水工建筑物變形縫施工技術(shù)問題與改進(jìn)方法研究

高建文，蔡少奇

(廣東順?biāo)こ探ㄔO(shè)監(jiān)理有限公司，廣東 佛山 528300)

1 水工建筑物變形縫施工技術(shù)問題

變形縫是水工建筑物中伸縮縫和沉降縫的總稱，它的作用是為了抵消水工建筑物在結(jié)構(gòu)層面上的因溫度變化、老化等外界因素帶來的伸縮和沉降，以免建筑物的結(jié)構(gòu)遭到破壞。

其中伸縮縫是為了防止水工建筑物因溫度變化導(dǎo)致產(chǎn)生隆起、折疊等結(jié)構(gòu)變化而設(shè)置的構(gòu)造縫。水工建筑物建設(shè)的地點(diǎn)通常遠(yuǎn)離較堅(jiān)硬的地面，水渠泵站等建筑物的地基易發(fā)生不規(guī)律的沉降而導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)變形，沉降縫的設(shè)置是為了水工建筑物在垂直面上的位移提供一定的裕度，防止建筑物因地基沉降而產(chǎn)生形變。防震縫是應(yīng)用于地震作用時(shí)相鄰建筑物發(fā)生碰撞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受損的預(yù)制垂直縫隙。水工建筑物因種類、專業(yè)、建設(shè)地點(diǎn)等不同條件，設(shè)置變形縫時(shí)引用的相關(guān)建筑標(biāo)準(zhǔn)也有所區(qū)別。

從實(shí)際工程應(yīng)用的角度出發(fā)，設(shè)置變形縫一方面可以解決水工建筑物不規(guī)則變形，優(yōu)化建筑物的受力狀態(tài)，另一方面則增加了建筑物結(jié)構(gòu)防水的難度。因此從防水的施工角度來看，變形縫應(yīng)當(dāng)少設(shè)置或不設(shè)置[1]。

目前在國內(nèi)水工建筑物的變形縫設(shè)置和協(xié)調(diào)無明確的做法和規(guī)定，不利于水工建筑物的工程開展。實(shí)際工程建設(shè)中也存在著各種問題與不規(guī)范現(xiàn)象，常見問題已列于表1。各種不同程度的不規(guī)范現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致水工建筑物在日常使用中損壞甚至造成建筑物形變程度過大影響其使用壽命。

表1 水工建筑物施工技術(shù)問題與危害

續(xù)表1 水工建筑物施工技術(shù)問題與危害

2 水工建筑物變形縫改進(jìn)方法研究

2.1 根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載優(yōu)化變形縫設(shè)置間距

通過對(duì)水工建筑物變形縫影響因素的分析，可以確定水工建筑物變形縫設(shè)置改進(jìn)方法為：①計(jì)算出待改進(jìn)建筑物未設(shè)置變形縫時(shí)，各部分的縱向應(yīng)力和各方向的位移。對(duì)于位移過大的區(qū)段不宜加大變形縫間距。②對(duì)需要進(jìn)行改進(jìn)的地方進(jìn)行縱向應(yīng)力分析和位移觀測(cè)，確認(rèn)改進(jìn)的效果[2]。

對(duì)待改進(jìn)的水工建筑物進(jìn)行地質(zhì)影響因素?cái)?shù)值模擬分析，涉及到變形縫兩側(cè)的應(yīng)力和沉降變化，計(jì)算采用三維—荷載結(jié)構(gòu)模型。計(jì)算參數(shù)包括襯砌參數(shù)、變形縫參數(shù)、圍巖參數(shù)等，由于荷載結(jié)構(gòu)模型法的首要問題是確定荷載，荷載一般可以分為：

1)主要荷載：指長(zhǎng)期作用的荷載，包括自重、地層壓力、彈性抗力、地下水靜水壓力等。

2)額外荷載：指非經(jīng)常作用的荷載，包括灌漿壓力、局部落石荷載或施工荷載。

3)特殊荷載：地震荷載、爆炸荷載等。

2.2 使用加強(qiáng)后澆帶和外墻誘導(dǎo)縫

實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，通過深化設(shè)計(jì)和精確計(jì)算，可以考慮使用加強(qiáng)后澆帶和外墻誘導(dǎo)縫技術(shù)。使用加強(qiáng)后澆帶可以取代結(jié)構(gòu)變形縫，使用該技術(shù)時(shí)應(yīng)注意調(diào)整加強(qiáng)后澆帶的寬度與總體建筑物長(zhǎng)寬的關(guān)系。設(shè)置加強(qiáng)后澆帶時(shí)，從建筑物底板至地上頂板所涉及的建筑物主梁、結(jié)構(gòu)板和墻體都要安裝設(shè)置，且之間的鋼筋不應(yīng)直接通過加強(qiáng)帶，應(yīng)當(dāng)在加強(qiáng)后澆帶所在的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行搭接。設(shè)置加強(qiáng)后澆帶的時(shí)間點(diǎn)也同等重要，應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)外保溫層已經(jīng)完成，在建筑物的整體溫度較低的時(shí)候動(dòng)工設(shè)置，此時(shí)混凝土的結(jié)構(gòu)伸縮較小[3]。

