防潮闸新老混凝土连接设计与施工

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1、工程概况及特点

1.1 工程概况
    宁车沽防潮闸位于天津市塘沽区宁车沽村西潮白河与永定新河交汇处，是潮白、北运河水系的主要控制工程之一，集防洪、挡潮、排涝和蓄淡于一体，对确保海河流域北系的防洪安全具有重要作用。工程建于1971年。
    宁车沽防潮闸设计流量为3060m³/s，为II等工程，主体建筑物的级别为2级。地震设防烈度为8度。 由于防潮闸长期在海水及盐雾环境下运行和受唐山地震破坏影响，该闸存在诸多安全隐患，2000年12月对宁车沽防潮闸进行了安全鉴定，评定该水闸安全类别为三类，需进行除险加固，对部分结构进行拆除重建。 除险加固后，全闸共22孔，其中中部20孔过流，两边孔用混凝土墙封堵。每孔净宽8m，中墩厚1.1m，闸室总宽199.1m，顺水流方向总长123m。工作闸门为升卧式平板钢闸门，位于闸室中部，上下游分别设有检修闸门。闸上设有工作桥、检修桥和交通桥。
1.2 工程特点
    近年来，我国对许多病险水闸进行了安全鉴定和除险加固，总结积累了大量的设计和施工经验。但是，由于受到资金和工期等条件的限制，在满足水闸运用功能和结构安全的前提下，仅对水闸的部分结构进行拆除重建，宁车沽防潮闸就是一个典型的实例。

    宁车沽防潮闸保留了闸底板和部分闸墩，由于闸室整体稳定的需要，闸室底板向上游加长。同时，将原闸墩部分拆除并向上游接长，原闸墩上部也有部分拆除。因此，整个闸室有以下新老混凝土的结合、连接部位：加长段新闸底板与原闸底板、原闸底板顶面与其上层新浇混凝土面、新老闸墩的立面、新老闸墩的水平面、新闸墩与老底板等，见附图。 附图：新老混凝土连接部位示意图 ①新老底板连接 ②老底板顶面新浇砼 ③新闸墩与老底板连接 ④新老闸墩立面连接 ⑤新老闸墩平面连接
2、设计方案
    新老混凝土的连接一是解决新老混凝土结构本身的结合，使新老混凝土结合面的强度尽可能地达到新混凝土本身的结构强度，限制或减少混凝土裂缝的发生。二是通过插入新老混凝土中的钢筋来加强新老混凝土的结合，当结构承受的拉力超过混凝土本身的抗拉强度时由钢筋来承担。一般来说，钢筋强度的设计能够容易满足，而新老混凝土结合面的处理不易。
    根据新老混凝土结合面所处的不同部位，宁车沽防潮闸采取以下相应的处理措施。
    加长段新闸底板与原闸底板的连接：利用原闸底板已有的与原铺盖之间的连接钢筋，并在原闸底板内沿水平方向钻孔布置两排插筋，插筋间距为200mm。为保证新老闸底板在接缝处的垂直变位一致，原混凝土闸底板留有长厚均为0.3m的平台，新闸底板位于平台之上。为扩大新老混凝土结合面的面积，将原闸底板结合面的上部凿成45°斜面。
    原闸底板顶面与其上层新浇混凝土面的连接：由于地基沉降，原闸底板高程平均降低了0.43m左右。为恢复闸底板高程，需在原闸底板上新浇筑混凝土。为保证新老混凝土的结合，采取以下措施：将原混凝土闸底板沿厚度方向凿除10cm，在原混凝土底板上钻孔埋植插筋，插筋间排距为1m，梅花形布置，插筋埋入原混凝土底板中的长度为0.5m，上部露出0.35m。浇筑新混凝土之前在老混凝土底板顶面铺设一层水泥砂浆。
    新老闸墩的立面连接：新老闸墩的立面接缝正处于下游检修闸门槽位置，是闸墩结构强度比较薄弱的部位，容易产生竖向裂缝。设计在原闸墩立面上布置三排插筋，其中，闸墩两侧的插筋为贯穿检修门槽的结构钢筋，中间一排插筋为加强新老混凝土连接的钢筋，其长度比两侧钢筋短些。在浇筑闸墩混凝土时，应随着混凝土仓面的上升，在老闸墩结合面上涂刷（或喷射）一层水泥净浆或无机界面胶，以保证新老混凝土结合面的粘接强度。
    新老闸墩的水平面连接：两个边孔闸墩需部分拆除后浇筑混凝土进行加高，原闸墩拆除高度以满足竖向新老钢筋焊接长度要求，并应使钢筋的焊接位置间隔错开。
    新闸墩与老底板连接：根据闸室结构布置的需要，将原闸墩上游部分进行了拆除，而原闸墩下的底板予以保留，拆除的闸墩部分将与上游加长的闸墩段一起浇筑，形成整体。在老闸底板上根据闸墩结构强度计算布置所需的闸墩钢筋，以钻孔的方式进行植筋，钢筋的锚固长度必须满足规范要求。在浇筑混凝土之前，需对原闸底板进行凿毛、冲洗，并应在原闸底板上铺设水泥砂浆。
3、锚固和粘接材料的选用及现场试验
3.1 插筋锚固材料的选用及拉拔试验
    在新老混凝土连接中大量使用了插筋，为保证插筋的锚固强度，除满足锚固长度外，在插筋孔中需填充锚固材料，以增加插筋与混凝土之间的粘接强度。用于灌注插筋的锚固材料选用了两种，即TK锚固剂和膨胀砂浆，分别用于水平插筋和垂直插筋。膨胀砂浆中掺入UEA型膨胀剂和早强剂，膨胀剂的掺入量为水泥重量的10%，膨胀砂浆的强度不低于C20混凝土强度等级。
    采用TK锚固剂的水平插筋经现场拉拔试验检测，φ20（II级）钢筋拉拔力达106.9kN时仍完好，而II级φ20钢筋设计抗拉力为97.4kN，满足设计要求。采用膨胀砂浆的垂直插筋经现场拉拔试验检测，拉拔力也能满足设计要求。TK锚固剂为独立的筒式包装，便于注入水平钻孔中，施工迅速。膨胀砂浆相对便宜，用于竖向插筋。