后澆帶在句容河蓄水閘上的應用研究

楊 宇，貢錦煒，吳 雷，朱田康，馮淑琳

(1.鎮江市工程勘測設計研究院有限公司，江蘇 鎮江 212000； 2.丹陽市水利局，江蘇 丹陽 212300)

在經濟飛速發展的時代，水利工程建設對鋼筋混凝土結構的需求規模日趨增大，結構越發復雜，具有高強化特征的結構材料的涌現，使得超厚、超寬的大型建筑物逐步得以建設。在大型建筑設計時，應嚴格依據設計規范設置變形縫，便于釋放由不均勻沉降、溫度等因素變化造成的變形效應而引發的能量，進而避免建筑產生裂縫，影響結構的整體性和穩定性。為解決上述問題，需要在施工時適當保留臨時性變形縫，即工程中的后澆帶，其原理是“抗放兼施，先放后抗”。

1 水工結構中的后澆帶

后澆帶是設置在現澆大體積整體式鋼混結構中，為了解決不同結構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生的變形，在施工期間臨時預留了一條很寬的縫，結構的其他部分混凝土澆筑完后，一定的時間內保留該縫，已澆筑好的混凝土結構在未受外荷的情況下得到充分自由變形，然后對該縫進行填充而成的混凝土帶[1]。后澆帶的設置使整個結構成為無縫的整體結構。

蓄水閘中后澆帶的應用范圍是閘室主體，包含底板和閘墩等在施工中的預留縫，待閘墩施工完畢，結構沉降變形基本趨于穩定時，再將混凝土施工縫補齊，結構由后澆帶連成整體。既可以解決底板和閘墩的差異性沉降，同時又可以不必設置永久變形縫。

2 后澆帶的類型

2.1 沉降后澆帶

在同一基礎之上的混凝土結構，由于上部荷載的差異，或者是處在不同基礎上的同一結構，因其地基承載力的不同，均會使結構澆筑后地基出現較大的沉降差。如果將結構分成若干部分，讓每一部分都發生自由沉降，再使用后澆帶連接，設置后澆帶可較好地解決由地基不均勻沉降引起的主體結構差異性沉降問題。另外，后澆帶有時還可代替沉降縫，從而達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過程中會釋放出大量水泥水化熱，其熱量使得澆筑結構內部的混凝土溫度發生明顯的升高。在溫度上升期間，若外界溫度突降或結構內部溫度過高，其內部與表層形成較大溫差時，就會使表層產生較大的拉應力，當拉應力大于混凝土極限拉應力時，會導致產生早期表層裂縫或進一步形成貫通性裂縫[2]。裂縫的出現會降低建筑物承載力，從而影響工程設施使用年限。溫度后澆帶的設置可較好地解決由大體積混凝土施工的溫度應力而引起的問題。

2.3 伸縮后澆帶

處于干燥環境下的混凝土，其內部水分散失或濕度降低時會引起體積縮小。在現澆鋼筋混凝土結構中，因結構外部支座和內部鋼筋約束存在，混凝土發生收縮時，其內部會產生約束拉應力。當約束拉應力大于混凝土的抗拉強度時，會導致混凝土結構發生開裂。為解決體積較大或跨度過長建筑物因混凝土收縮而出現的裂縫問題，可通過設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建句容城區“一河穿城”“水城交融”的水生態景觀布局，形成綠水圍繞、以水為魂，“藍綠交織”的生態空間體系。

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，對稱布置，閘室孔口凈寬14.2 m×3 m，總寬47.8 m，順水流方向長度23.0 m，閘底板頂高程為5.20 m，厚度為2.1 m，上游側閘墩頂高程17.0 m，下游側高程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個工程地質層，自上而下依次為⑤號粉質黏土夾粉土層、⑦號粉質黏土夾碎石層和⑧號泥質粉砂巖。其中⑤號粉質黏土夾粉土層為中等壓縮性、中等承載力土，工程力學性一般；⑦號粉質黏土夾碎石層為中低等壓縮性、高承載力土，工程力學性質好。

SL 265—2016水閘設計規范[3]中4.2.13條規定:“土基上的閘室結構垂直水流向分段長度不宜超過35.0 m，當分段長度超過本條規定數值時，宜作技術論證”。實際工程設計和施工中，考慮到超長混凝土因結構過長而導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，而是劃分多個段落澆筑，通過設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，故采用在底板設置兩道后澆帶，將底板分為三個獨立的部分。