設(shè)置外墻誘導(dǎo)縫的目的是人為的在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置薄弱區(qū)域，當(dāng)混凝土因?yàn)槟撤N原因產(chǎn)生變形開裂時(shí)，形變點(diǎn)會(huì)在薄弱區(qū)域產(chǎn)生。通過減弱鋼筋對(duì)混凝土的約束，避免變形點(diǎn)在其他重要區(qū)域產(chǎn)生，起到釋放開裂變形和避免滲漏問題的作用。由于外墻誘導(dǎo)縫為混凝土薄弱區(qū)，因此需要人為設(shè)置止水帶，使其防水能力增強(qiáng)，使誘導(dǎo)縫到達(dá)雖裂卻不滲的實(shí)際工程目標(biāo)。

2.3 新型密封止水材料充當(dāng)防水層

變形縫密封材料是指在工程施工過程中適用于水工建筑物變形縫防水和各類預(yù)埋構(gòu)件防滲漏的填充材料。新型密封止水材料有良好的填充性和黏連性，確保產(chǎn)品填入裂縫和空隙中，因而適用于各類建筑物連接面，且能與各類縫隙界面能很好形成一體，實(shí)現(xiàn)縫隙良好密封的一類材料[4]。新型密封止水材料主要有聚合物瀝青類、樹脂類、聚合物改性尿烷類等，表2列出了幾種新型材料的種類和性質(zhì)。

表2 新型密封止水材料種類性質(zhì)表

3 案例分析

3.1 工程概況

黑河某樞紐工程水閘站高15m，總長(zhǎng)為392.6m，下部為水工泄洪閘段。現(xiàn)場(chǎng)的情況如圖1所示，該工程地區(qū)處于內(nèi)陸溫帶氣候帶，晝夜溫差較大。水閘站兩岸地形略微成不對(duì)成狀，左岸相對(duì)平緩，右岸較為陡峭呈字母“W”型。建站已有20a歷史，現(xiàn)下部孔洞處變形縫出現(xiàn)不同程度的開裂變形情況，如圖2所示。

3.2 結(jié)果分析

對(duì)總長(zhǎng)約400m的水閘站建立三維—荷載結(jié)構(gòu)模型，建模結(jié)果如圖3所示，然后對(duì)總長(zhǎng)進(jìn)行區(qū)間分割，將其分成6個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間選擇1個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別計(jì)算每個(gè)區(qū)間最大縱向應(yīng)力和各方向上的位移測(cè)點(diǎn)。計(jì)算結(jié)果見表3和圖3。

圖1 黑河某樞紐水閘站變形縫開裂圖

圖2 水閘站荷三維—荷載結(jié)構(gòu)模型

表3 各區(qū)段最大縱向應(yīng)力表

圖3 優(yōu)化前各測(cè)點(diǎn)各方向位移圖

由模擬計(jì)算的4個(gè)區(qū)間可知，縱向應(yīng)力最小區(qū)間為區(qū)間6，縱向最大應(yīng)力為-3569.4kPa，適合進(jìn)行變形縫設(shè)置優(yōu)化而其余區(qū)間的縱向應(yīng)力較大，需要保留原始設(shè)計(jì)中的變形縫設(shè)置間距。區(qū)間6原先設(shè)計(jì)的變形縫為10.5m一道，優(yōu)化后將其設(shè)置為19m一道，區(qū)間6總共設(shè)置4道變形縫。對(duì)優(yōu)化后的水閘進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和數(shù)值模擬，得到優(yōu)化后的變形縫兩側(cè)縱向最大應(yīng)力值見表4，和各測(cè)點(diǎn)各方向位移圖見圖4。

表4 變形縫兩側(cè)縱向最大應(yīng)力值

圖4 優(yōu)化后各測(cè)點(diǎn)各方向位移圖

根據(jù)圖3和圖4可知，通過對(duì)區(qū)間6的變形縫數(shù)量的重新設(shè)置，減小了區(qū)間內(nèi)測(cè)點(diǎn)在張合方向、沉降方向上的位移值。表3內(nèi)所呈現(xiàn)的變形縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力也未超過C40混凝土的抗拉和抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，該案例充分說明在該工程中在滿足結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力的情況下對(duì)變形縫設(shè)置數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化的充分可行性。

4 結(jié) 語

水工建筑物變形縫施工方面的技術(shù)問題廣泛存在，水工建筑物投產(chǎn)以后的修復(fù)工作十分復(fù)雜，存在維護(hù)費(fèi)用高，可操作空間狹小且修復(fù)效果欠佳等困難。因此有必要在建筑物投運(yùn)前的施工規(guī)劃階段設(shè)置變形縫時(shí)采用文章所述的改進(jìn)方法，通過對(duì)水工建筑物建立三維——荷載模型分析其縱向最大應(yīng)力和各方向的位移來優(yōu)化變形縫的數(shù)量，同時(shí)采用加強(qiáng)后澆帶和外墻誘導(dǎo)縫手段和使用新型密封止水材料充當(dāng)止水層，能有效改善水工建筑物沉降、開裂和滲漏問題。