后澆帶在草堰翻水站工程中的設計與應用

李 悅，楊曉飛

(鹽城市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 鹽城 224002)

為消除老站安全隱患，提高江界河灌區的灌溉保證率，滿足區域20年一遇防洪要求，實施草堰翻水站拆建工程。新建草堰翻水站為閘站結合型式，設抽引孔6孔，自引孔1孔，采用對稱布置。抽引孔凈寬3.80m，機組中心距4.70m，每孔設1200ZLB- 135立式軸流泵1臺，配套電機功率160kW，總裝機功率960kW。自引孔凈寬8.0m，設平面直升鋼閘門1道。站身采用塊基整體結構，站身順水流向長22.00m，垂直水流向寬38.40m。閘站頂高程為5.40m，上方設主廠房。

SL 265—2016《水閘設計規范》4.2.13條“為了防止和減少由于地基不均勻沉降、溫度變化和混凝土干縮引起的裂縫，對于多孔水閘的閘室底板，必須沿垂直水流方向進行分段，即設置若干道順水流向的永久縫”，“根據工程的經驗仍采用，巖基上的分段長度不宜超過20m，土基上的分段長度不宜超過35m”。本工程站身底板寬度38.4m，略大于規范提供的建議值。

本工程兩側北側緊臨雙草線，為草堰鎮連接國道的主要交通道路，站身處路面高程為▽8.0～10.0m，若采用分離式底板，站身兩側的土壓力要由兩側的底板但單獨承擔，需設置剛性樁地基基礎來承擔水平荷載，大幅度增加了工程投資。本著科學設計、經濟合理的原則，宜使用整體式結構抗滑抗變形，設計仍使用整底板方案，但需要對設置的后澆帶做相應的論證。

1 結構計算

1.1 荷載標準

站身穩定計算、地基承載力計算按照規范要求執行，站身結構計算、地基基礎沉降計算采用河海大學結構有限元軟件Autobank進行。草堰翻水站閘站站身按3級水工建筑物設計，所受荷載包括自重和活荷載兩大類。自重：機房(站身)重量、金屬結構及機電設備重量(局部加重)；活荷載：土壓力、水壓力、水重、浮托力、滲透壓力、風雪荷載、人群、車輛、臨時起重等活荷載。站身結構布置如圖1所示。

圖1 站身結構圖

1.2 參數選用

根據規范要求及工程站址處地基條件確定建筑物工程穩定設計參數，建筑物地基應力最大值與最小值之比的允許值，中等堅實的地基土質上，基本荷載組合時為2.00，特殊荷載組合時為2.50。

工程主要建筑物地板站身底板位于(3-6)輕粉質壤土夾重粉質壤土層，根據SL 265—2016經驗參數表查得，地基土與建筑物底板之間摩擦系數f=0.25～0.40。考慮各建筑物均采取地基處理，本工程取用地基土與建筑物底板之間摩擦系數f=0.30。

根據GB 50265—2022《泵站設計標準》和SL 265—2016對建筑物地基允許沉降量和沉降差的規定，本次設計按地基最大沉降量不超過15cm，最大沉降差不超過5cm控制。

1.3 計算結果

站身穩定、地基反力計算結果：站身基底應力最大值出現在完建期，基底應力最大值為121.58kPa，最小值為120.78kPa，平均值為121.18kPa。完建期無水平荷載，抗滑穩定安全系數滿足設計要求。站身底板位于輕粉質壤土夾重粉質壤土層，地基土承載力特征值為75kPa，地基承載力不滿足要求，需進行地基處理。設計采用30cm×30cm預制混凝土方樁復合基礎，樁長10m，樁間距1.50m，單樁承載力特征值為232kN，復合地基承載力特征值為146kPa。

站身結構計算結果：根據站身結構型式，以框架結構進行計算，邊荷載范圍按照1倍的站身寬度確定。后澆帶的澆筑發生在完建期，文章僅對完建期的結果加以說明。站身結構完建期受力分析結果如圖2所示。

圖2 站身完建期彎矩計算結果

根據計算結果，工程底板面層最大彎矩出現在通航孔面層，為432kN·m，底板底層最大彎矩出現在兩側邊孔外側，為594kN·m。

2 后澆帶設計

2.1 后澆帶布置

抽引孔內水機、金屬結構設備較多，為避免因施工質量等因素帶來的風險，不宜在抽引孔內設置后澆帶，因此本工程后澆帶布置于自引孔內。因自引孔面層中間部位彎矩較大，若僅在中部設置1道后澆帶，后澆筑的混凝土強度不能承受較大的彎矩。因此考慮在自引孔的兩側各布置1道后澆帶。設計采用2道后澆帶，布置于自引孔內兩側臨墩墻處，為便于后續清雜、鑿毛等處理，設計后澆帶寬度為1.4m，中間設置紫銅片水平止水1道，后澆帶使用微膨脹混凝土澆筑。后澆帶布置位置如圖3所示，后澆帶結構如圖4所示，后澆帶附加鋼筋如圖5所示。

