；泵站3孔，單孔凈寬4.0m，堤身式；設計流量為20m3/s（雙向），配1400ZLB-125開敞式軸流泵3臺套。閘門均采用直升式平面鋼閘門，配卷揚式啟閉機。閘站工程圖見圖1所示。

新小橋港閘站的建設能夠充分發揮橫港的調度作用，與下六圩等其他通江河道及口門控制工程聯合運行，增加鹽靖河南段區域外排入江能力，提高沿江地區的防洪除澇標準，同時改善該區域內的水生態環境。

圖1 閘站工程效果圖

表1 各土層物理力學性能指標統計表

表2 腐蝕性評價表

表3 泵室穩定計算成果表

表3 泵室穩定計算成果表（接上）

二、工程地質

1.地形地貌

場地處于揚子地層東北部，地層發育較齊全，第四系以三角洲相沖積為主，屬長江三角洲流域，勘探揭示深度范圍內屬第四紀全新統。場地區附近無全新世活動斷裂構造，處于相對穩定的構造斷塊中。

2.地質土層情況

根據工程地質報告，自上而下的土層分為①～⑦層，各土層地層名稱、層底標高、工程性質、地基土允許承載力、物理試驗指標平均值和剪切試驗指標標準值見表1。

3.水文地質情況

該地區地下水與河水相互補充，岸上地下水主要為淺部孔隙潛水及弱承壓水，淺部孔隙潛水主要賦存于②層土中，弱承壓水賦存于③～⑥層土層中，承壓水對工程影響不大。地下水補給主要為大氣降水和地表徑流，排泄方式主要為自然蒸發。

在新小橋港取地表水、地下水2組進行水質分析試驗，根據測得水中CL-的含量來對鋼筋砼中鋼筋腐蝕性評價。具體腐蝕性評價見表2。

三、泵室底板存在的問題

1.泵站底板設計

泵站采用開敞式結構，站身垂直水流向長16.0m，順水流長28.0m，底板面高程為-2.80m，底板厚1.0m。

2.泵室穩定性計算

站身底板底高程為-3.80m，位于第③層粉土夾粉砂上，地基承載力標準值fk=110KPa，根據《泵站設計規范》，地基土與建筑物底板之間的凝聚力C0值取0，Φ0摩擦角取21.8°(0.85Φ)，經計算基底與地基土的綜合摩擦系數取0.40。滲透壓力計算采用改進阻力系數法。泵室穩定計算結果見表3。

由表3計算可知，在各工況下，泵室的抗滑安全系數、不均勻系數、抗浮安全系數、抗傾安全系數均滿足要求，只是泵室地基反力大于地基容許承載力，需進行基礎處理。

表4 泵室樁基計算成果匯總表

3.存在問題

受水文地質情況的影響泵室底板存在以下的問題：

（1）泵室地基承載力不足，不能滿足泵室穩定要求，易因不均勻沉降造成泵室底板損壞。

（2）泵室所在區域的地下水對鋼筋砼結構中的鋼筋具有微腐蝕性，可能會影響泵室底板結構耐久性。

（3）選擇什么樣的底板和基礎處理？

（4）底板的防護措施是什么？

四、底板防護措施

底板防護可從二個大的方向進行控制，一種是正向防護，從優化結構設計入手，提高泵室底板自身穩定性和砼耐久性，最大限度控制裂縫發生；另一種是反向防護，從加強各施工環節控制入手，確保不因施工方案、材料及工藝等因素造成不必要的裂縫。

1.正向防護措施

（1）采用樁基礎解決泵室穩定性問題

基礎處理采用的是樁基礎，樁型為PHC600AB管樁。樁的根數由單樁水平承載力和單樁垂直承載力共同確定，樁長根據所需垂直承載力要求計算確定，樁端應進入持力層，根據地基勘探報告，第④、⑥層粉細砂承載力標準值為15t/m2，可作樁基礎的持力層。

