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閘站工程中泵室底板防護(hù)措施探討

2020-08-14 06:41:30盧林支銘偉
中華建設(shè) 2020年7期
關(guān)鍵詞:閘站墊塊保護(hù)層

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(tài)保護(hù)及水量調(diào)蓄的重要作用,影響了當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展。在新建或重建中,底板防護(hù)是此類工程的重要環(huán)節(jié)。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(zhì)情況,分析其存在的問題及泵室底板防護(hù)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(qū)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(jié)合方式,由節(jié)制閘和泵站組成。節(jié)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(shè)計(jì)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(yáng)式啟閉機(jī)。閘站工程圖見圖1所示。

新小橋港閘站的建設(shè)能夠充分發(fā)揮橫港的調(diào)度作用,與下六圩等其他通江河道及口門控制工程聯(lián)合運(yùn)行,增加鹽靖河南段區(qū)域外排入江能力,提高沿江地區(qū)的防洪除澇標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)改善該區(qū)域內(nèi)的水生態(tài)環(huán)境。

圖1 閘站工程效果圖

表1 各土層物理力學(xué)性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

表2 腐蝕性評價(jià)表

表3 泵室穩(wěn)定計(jì)算成果表

表3 泵室穩(wěn)定計(jì)算成果表(接上)

二、工程地質(zhì)

1.地形地貌

場地處于揚(yáng)子地層?xùn)|北部,地層發(fā)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(nèi)屬第四紀(jì)全新統(tǒng)。場地區(qū)附近無全新世活動斷裂構(gòu)造,處于相對穩(wěn)定的構(gòu)造斷塊中。

2.地質(zhì)土層情況

根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告,自上而下的土層分為①~⑦層,各土層地層名稱、層底標(biāo)高、工程性質(zhì)、地基土允許承載力、物理試驗(yàn)指標(biāo)平均值和剪切試驗(yàn)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值見表1。

3.水文地質(zhì)情況

該地區(qū)地下水與河水相互補(bǔ)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(bǔ)給主要為大氣降水和地表徑流,排泄方式主要為自然蒸發(fā)。

在新小橋港取地表水、地下水2組進(jìn)行水質(zhì)分析試驗(yàn),根據(jù)測得水中CL-的含量來對鋼筋砼中鋼筋腐蝕性評價(jià)。具體腐蝕性評價(jià)見表2。

三、泵室底板存在的問題

1.泵站底板設(shè)計(jì)

泵站采用開敞式結(jié)構(gòu),站身垂直水流向長16.0m,順?biāo)鏖L28.0m,底板面高程為-2.80m,底板厚1.0m。

2.泵室穩(wěn)定性計(jì)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(biāo)準(zhǔn)值fk=110KPa,根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)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(jīng)計(jì)算基底與地基土的綜合摩擦系數(shù)取0.40。滲透壓力計(jì)算采用改進(jìn)阻力系數(shù)法。泵室穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表3。

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

表4 泵室樁基計(jì)算成果匯總表

3.存在問題

受水文地質(zhì)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(wěn)定要求,易因不均勻沉降造成泵室底板損壞。

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

(3)選擇什么樣的底板和基礎(chǔ)處理?

(4)底板的防護(hù)措施是什么?

四、底板防護(hù)措施

底板防護(hù)可從二個(gè)大的方向進(jìn)行控制,一種是正向防護(hù),從優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手,提高泵室底板自身穩(wěn)定性和砼耐久性,最大限度控制裂縫發(fā)生;另一種是反向防護(hù),從加強(qiáng)各施工環(huán)節(jié)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(hù)措施

(1)采用樁基礎(chǔ)解決泵室穩(wěn)定性問題

基礎(chǔ)處理采用的是樁基礎(chǔ),樁型為PHC600AB管樁。樁的根數(shù)由單樁水平承載力和單樁垂直承載力共同確定,樁長根據(jù)所需垂直承載力要求計(jì)算確定,樁端應(yīng)進(jìn)入持力層,根據(jù)地基勘探報(bào)告,第④、⑥層粉細(xì)砂承載力標(biāo)準(zhǔn)值為15t/m2,可作樁基礎(chǔ)的持力層。

