張劍峰，陳世偉，狄昊，程鎧，周紫晨

（1.中冶武漢冶金建筑研究院有限公司，湖北 武漢 430000；2.中國(guó)一冶集團(tuán)有限公司天津分公司，天津 300300）

我國(guó)建設(shè)管廊大多采用明挖法施工，管廊主體多為現(xiàn)澆混凝土[1]。考慮現(xiàn)澆混凝土干縮、內(nèi)外溫度不同導(dǎo)致的拉裂縫的特點(diǎn)以及協(xié)調(diào)地基變形（由于地基土質(zhì)不均），必須在間隔一定的長(zhǎng)度設(shè)置變形縫以協(xié)調(diào)變形[2]，減少混凝土的開(kāi)裂。而管廊屬于地下工程，其防水等級(jí)為二級(jí)，不允許出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)滲漏水，將會(huì)直接影響管廊的安全運(yùn)營(yíng)，造成嚴(yán)重的影響。主體結(jié)構(gòu)可以依靠結(jié)構(gòu)自防水和防水卷材進(jìn)行雙重防水，而變形縫處只能完全依靠防水材料進(jìn)行防水[3-4]。

變形縫內(nèi)設(shè)置鋼邊橡膠止水帶、外側(cè)外包防水卷材進(jìn)行防水處理[5-6]。而因?yàn)椴僮鞴げ皇炀?、施工管理人員監(jiān)管不到位、混凝土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、混凝土振搗不密實(shí)、鋼邊橡膠止水帶在施工過(guò)程中出現(xiàn)偏移等原因?qū)е伦冃慰p處十縫九漏。

本文依托天津市北辰東道綜合管廊建設(shè)項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究、方案設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用相結(jié)合的方式，探討更為理想的管廊變形縫防水方法，以改善變形縫處目前存在的漏水難題。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于天津市北辰區(qū)北辰東道，綜合管廊西起辰環(huán)路，東至津圍公路，主線全長(zhǎng)約4.72 km，采用三艙斷面，分別為電力艙、綜合艙及熱力艙，電力艙凈尺寸為B×H=2.6 m×3.3 m，綜合艙凈尺寸為B×H=3.6 m×3.3 m，熱力艙凈尺寸為B×H=5.2 m×3.3 m，采用三孔鋼筋混凝土閉合框架結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)混凝土的抗?jié)B等級(jí)為P8，地下管廊防水等級(jí)為二級(jí)。綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段每隔30 m設(shè)置1道30 mm變形縫。在管廊結(jié)構(gòu)迎水面變形縫外側(cè)設(shè)外貼式橡膠止水帶。結(jié)構(gòu)中部設(shè)中埋式鋼邊橡膠止水帶，再加上該部位鋼筋密集、預(yù)埋件繁多，此處施工工序復(fù)雜，難度大，防水要求高。因此應(yīng)該重點(diǎn)研究變形縫處的防水性能、質(zhì)量控制措施及施工技術(shù)。

本研究的內(nèi)容主要包括抗裂防水混凝土的研制、新型鋼邊橡膠止水帶的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、變形縫施工質(zhì)量控制等，并且結(jié)合具體工程進(jìn)行了示范應(yīng)用，取得了良好的使用效果。

2 試驗(yàn)與設(shè)計(jì)

2.1 原材料

水泥：唐山燈塔P·O42.5水泥，28 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別為7.5、45.4 MPa；粉煤灰：楊柳青熱電廠Ⅱ級(jí)灰，氯離子含量為0.024%，堿含量為0.54%，燒失量為5.72%，45 μm篩篩余17.1%；礦粉：堿含量0.52%，氯離子含量0.24%，28 d活性指數(shù)98%；硫酸鈣晶須：密度2.69 g/cm3，抗張強(qiáng)度20.5 GPa，抗張模量178 GPa，直徑4～10 μm，長(zhǎng)度50～200 μm；粗骨料：4.75~26.5 mm連續(xù)級(jí)配的遵化碎石，含泥量0.8%，泥塊含量0.2%，堿-集料反應(yīng)膨脹率0.06%；細(xì)骨料：遵化河砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量2.4%，泥塊含量0.9%，氯離子含量0.01%，堿-硅酸反應(yīng)膨脹率0.05%；聚羧酸高性能減水劑：天津君合，JH-1型，氯離子含量0.07%，堿含量6.43 kg/m3，密度1.037 g/cm3，pH值5.61；碎石、河砂的顆粒級(jí)配曲線分別如圖1、圖2所示。

