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寧車沽防潮閘新老混凝土連接設(shè)計(jì)與施工
寧車沽防潮閘新老混凝土連接設(shè)計(jì)與施工 摘要:近年來(lái),我國(guó)對(duì)許多病險(xiǎn)水閘進(jìn)行了安全鑒定和除險(xiǎn)加固,總結(jié)積累了大量的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。本文對(duì)天津市寧車沽防潮閘除險(xiǎn)加固工程中的新老混凝土結(jié)合與連接的設(shè)計(jì)方案、鋼筋錨固材料和新老混凝土結(jié)合面粘接材料的選擇、施工方法與工藝等進(jìn)行了總結(jié),為今后其它類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供參考。
關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)與施工 新老混凝土連接 防潮閘 寧車沽
1 工程概況及特點(diǎn)
1.1 工程概況
寧車沽防潮閘位于天津市塘沽區(qū)寧車沽村西潮白河與永定新河交匯處,是潮白、北運(yùn)河水系的主要控制工程之一,集防洪、擋潮、排澇和蓄淡于一體,對(duì)確保海河流域北系的防洪安全具有重要作用。工程建于1971年。
寧車沽防潮閘設(shè)計(jì)流量為3060m3/s,為II等工程,主體建筑物的級(jí)別為2級(jí)。地震設(shè)防烈度為8度。
由于防潮閘長(zhǎng)期在海水及鹽霧環(huán)境下運(yùn)行和受唐山地震破壞影響,該閘存在諸多安全隱患,2000年12月對(duì)寧車沽防潮閘進(jìn)行了安全鑒定,評(píng)定該水閘安全類別為三類,需進(jìn)行除險(xiǎn)加固,對(duì)部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除重建。
除險(xiǎn)加固后,全閘共22孔,其中中部20孔過(guò)流,兩邊孔用混凝土墻封堵。每孔凈寬8m,中墩厚1.1m,閘室總寬199.1m,順?biāo)鞣较蚩傞L(zhǎng)123m。工作閘門為升臥式平板鋼閘門,位于閘室中部,上下游分別設(shè)有檢修閘門。閘上設(shè)有工作橋、檢修橋和交通橋。
1.2 工程特點(diǎn)
近年來(lái),我國(guó)對(duì)許多病險(xiǎn)水閘進(jìn)行了安全鑒定和除險(xiǎn)加固,總結(jié)積累了大量的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。但是,由于受到資金和工期等條件的限制,在滿足水閘運(yùn)用功能和結(jié)構(gòu)安全的前提下,僅對(duì)水閘的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除重建,寧車沽防潮閘就是一個(gè)典型的實(shí)例。
寧車沽防潮閘保留了閘底板和部分閘墩,由于閘室整體穩(wěn)定的需要,閘室底板向上游加長(zhǎng)。同時(shí),將原閘墩部分拆除并向上游接長(zhǎng),原閘墩上部也有部分拆除。因此,整個(gè)閘室有以下新老混凝土的結(jié)合、連接部位:加長(zhǎng)段新閘底板與原閘底板、原閘底板頂面與其上層新澆混凝土面、新老閘墩的立面、新老閘墩的水平面、新閘墩與老底板等,見(jiàn)附圖。
附圖:新老混凝土連接部位示意圖
①新老底板連接 ②老底板頂面新澆砼 ③新閘墩與老底板連接 ④新老閘墩立面連接 ⑤新老閘墩平面連接
2 設(shè)計(jì)方案
新老混凝土的連接一是解決新老混凝土結(jié)構(gòu)本身的結(jié)合,使新老混凝土結(jié)合面的強(qiáng)度盡可能地達(dá)到新混凝土本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,限制或減少混凝土裂縫的發(fā)生。二是通過(guò)插入新老混凝土中的鋼筋來(lái)加強(qiáng)新老混凝土的結(jié)合,當(dāng)結(jié)構(gòu)承受的拉力超過(guò)混凝土本身的抗拉強(qiáng)度時(shí)由鋼筋來(lái)承擔(dān)。一般來(lái)說(shuō),鋼筋強(qiáng)度的設(shè)計(jì)能夠容易滿足,而新老混凝土結(jié)合面的處理不易。
根據(jù)新老混凝土結(jié)合面所處的不同部位,寧車沽防潮閘采取以下相應(yīng)的處理措施。