依據(jù)公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)分別計(jì)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(jì)算結(jié)果詳見表4。

為及時(shí)掌握建設(shè)過程中建筑物的安全穩(wěn)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(jìn)行了沉降觀測,累計(jì)沉降值最大10mm,累計(jì)沉降最小值8mm,滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。從測量觀測數(shù)據(jù)也證明樁基礎(chǔ)設(shè)置是合理的,起到了應(yīng)有的防護(hù)目的。

泵室底板垂直水流向長16.0m,順?biāo)鏖L28.0m,底板面高程為-2.80m,底板厚1.0m,中墩厚1.0m,臨土側(cè)邊墩厚1.0m,臨閘室側(cè)邊墩厚1.0m,單孔流道凈寬4.0m,共三孔。底板砼標(biāo)號為C30,配置上下兩層鋼筋網(wǎng),底層順?biāo)麂摻罹W(wǎng)采用14HRB400@200,垂直水流采用20HRB400@100;面層順?biāo)麂摻罹W(wǎng)采用14HRB400@200,垂直水流采用20HRB400@200+14HRB400@200。底板鋼筋保護(hù)層厚度為50mm,面層鋼筋保護(hù)層厚度為40mm。

泵站結(jié)構(gòu)計(jì)算采用河海大學(xué)SGR2.0軟件進(jìn)行有限元分析計(jì)算。按《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》,沿垂直水流方向,分別截取進(jìn)水側(cè)流道檢修門槽兩側(cè)單位寬度,按平面框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析。泵站底板采用了管樁進(jìn)行了處理,結(jié)構(gòu)計(jì)算模型基礎(chǔ)采用多層地基模型計(jì)算,地基彈模采用復(fù)合地基的彈性模量,計(jì)算工況按泵站完建期、設(shè)計(jì)期、校核期、地震期、檢修期等工況進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算的成果,取脫離體進(jìn)行不平衡剪力分配計(jì)算,考慮邊荷載影響。

經(jīng)分析計(jì)算,得出泵室底板結(jié)構(gòu)控制配筋的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值,見表5。

表5 泵室底板結(jié)構(gòu)彎矩標(biāo)準(zhǔn)值

在求出彎距后,結(jié)合泵室底板配筋,對泵室底板進(jìn)行裂縫開展寬度的驗(yàn)算。下面以泵室底板底層為例驗(yàn)算正截面裂縫寬度。

根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(二類環(huán)境)最大裂縫寬度限值為0.3mm(短期組合)和0.25mm(長期組合)。經(jīng)計(jì)算,底板底層和面層的計(jì)算最大裂縫寬度分別為0.179和0.131,均未超限值。根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)和工程實(shí)際情況,證明底板尺寸、砼強(qiáng)度和鋼筋配置是滿足要求的,對底板防護(hù)起到重要作用。

2.反向防護(hù)措施

(1)采用高性能砼及適當(dāng)?shù)奶砑觿┨岣叩装屙拍途眯?/p>

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(gòu)件的腐蝕速度受砼的抗?jié)B性能影響,砼的抗?jié)B性能又主要取決于砼的密實(shí)性,而對砼的密實(shí)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(fā)生原因:強(qiáng)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(shí),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(fā)生缺鉬。

拌制的砼中50%以上的水都不參與與水泥的反應(yīng),將以游離狀態(tài)存在。它們揮發(fā)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(shí)性。

表6 正截面裂縫寬度控制驗(yàn)算(底板底層)

表7 C30粉煤灰、減水劑雙摻砼設(shè)計(jì)配合比及砼抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果

