后浇带在庙沟翻水站工程中的设计与应用

刘彪

蒙城县茨淮新河工程管理所    

摘要：为消除老站安全隐患，提高茨淮新河灌区的灌溉保证率，满足区域20年一遇防洪要求，实施庙沟翻水站拆建工程。新建庙沟翻水站为闸站结合型式，设抽引孔6孔，自引孔1孔，采用对称布置。抽引孔净宽3.80m, 机组中心距4.70m, 每孔设1200ZLB- 135立式轴流泵1台，配套电机功率160kW,总装机功率960kW。自引孔净宽8.0m, 设平面直升钢闸门1道。站身采用块基整体结构，站身顺水流向长22.00m, 垂直水流向宽38.40m。闸站顶高程为5.40m, 上方设主厂房。

关键词：后浇带；庙沟翻水站

1 结构计算

1.1 荷载标准

站身稳定计算、地基承载力计算按照规范要求执行，站身结构计算、地基基础沉降计算采用河海大学结构有限元软件Autobank进行。庙沟翻水站闸站站身按3级水工建筑物设计，所受荷载包括自重和活荷载两大类。自重：机房(站身)重量、金属结构及机电设备重量(局部加重);活荷载：土压力、水压力、水重、浮托力、渗透压力、风雪荷载、人群、车辆、临时起重等活荷载。站身结构布置如图1所示。

1.2 参数选用

根据规范要求及工程站址处地基条件确定建筑物工程稳定设计参数，建筑物地基应力最大值与最小值之比的允许值，中等坚实的地基土质上，基本荷载组合时为2.00,特殊荷载组合时为2.50。

工程主要建筑物地板站身底板位于(3-6)轻粉质壤土夹重粉质壤土层，根据SL 265—2016经验参数表查得，地基土与建筑物底板之间摩擦系数 f=0.25～0.40。考虑各建筑物均采取地基处理，本工程取用地基土与建筑物底板之间摩擦系数f=0.30。

图1 站身结构图 

根据GB 50265—2022《泵站设计标准》和SL 265—2016对建筑物地基允许沉降量和沉降差的规定，本次设计按地基最大沉降量不超过15cm, 最大沉降差不超过5cm控制。

1.3 计算结果

站身稳定、地基反力计算结果：站身基底应力最大值出现在完建期，基底应力最大值为121.58kPa, 最小值为120.78kPa, 平均值为121.18kPa。完建期无水平荷载，抗滑稳定安全系数满足设计要求。站身底板位于轻粉质壤土夹重粉质壤土层，地基土承载力特征值为75kPa, 地基承载力不满足要求，需进行地基处理。设计采用30cm×30cm预制混凝土方桩复合基础，桩长10m, 桩间距1.50m, 单桩承载力特征值为232kN,复合地基承载力特征值为146kPa。

站身结构计算结果：根据站身结构型式，以框架结构进行计算，边荷载范围按照1倍的站身宽度确定。后浇带的浇筑发生在完建期，文章仅对完建期的结果加以说明。

根据计算结果，工程底板面层最大弯矩出现在通航孔面层，为432kN·m, 底板底层最大弯矩出现在两侧边孔外侧，为594kN·m。

2 后浇带设计

2.1 后浇带布置

抽引孔内水机、金属结构设备较多，为避免因施工质量等因素带来的风险，不宜在抽引孔内设置后浇带，因此本工程后浇带布置于自引孔内。因自引孔面层中间部位弯矩较大，若仅在中部设置1道后浇带，后浇筑的混凝土强度不能承受较大的弯矩。因此考虑在自引孔的两侧各布置1道后浇带。设计采用2道后浇带，布置于自引孔内两侧临墩墙处，为便于后续清杂、凿毛等处理，设计后浇带宽度为1.4m, 中间设置紫铜片水平止水1道，后浇带使用微膨胀混凝土浇筑。

