防潮閘新老混凝土連接設(shè)計與施工

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1、工程概況及特點

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)計流量為3060m³/s，為II等工程，主體建筑物的級別為2級。地震設(shè)防烈度為8度。 由于防潮閘長期在海水及鹽霧環(huán)境下運行和受唐山地震破壞影響，該閘存在諸多安全隱患，2000年12月對寧車沽防潮閘進行了安全鑒定，評定該水閘安全類別為三類，需進行除險加固，對部分結(jié)構(gòu)進行拆除重建。 除險加固后，全閘共22孔，其中中部20孔過流，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，順水流方向總長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
    近年來，我國對許多病險水閘進行了安全鑒定和除險加固，總結(jié)積累了大量的設(shè)計和施工經(jīng)驗。但是，由于受到資金和工期等條件的限制，在滿足水閘運用功能和結(jié)構(gòu)安全的前提下，僅對水閘的部分結(jié)構(gòu)進行拆除重建，寧車沽防潮閘就是一個典型的實例。

    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。同時，將原閘墩部分拆除并向上游接長，原閘墩上部也有部分拆除。因此，整個閘室有以下新老混凝土的結(jié)合、連接部位：加長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)合面的強度盡可能地達到新混凝土本身的結(jié)構(gòu)強度，限制或減少混凝土裂縫的發(fā)生。二是通過插入新老混凝土中的鋼筋來加強新老混凝土的結(jié)合，當結(jié)構(gòu)承受的拉力超過混凝土本身的抗拉強度時由鋼筋來承擔。一般來說，鋼筋強度的設(shè)計能夠容易滿足，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厚均為0.3m的平臺，新閘底板位于平臺之上。為擴大新老混凝土結(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)強度比較薄弱的部位，容易產(chǎn)生豎向裂縫。設(shè)計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新老混凝土連接的鋼筋，其長度比兩側(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）一層水泥凈漿或無機界面膠，以保證新老混凝土結(jié)合面的粘接強度。
    新老閘墩的水平面連接：兩個邊孔閘墩需部分拆除后澆筑混凝土進行加高，原閘墩拆除高度以滿足豎向新老鋼筋焊接長度要求，并應(yīng)使鋼筋的焊接位置間隔錯開。
    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)強度計算布置所需的閘墩鋼筋，以鉆孔的方式進行植筋，鋼筋的錨固長度必須滿足規(guī)范要求。在澆筑混凝土之前，需對原閘底板進行鑿毛、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)場試驗
3.1 插筋錨固材料的選用及拉拔試驗
    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度，除滿足錨固長度外，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UEA型膨脹劑和早強劑，膨脹劑的摻入量為水泥重量的10%，膨脹砂漿的強度不低于C20混凝土強度等級。
    采用TK錨固劑的水平插筋經(jīng)現(xiàn)場拉拔試驗檢測，φ20（II級）鋼筋拉拔力達106.9kN時仍完好，而II級φ20鋼筋設(shè)計抗拉力為97.4kN，滿足設(shè)計要求。采用膨脹砂漿的垂直插筋經(jīng)現(xiàn)場拉拔試驗檢測，拉拔力也能滿足設(shè)計要求。TK錨固劑為獨立的筒式包裝，便于注入水平鉆孔中，施工迅速。膨脹砂漿相對便宜，用于豎向插筋。