近年來大量研究及工程應(yīng)用表明,粉煤灰中的C-SH凝膠能堵塞滲透通道,增強(qiáng)了砼的密實(shí)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?jié)B方案。首先從原材料上進(jìn)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(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)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(shí)骨料中氯離子含量應(yīng)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(zhì)量的0.02%。砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30,泵送砼坍落度選用120~160mm。經(jīng)過配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)室試配驗(yàn)證,最終確認(rèn)采用編號2的配合比方案具體數(shù)據(jù)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(qiáng)度進(jìn)行了評定,結(jié)果合格,證明砼配合比設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),對底板防護(hù)起到了作用。

(2)采用定型鋼筋保護(hù)層墊塊提高保護(hù)層厚度控制質(zhì)量

鋼筋具備足夠的保護(hù)層,不僅能使鋼筋與混凝土之間具有足夠的粘結(jié)力,同時(shí)還能利用砼材料呈堿性的特性保護(hù)鋼筋免受銹蝕。

往往在制作墊塊時(shí),外形尺寸和厚度不規(guī)范,墊塊砼強(qiáng)度不統(tǒng)一或達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求,都使成型后的鋼筋砼質(zhì)量難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最佳受力狀態(tài)。為積極響應(yīng)江蘇省水利廳《水利工程推廣應(yīng)用定型生產(chǎn)鋼筋保護(hù)層混凝土墊塊指導(dǎo)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(hù)層混凝土墊塊,保證了墊塊的尺寸以及自身強(qiáng)度,為鋼筋保護(hù)層厚度的控制奠定了基礎(chǔ)。

泵室底板砼澆筑完成14天后,項(xiàng)目部委托江蘇興水工程質(zhì)量檢測有限公司對泵室底板進(jìn)行保護(hù)層厚度檢測,按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50204-2015及《混凝土中鋼筋檢測技術(shù)規(guī)程》JGJ/T152-2008對泵室底板閘室側(cè)、臨土側(cè)和底板面層各取3個(gè)點(diǎn),共計(jì)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(hù)層方案是合理有效的,對底板防護(hù)也起到了關(guān)鍵作用。

(3)加強(qiáng)施工各環(huán)節(jié)質(zhì)量措施控制提高砼的抗?jié)B、抗裂和抗侵蝕性能

鋼筋制安環(huán)節(jié)質(zhì)量控制措施:嚴(yán)格按圖紙、規(guī)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(hù)層墊塊,并認(rèn)真、準(zhǔn)確的安放??紤]到泵室底板1.0厚,為保證面層鋼筋在施工過程中不產(chǎn)生向下的撓度,影響鋼筋保護(hù)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(qiáng)鋼管的穩(wěn)定性。

模板制安環(huán)節(jié)質(zhì)量控制措施:模板設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等演算,演算結(jié)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(shí)對模板產(chǎn)生較大側(cè)壓力,模板內(nèi)側(cè)采用拉條加固,拉條采用組合式對拉止水螺桿;模板外側(cè)用20號槽鋼做圍檁加固,采用Ф48mm鋼管斜撐。

砼施工環(huán)節(jié)質(zhì)量控制措施:按已經(jīng)設(shè)計(jì)好的配合比嚴(yán)格控制砼用原材料質(zhì)量,尤其是氯離子含量;加強(qiáng)砼拌制質(zhì)量管控,嚴(yán)格按配比配制砼,確保每盤砼的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合要求;嚴(yán)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(qiáng)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(jìn)行并插人下層5cm左右,振點(diǎn)間距30cm,距模板距離10cm;混凝土成型后及時(shí)養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)方法采用的是覆蓋灑水法養(yǎng)護(hù),避免由于溫差過大而造成溫度裂縫。

五、結(jié)語

泵室的底板作為泵站建設(shè)的基礎(chǔ)工程,該工程質(zhì)量必須要滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)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(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和完備的施工手段完成對底板的防護(hù)。該工程已在2017年6月順利完成,經(jīng)過了兩年多運(yùn)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(xiàn)。

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