2.2 施工工序设计

后浇带设计主要作用是为了减少后期不均匀沉降产生的裂缝，根据Autobank计算成果，站身沉降主要发生在两侧抽引孔，中间自引孔沉降较小。荷载加载步设置为30d时，抽引孔处沉降为8.82cm, 自引孔处沉降为3.44cm。因此，施工时将首先浇筑抽引孔底板及墩墙，待其完成一定沉降后再浇筑后浇带。由于自引孔面层弯矩较大，为了后 浇带浇筑完成后，面层承载能力能达到相应的强度，自引孔底板中间部位同期一起浇筑。上部厂房结构荷载较大，后浇带未实施前，其荷载全部由两侧自引孔承担。通过计算分析，此种情况下，地基反力大于复合地基承载力，上部厂房荷载不能全部在二期加载。经计算，上部厂房荷载达到9000kN时，地基反力为140kPa, 设计地基基础能满足要求。根据计算结果，二期添加荷载为上部厂房的立柱及横梁，其总重量约为6000kN,满足设计要求。

根据计算结果，站身部位施工工序为：①抽引孔、自引孔底板；②抽引孔、自引孔墩墙；③抽引孔中、上部结构；④厂房立柱；⑤后浇带、自引孔上部结构；⑥墙后回填土1,回填至▽0.50m; ⑦上部厂房剩余结构；⑧墙后回填土2,回填至设计高程；⑨其他剩余工程。

3 站身计算成果复核

根据上述施工工序，对站身计算成果进行复核。在自引孔及上部厂房立柱浇筑完成后，站身底板基底反力为108kPa,满足承载力要求。下面主要对沉降结果进行复核。

计算模型：根据站身结构型式，以框架结构进行计算，边荷载范围按照1倍的站身宽度确定。计算加载步共分为4步，每步历时30d,材料荷载加载步如下。

0步：地基土材料；1步：抽排孔底板、墩墙及设备自重，上部房屋荷载一半；2步：自引孔底板、面板自重及其上荷载；3步：两侧回填土压力；4步：边荷载、上部房屋剩余荷载。

沉降计算结果：第1加载步在抽排孔及上部厂房一半荷载加载后，地基沉降达到8.94cm,第2步后浇带及自引孔加载后，地基总沉降为9.67cm,第3步加载完成后，地基总沉降为9.69cm,第4步加载后地基总沉降量为11.8cm。在第1步加载后，已完成大部分沉降，后期沉降为2.98cm,且为总体沉降，对站身裂缝控制等影响较小。

本工程地基土层以砂性土为主，施工排水条件较好，考虑该部分施工工期较长(3～4个月),站身沉降基本可在施工期间完成，后期沉降较小。因此前期站身抽引孔沉降基本稳定后再对自引孔后浇带砼进行封闭浇筑，采取上述措施基本可消除地基不均匀沉降带来的底板裂缝风险，认为后浇带方案可行。

4 类似工程参考

根据其他类似工程多年的监测数据，后浇带的设置对工程结构并未产生不好的影响，工程的沉降变形、结构裂缝等均满足规范要求。庙沟进水闸工程闸室分3孔，底板总宽47.8m,于中孔内临墩墙侧各布置1道1m宽后浇带，根据工程闸室沉降监测资料，监测期间北侧底板累计沉降7mm,南侧累计沉降16mm,南、北侧沉降差为9mm,满足规范要求。英水沟闸底板宽41.4m,共3孔，各布置1道后浇带于边孔临中墩侧。根据两年的监测观察，闸室底板未出现影响结构的裂缝，取得了很好的工程效果。

5 结语

对于宽度稍大于35m的闸站底板，采用整体式底板对于抗滑抗变形有其结构上的优势，相对于分离式底板也能节省投资。对于设置后浇带的方案，不仅需要对工程结构进行全面的受力分析，以确定后浇带的布置位置，还需要对因施工工序的改变带来荷载加载步的变化对工程其他影响方面进行复核，以满足沉降变形、地基承载力等方面的要求。工程施工时，还需要做好后浇带与一期浇筑底板之间的处理，防止在后浇带处产生施工缝，后期还应做好长期的工程位移变形监测工作，以期为更多类似工程设计工作提供参考。

参考文献

[1] SL 265—2016.水闸设计规范[S].

[2] GB 50265—2022.泵站设计标准[S].

[3] 杨宇，贡锦炜，吴雷，等.后浇带在句容河蓄水闸上的应用研究[J].山西建筑，2021,47(20):3.