依據公式（1）、公式（2）、公式（3）和公式（4）分別計算出單樁水平承載力容許承載力、單樁垂直容許承載力、單樁水平反力和單樁垂直反力。具體計算結果詳見表4。

為及時掌握建設過程中建筑物的安全穩定，從2015年7月15日至2016年8月10日期間，對泵室先后79次進行了沉降觀測，累計沉降值最大10mm，累計沉降最小值8mm，滿足設計和規范要求。從測量觀測數據也證明樁基礎設置是合理的，起到了應有的防護目的。

泵室底板垂直水流向長16.0m，順水流長28.0m，底板面高程為-2.80m，底板厚1.0m，中墩厚1.0m，臨土側邊墩厚1.0m，臨閘室側邊墩厚1.0m，單孔流道凈寬4.0m，共三孔。底板砼標號為C30,配置上下兩層鋼筋網，底層順水流鋼筋網采用14HRB400@200,垂直水流采用20HRB400@100；面層順水流鋼筋網采用14HRB400@200,垂直水流采用20HRB400@200+14HRB400@200。底板鋼筋保護層厚度為50mm，面層鋼筋保護層厚度為40mm。

泵站結構計算采用河海大學SGR2.0軟件進行有限元分析計算。按《泵站設計規范》，沿垂直水流方向，分別截取進水側流道檢修門槽兩側單位寬度，按平面框架結構進行內力分析。泵站底板采用了管樁進行了處理，結構計算模型基礎采用多層地基模型計算，地基彈模采用復合地基的彈性模量，計算工況按泵站完建期、設計期、校核期、地震期、檢修期等工況進行計算，根據穩定計算的成果，取脫離體進行不平衡剪力分配計算，考慮邊荷載影響。

經分析計算，得出泵室底板結構控制配筋的彎矩標準值，見表5。

表5 泵室底板結構彎矩標準值

在求出彎距后，結合泵室底板配筋，對泵室底板進行裂縫開展寬度的驗算。下面以泵室底板底層為例驗算正截面裂縫寬度。

根據《水工混凝土結構設計規范》，鋼筋混凝土結構（二類環境）最大裂縫寬度限值為0.3mm（短期組合）和0.25mm（長期組合）。經計算，底板底層和面層的計算最大裂縫寬度分別為0.179和0.131，均未超限值。根據上述計算數據和工程實際情況，證明底板尺寸、砼強度和鋼筋配置是滿足要求的，對底板防護起到重要作用。

2.反向防護措施

（1）采用高性能砼及適當的添加劑提高底板砼耐久性

高性能砼具有高抗CL-滲透性,能從根本上提高了砼耐久性。CL-對構件的腐蝕速度受砼的抗滲性能影響,砼的抗滲性能又主要取決于砼的密實性,而對砼的密實性起控制作用的是水灰比和水泥用量,其中水灰比起主要作用。

缺鉬發生原因：強酸性紅壤柑橘園，鉬被土壤固定，有效鉬含量低。其次，土壤中磷不足時，鉬的吸收率降低，硫酸鹽肥料施用過多，鉬的吸收被抑制，容易發生缺鉬。

拌制的砼中50%以上的水都不參與與水泥的反應,將以游離狀態存在。它們揮發后在砼中留下空隙,這對砼的各種性能都是不利的。在砼中摻加適宜的高效減水劑后，不僅大幅度減少了用水量，降低了水泥用量，還能改善砼和易性，提高砼流動性能和密實性。

表6 正截面裂縫寬度控制驗算（底板底層）

表7 C30粉煤灰、減水劑雙摻砼設計配合比及砼抗壓強度檢驗結果

近年來大量研究及工程應用表明,粉煤灰中的C-SH凝膠能堵塞滲透通道,增強了砼的密實度,且會吸附氯化物于其中，提高了砼的抗氯離子滲透能力。

綜合以上因素，初步確定采用粉煤灰、減水劑雙摻砼的防腐抗滲方案。首先從原材料上進行選擇，水泥采用水化熱比較低的P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，粉煤灰選用F類Ⅰ級粉煤灰，粗骨料選用5～16mm、16～31.5mm兩級配碎石，細骨料選用細度模數為2.3～3.0江砂，外加劑選用FDN-C高效減水劑，水選用自來水。同時骨料中氯離子含量應小于0.03%，所有摻合料和外加劑中氯離子含量不大于水泥質量的0.02%。砼設計強度C30，泵送砼坍落度選用120～160mm。經過配合比設計和試驗室試配驗證，最終確認采用編號2的配合比方案具體數據見表7。