4 后澆帶的設計

4.1 后澆帶設計

后澆帶寬度通常取值為700 mm～1 000 mm，可根據結構的墻、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，其結構見圖1。

后澆帶一般布置于閘底板受力較小處，根據底板受力圖，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

蓄水閘主體結構采用C30鋼筋混凝土，后澆帶混凝土強度等級應略高于主體結構，故采用C35混凝土。一般地，確定后澆帶混凝土澆筑的時間應當根據后澆帶的類型、先澆混凝土變形完成時間、水泥種類、水灰比等幾個方面綜合而定，在澆筑混凝土后的30 d～60 d內完成。句容河蓄水閘工程后澆帶在兩岸建筑物及上部結構完成，墻后填土至高程10.0 m，且時間不低于30 d時方可實施，此時南、北兩塊底板的沉降量已達到最終沉降量的60%～80%范圍內，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構共同承擔。

后澆帶施工前，先將兩側底板混凝土側表面上的浮漿鏟除，并鑿刻成毛面狀態，徹底清除兩塊底板之間的雜物，經過不低于24 h的澆水潤濕，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，自應力值0.2 MPa～0.7 MPa；混凝土配合比及微膨脹劑摻量須經試驗確定，水泥采用不低于P.O52.5級水泥，為保證攪拌均勻，須將混凝土攪拌時間較普通混凝土略延長，混凝土澆搗完畢后，在12 h內做好覆蓋和澆水工作。混凝土進行澆水養護不宜低于14 d，不得在日平均氣溫低于5 ℃時澆水，必要時應采取保溫措施，待拆除混凝土模板后，對混凝土表面加覆蓋，避免陽光直曬或低溫侵襲。

4.3 后澆帶中的鋼筋

閘底板處后澆帶部位的鋼筋應連續而不宜斷開，配置的鋼筋應當能使底板結構承擔得起上部結構已產生的先期沉降和后期差異沉降產生的內力。前期底板混凝土澆筑后，需要待混凝土養護完成并沉降穩定，才能對后澆帶進行施工，這之間需要間隔較長時間，因此需要對后澆帶中的預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行修復、用敦化砂漿或混凝土修復、全樹脂材料修補和電化學防護法等。

5 后澆帶的設置效果分析

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號粉質黏土夾粉土層和1.30 m厚的⑦號粉質黏土夾碎石層。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，設計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，待兩側底板沉降完成后再澆筑中間底板。

5.1 地基沉降計算

成層地基最終沉降量計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為計算深度范圍內的地基壓縮層土層數；e1i為在平均自重應力作用下，由壓縮曲線查得的第i層土的相應孔隙比；e2i為在平均自重應力加平均附加應力作用下，由壓縮曲線查得的第i層土的相應孔隙比；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，可采用1.0～1.6。

經上式計算可得，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 地基沉降監測

工程建設期間，蓄水閘在完成閘墩的施工后開始對閘室沉降進行監測，直至工程竣工驗收為止，一共監測321 d。根據監測資料,如圖3所示，閘室沉降已基本完成，監測期間，北岸底板累計沉降量7 mm，南岸底板累計沉降量16 mm，南、北岸累計沉降差為9 mm。

5.3 后澆帶的設置效果分析

根據檢測結果分析可知：句容河蓄水閘地基最終沉降量的計算值和監測值均小于2 cm，南、北岸沉降差小于1.5 cm，滿足規范中“天然土質地基 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，同時實際監測沉降量與計算值較為接近，由此可以推斷出句容河蓄水閘后澆帶的設計和設置較為合理，能夠達到解決地基不均勻沉降的目的。

6 結語

通過后期的持續監測，句容河蓄水閘建成運行3年以來，未發現有明顯的沉降、變形、裂縫等情況，說明該項目中后澆帶的設置對于減小結構差異沉降以及其產生的裂縫效果較為明顯。結合本項目的解決思路，從項目的整體和規范角度考慮，后澆帶的設置要能夠有效地減少整體結構收縮應力和不均勻沉降，具體設置位置要結合各個工程的具體情況而定。采用后澆帶施工技術能夠較好地保證工程結構的完整性，使建筑物設施在穩定性、耐久性及抗拉、承載等方面性能有所改善，更好地滿足設計要求，減少施工過程中的一些不利因素產生的影響。