加長(zhǎng)段新閘底板與原閘底板的連接:利用原閘底板已有的與原鋪蓋之間的連接鋼筋,并在原閘底板內(nèi)沿水平方向鉆孔布置兩排插筋,插筋間距為200mm。為保證新老閘底板在接縫處的垂直變位一致,原混凝土閘底板留有長(zhǎng)厚均為0.3m的平臺(tái),新閘底板位于平臺(tái)之上。為擴(kuò)大新老混凝土結(jié)合面的面積,將原閘底板結(jié)合面的上部鑿成45°斜面。
原閘底板頂面與其上層新澆混凝土面的連接:由于地基沉降,原閘底板高程平均降低了0.43m左右。為恢復(fù)閘底板高程,需在原閘底板上新澆筑混凝土。為保證新老混凝土的結(jié)合,采取以下措施:將原混凝土閘底板沿厚度方向鑿除10cm,在原混凝土底板上鉆孔埋植插筋,插筋間排距為1m,梅花形布置,插筋埋入原混凝土底板中的長(zhǎng)度為0.5m,上部露出0.35m。澆筑新混凝土之前在老混凝土底板頂面鋪設(shè)一層水泥砂漿。
新老閘墩的立面連接:新老閘墩的立面接縫正處于下游檢修閘門槽位置,是閘墩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比較薄弱的部位,容易產(chǎn)生豎向裂縫。設(shè)計(jì)在原閘墩立面上布置三排插筋,其中,閘墩兩側(cè)的插筋為貫穿檢修門槽的結(jié)構(gòu)鋼筋,中間一排插筋為加強(qiáng)新老混凝土連接的鋼筋,其長(zhǎng)度比兩側(cè)鋼筋短些。在澆筑閘墩混凝土?xí)r,應(yīng)隨著混凝土倉(cāng)面的上升,在老閘墩結(jié)合面上涂刷(或噴射)一層水泥凈漿或無(wú)機(jī)界面膠,以保證新老混凝土結(jié)合面的粘接強(qiáng)度。
新老閘墩的水平面連接:兩個(gè)邊孔閘墩需部分拆除后澆筑混凝土進(jìn)行加高,原閘墩拆除高度以滿足豎向新老鋼筋焊接長(zhǎng)度要求,并應(yīng)使鋼筋的焊接位置間隔錯(cuò)開(kāi)。
新閘墩與老底板連接:根據(jù)閘室結(jié)構(gòu)布置的需要,將原閘墩上游部分進(jìn)行了拆除,而原閘墩下的底板予以保留,拆除的閘墩部分將與上游加長(zhǎng)的閘墩段一起澆筑,形成整體。在老閘底板上根據(jù)閘墩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算布置所需的閘墩鋼筋,以鉆孔的方式進(jìn)行植筋,鋼筋的錨固長(zhǎng)度必須滿足規(guī)范要求。在澆筑混凝土之前,需對(duì)原閘底板進(jìn)行鑿毛、沖洗,并應(yīng)在原閘底板上鋪設(shè)水泥砂漿。
3 錨固和粘接材料的選用及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
3.1 插筋錨固材料的選用及拉拔試驗(yàn)
在新老混凝土連接中大量使用了插筋,為保證插筋的錨固強(qiáng)度,除滿足錨固長(zhǎng)度外,在插筋孔中需填充錨固材料,以增加插筋與混凝土之間的粘接強(qiáng)度。用于灌注插筋的錨固材料選用了兩種,即TK錨固劑和膨脹砂漿,分別用于水平插筋和垂直插筋。膨脹砂漿中摻入U(xiǎn)EA型膨脹劑和早強(qiáng)劑,膨脹劑的摻入量為水泥重量的10%,膨脹砂漿的強(qiáng)度不低于C20混凝土強(qiáng)度等級(jí)。
采用TK錨固劑的水平插筋經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)檢測(cè),φ20(II級(jí))鋼筋拉拔力達(dá)106.9kN時(shí)仍完好,而II級(jí)φ20鋼筋設(shè)計(jì)抗拉力為97.4kN,滿足設(shè)計(jì)要求。采用膨脹砂漿的垂直插筋經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)檢測(cè),拉拔力也能滿足設(shè)計(jì)要求。TK錨固劑為獨(dú)立的筒式包裝,便于注入水平鉆孔中,施工迅速。膨脹砂漿相對(duì)便宜,用于豎向插筋。
3.2 水平接縫水泥砂漿的選用
對(duì)于新老閘墩、新老底板、閘墩與底板等水平結(jié)合面混凝土澆筑前,老混凝土水平縫面上應(yīng)鋪設(shè)一層水泥砂漿,砂漿的強(qiáng)度等級(jí)不低于C20混凝土強(qiáng)度等級(jí),厚度為20mm左右。
3.3 垂直接縫粘接材料的選用