圖3 后澆帶布置圖

圖4 后澆帶結構圖

圖5 后澆帶鋼筋圖

2.2 施工工序設計

后澆帶設計主要作用是為了減少后期不均勻沉降產生的裂縫，根據Autobank計算成果，站身沉降主要發生在兩側抽引孔，中間自引孔沉降較小。荷載加載步設置為30d時，抽引孔處沉降為8.82cm，自引孔處沉降為3.44cm。因此，施工時將首先澆筑抽引孔底板及墩墻，待其完成一定沉降后再澆筑后澆帶。由于自引孔面層彎矩較大，為了后澆帶澆筑完成后，面層承載能力能達到相應的強度，自引孔底板中間部位同期一起澆筑。上部廠房結構荷載較大，后澆帶未實施前，其荷載全部由兩側自引孔承擔。通過計算分析，此種情況下，地基反力大于復合地基承載力，上部廠房荷載不能全部在二期加載。經計算，上部廠房荷載達到9000kN時，地基反力為140kPa，設計地基基礎能滿足要求。根據計算結果，二期添加荷載為上部廠房的立柱及橫梁，其總重量約為6000kN，滿足設計要求。

根據計算結果，站身部位施工工序為：①抽引孔、自引孔底板；②抽引孔、自引孔墩墻；③抽引孔中、上部結構；④廠房立柱；⑤后澆帶、自引孔上部結構；⑥墻后回填土1，回填至▽0.50m；⑦上部廠房剩余結構；⑧墻后回填土2，回填至設計高程；⑨其他剩余工程。施工工序如圖6所示。

圖6 工程施工工序圖

3 站身計算成果復核

根據上述施工工序，對站身計算成果進行復核。在自引孔及上部廠房立柱澆筑完成后，站身底板基底反力為108kPa，滿足承載力要求。下面主要對沉降結果進行復核。

計算模型：根據站身結構型式，以框架結構進行計算，邊荷載范圍按照1倍的站身寬度確定。計算加載步共分為4步，每步歷時30d，材料荷載加載步如下。

0步：地基土材料；1步：抽排孔底板、墩墻及設備自重，上部房屋荷載一半；2步：自引孔底板、面板自重及其上荷載；3步：兩側回填土壓力；4步：邊荷載、上部房屋剩余荷載。

沉降計算結果：第1加載步在抽排孔及上部廠房一半荷載加載后，地基沉降達到8.94cm，第2步后澆帶及自引孔加載后，地基總沉降為9.67cm，第3步加載完成后，地基總沉降為9.69cm，第4步加載后地基總沉降量為11.8cm。在第1步加載后，已完成大部分沉降，后期沉降為2.98cm，且為總體沉降，對站身裂縫控制等影響較小。

本工程地基土層以砂性土為主，施工排水條件較好，考慮該部分施工工期較長(3～4個月)，站身沉降基本可在施工期間完成，后期沉降較小。因此前期站身抽引孔沉降基本穩定后再對自引孔后澆帶砼進行封閉澆筑，采取上述措施基本可消除地基不均勻沉降帶來的底板裂縫風險，認為后澆帶方案可行。

4 類似工程參考

根據江蘇省內其他類似工程多年的監測數據，后澆帶的設置對工程結構并未產生不好的影響，工程的沉降變形、結構裂縫等均滿足規范要求。句容河蓄水閘工程閘室分3孔，底板總寬47.8m，于中孔內臨墩墻側各布置1道1m寬后澆帶，根據工程閘室沉降監測資料，監測期間北側底板累計沉降7mm，南側累計沉降16mm，南、北側沉降差為9mm，滿足規范要求。連云港義澤河閘底板寬41.4m，共3孔，各布置1道后澆帶于邊孔臨中墩側。根據兩年的監測觀察，閘室底板未出現影響結構的裂縫，取得了很好的工程效果。

5 結語

對于寬度稍大于35m的閘站底板，采用整體式底板對于抗滑抗變形有其結構上的優勢，相對于分離式底板也能節省投資。對于設置后澆帶的方案，不僅需要對工程結構進行全面的受力分析，以確定后澆帶的布置位置，還需要對因施工工序的改變帶來荷載加載步的變化對工程其他影響方面進行復核，以滿足沉降變形、地基承載力等方面的要求。工程施工時，還需要做好后澆帶與一期澆筑底板之間的處理，防止在后澆帶處產生施工縫，后期還應做好長期的工程位移變形監測工作，以期為更多類似工程設計工作提供參考。