新小橋閘站泵室部分砼共完成18組抗壓試塊檢測，樣本均值36.79Mpa，最小值35.4Mpa，按Mfcu（36.79）≥fcu,k(30.0)+λ1(1.10)* Sfcu和fcu,min（35.4）≥λ2(0.90)*fcu,k(30.0)式對強度進行了評定，結果合格，證明砼配合比設計達到了預期目標，對底板防護起到了作用。

（2）采用定型鋼筋保護層墊塊提高保護層厚度控制質量

鋼筋具備足夠的保護層，不僅能使鋼筋與混凝土之間具有足夠的粘結力，同時還能利用砼材料呈堿性的特性保護鋼筋免受銹蝕。

往往在制作墊塊時，外形尺寸和厚度不規范，墊塊砼強度不統一或達不到設計強度要求，都使成型后的鋼筋砼質量難以達到設計要求的最佳受力狀態。為積極響應江蘇省水利廳《水利工程推廣應用定型生產鋼筋保護層混凝土墊塊指導意見》(蘇水科外〔2013〕5號)文件精神，新小橋港閘站工程均采用定型鋼筋保護層混凝土墊塊，保證了墊塊的尺寸以及自身強度,為鋼筋保護層厚度的控制奠定了基礎。

泵室底板砼澆筑完成14天后，項目部委托江蘇興水工程質量檢測有限公司對泵室底板進行保護層厚度檢測，按照《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204-2015及《混凝土中鋼筋檢測技術規程》JGJ/T152-2008對泵室底板閘室側、臨土側和底板面層各取3個點，共計9根鋼筋，允許偏差均在（+10mm，-7mm）之間，全部合格。證明采用定型鋼筋砼墊層控制保護層方案是合理有效的，對底板防護也起到了關鍵作用。

（3）加強施工各環節質量措施控制提高砼的抗滲、抗裂和抗侵蝕性能

鋼筋制安環節質量控制措施：嚴格按圖紙、規范操作，保證鋼筋各部分尺寸及精度。選擇符合要求的定型保護層墊塊，并認真、準確的安放。考慮到泵室底板1.0厚,為保證面層鋼筋在施工過程中不產生向下的撓度,影響鋼筋保護層厚度,采用Ф4cmδ3mm@1.5×1.5m的鋼管支撐,局部輔以架立鋼筋以增強鋼管的穩定性。

模板制安環節質量控制措施：模板設計時進行強度、剛度等演算，演算結果均滿足施工要求。泵室底板模板采用1200×900鋼模板,由于底板厚度較大,混凝土澆注時對模板產生較大側壓力,模板內側采用拉條加固,拉條采用組合式對拉止水螺桿；模板外側用20號槽鋼做圍檁加固,采用Ф48mm鋼管斜撐。

砼施工環節質量控制措施：按已經設計好的配合比嚴格控制砼用原材料質量，尤其是氯離子含量；加強砼拌制質量管控，嚴格按配比配制砼，確保每盤砼的各項性能指標符合要求；嚴格分層澆筑控制，厚度控制在40/30/30cm，由一邊退向另一邊、薄層澆搗澆筑方法澆筑；加強混凝土振搗，采用插入式振搗棒，按“快插慢拔”方式振搗，振搗要在下層混凝土初凝之前進行并插人下層5cm左右,振點間距30cm,距模板距離10cm；混凝土成型后及時養護，養護方法采用的是覆蓋灑水法養護，避免由于溫差過大而造成溫度裂縫。

五、結語

泵室的底板作為泵站建設的基礎工程，該工程質量必須要滿足相關規范標準的設計要求。在本工程中所采用的底板較厚且面積較大，地基承載力不足，同時地下水對砼中鋼筋又有微腐蝕性。因此，從上述措施中可以看出，要從正向和反向雙向著手，通過合理的結構設計和完備的施工手段完成對底板的防護。該工程已在2017年6月順利完成，經過了兩年多運行泵室底板狀況良好，未有不均勻沉降和超限裂縫的情況出現。