對(duì)于新老閘墩豎向結(jié)合面,為增加新老混凝土豎向縫間的粘接強(qiáng)度,在澆筑新混凝土之前需在老混凝土面上涂抹粘接材料。設(shè)計(jì)采用水泥凈漿或無(wú)機(jī)界面膠,并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大“8”字模試驗(yàn)確定。
水泥凈漿的水灰比應(yīng)較混凝土減少0.03~0.05。無(wú)機(jī)界面膠的抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于80MPa,抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于5MPa。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水泥凈漿和4種類型的無(wú)機(jī)界面膠的大“8”字模試驗(yàn),在正拉或剪切力作用下,破壞面均未發(fā)生在新老混凝土界面膠結(jié)處,而是發(fā)生在老混凝土內(nèi)部。由此可知,新老混凝土的結(jié)合控制于老混凝土的強(qiáng)度。因此,新老混凝土的立面結(jié)合設(shè)計(jì)采用水泥凈漿。
4 施工工藝與質(zhì)量控制
4.1 插筋的施工工藝及質(zhì)量控制
放線:在水平方向或垂直方向的插筋位置應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙嚴(yán)格放線,做出鉆孔標(biāo)記。
鉆孔及洗孔:用電錘鉆鉆孔,以確保孔壁有足夠的粗糙度。孔徑比插筋直徑大4~8mm(根據(jù)鋼筋直徑確定),孔深比設(shè)計(jì)的插筋錨固長(zhǎng)度略深。鉆孔位置與設(shè)計(jì)孔位偏差不得大于15mm。灌注錨固材料前,應(yīng)對(duì)鉆孔用清水沖洗干凈。
注漿及植筋:應(yīng)從鉆孔底部開(kāi)始灌注錨固材料,以確保鉆孔完全填充。在植入鋼筋時(shí)應(yīng)有一些漿液溢出,24h內(nèi)不準(zhǔn)觸動(dòng)插筋。同一倉(cāng)面內(nèi)的插筋應(yīng)在混凝土開(kāi)盤澆筑的前7d之前完成。
4.2 新老混凝土結(jié)合面的施工工藝及質(zhì)量控制
混凝土鑿毛:老混凝土按設(shè)計(jì)尺寸拆除后,應(yīng)鑿除老混凝土的棱角和尖角,使新老結(jié)合面平順過(guò)渡,陽(yáng)角半徑不小于100mm。對(duì)老混凝土質(zhì)地疏松、敲擊有啞聲的部位,裂縫、孔洞等局部缺陷部位,應(yīng)鑿除至露出新鮮完整的混凝土為止。
縫面清洗:為確保施工質(zhì)量,須清除老混凝土表面的疏松層、油污、灰塵等雜物,用鋼絲刷刷毛后,用高壓水沖洗。劃出每次粘接材料涂刷(或噴射)的范圍,并在待用前保持潮濕24h,在涂刷(或噴射)前混凝土表面潮濕但不積水,保持面干飽和狀態(tài)。
砂漿鋪設(shè):水平接縫的水泥砂漿鋪設(shè)應(yīng)隨著混凝土的澆筑隨鋪隨澆,不得一次性大面積鋪完。水泥砂漿厚度為20mm左右,人工攤平,不得過(guò)薄或過(guò)厚。
凈漿噴涂:水泥凈漿的配合比應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)格控制,并每天至少一次對(duì)其檢查。水泥凈漿可采用涂刷或高壓噴射的方法進(jìn)行施工。涂抹或噴射水泥凈漿厚度控制在3mm以上。為保證施工質(zhì)量,水泥凈漿涂抹施工須由專業(yè)人員操作,施工單位應(yīng)設(shè)專人負(fù)責(zé)施工質(zhì)量管理和控制。
混凝土澆筑:在水泥凈漿初凝后,即可澆筑新混凝土。水泥凈漿和新澆混凝土一起養(yǎng)護(hù)。
施工記錄:施工期間必須有詳細(xì)的施工記錄,內(nèi)容包括施工地點(diǎn)的氣溫,基面處理情況,表面溫度,原材料品種、質(zhì)量、數(shù)量,材料配合比,噴涂日期、部位、面積,質(zhì)量事故,養(yǎng)護(hù)溫度、時(shí)間,取樣檢驗(yàn)結(jié)果及其它有關(guān)事宜。
5 結(jié)束語(yǔ)
目前,新老混凝土的連接技術(shù)廣泛應(yīng)用于水利工程和其它土木工程建筑中,隨著新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝的發(fā)展,將為設(shè)計(jì)提供更多的選擇方案,也必將為施工帶來(lái)方便,加快施工進(jìn)度,提高工程質(zhì)量。
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