圖1 碎石的顆粒級(jí)配曲線

圖2 河砂的顆粒級(jí)配曲線

2.2 試驗(yàn)方法

（1）根據(jù)JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》設(shè)計(jì)混凝土的基礎(chǔ)配合比，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)基礎(chǔ)配合比進(jìn)行調(diào)整得到試驗(yàn)配合比，得到防滲等級(jí)為P8的C40混凝土，初始坍落度為（200±20）mm。。

（2）力學(xué)性能：按照GB/T 50081—2019《混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)試件成型、養(yǎng)護(hù)及性能進(jìn)行測(cè)試。

（3）工作性能：按照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，測(cè)試其坍落度和擴(kuò)展度來(lái)表征混凝土的工作性能。

（4）耐久性能：按照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試其抗碳化性能、抗氯離子滲透性能；按照CCES 01—2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》測(cè)試其塑性收縮開(kāi)裂性能。

2.3 設(shè)計(jì)過(guò)程

2.3.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整后，確定混凝土配合比見(jiàn)表1。

表1 混凝土試驗(yàn)配合比 kg/m3

2.3.2 鋼邊橡膠止水帶設(shè)計(jì)

分析認(rèn)為，舊式鋼邊橡膠止水帶防水效果不佳的主要原因有：（1）止水帶寬幅一般在350 mm左右，尺寸偏小，鋼邊與混凝土的結(jié)合面積偏小，防水通道偏短。（2）鍍鋅鋼邊表面光滑，與混凝土的結(jié)合能偏小，止水定的固定能力弱。（3）止水帶橡膠部分變形能力弱，容易被撕裂。（4）安裝不規(guī)范，施工隨意性大。

針對(duì)以上實(shí)際存在的原因，經(jīng)過(guò)充分的論證與優(yōu)化設(shè)計(jì)，新型防移位鋼邊橡膠止水帶設(shè)計(jì)為如下樣式：（1）寬度約400 mm，中間橡膠部分寬度約260 mm，中間最大厚度約40 mm，變形部分采用內(nèi)圓外方的形式，便于安裝定位且有利于提升變形性能與抗撕裂性能。（2）橡膠部分兩邊分設(shè)數(shù)道約3 mm×3 mm的凸條以增加橡膠與混凝土的結(jié)合強(qiáng)度。（3）鋼邊等距開(kāi)孔，孔徑15~20 mm，所開(kāi)圓孔用于安裝時(shí)與管廊結(jié)構(gòu)鋼筋連接，并且可以作為止水帶下部混凝土是否振搗密實(shí)的觀察孔，更為重要的是通過(guò)圓孔硬化后的混凝土相當(dāng)于鉚釘，將止水帶緊緊地固定，避免了止水帶的移位和拔出。（4）采用變形性能更強(qiáng)的熟膠，以提升抗撕裂性能。新舊2種鋼邊橡膠止水帶實(shí)物如圖3、圖4所示。

圖3 舊式止水帶局部

圖4 新型鋼邊橡膠止水帶

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 膠材體系對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響（見(jiàn)表2）

表2 膠材體系對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響

由表2可以看出：（1）按照強(qiáng)度富余系數(shù)1.15計(jì)算，YY-04與YY-05的28 d抗壓強(qiáng)度已不符合設(shè)計(jì)要求，其中YY-05的28 d抗壓強(qiáng)度為37.6 MPa，已低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度40 MPa，說(shuō)明過(guò)多的礦物摻合料嚴(yán)重影響了混凝土的強(qiáng)度，實(shí)際工程不宜采用。（2）與YY-01相比，YY-02增多了粉煤灰用量，減少了礦粉用量，其7 d抗壓強(qiáng)度略低，28 d抗壓強(qiáng)度略高，坍落度略高；與YY-02相比，YY-03進(jìn)一步減少了20 kg/m3水泥，兩者28 d抗壓強(qiáng)度基本持平，表現(xiàn)出較好的后期強(qiáng)度發(fā)展能力。（3）通過(guò)對(duì)比，適當(dāng)減少水泥用量，適當(dāng)增加粉煤灰用量，不會(huì)降低混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度，同時(shí)水泥用量的減少和粉煤灰用量的增加有利于降低混凝土的水化熱，提升其抗裂性能，故此次對(duì)比試驗(yàn)優(yōu)選的配合比為YY-03。

3.2 砂率對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響（見(jiàn)表3）

表3 砂率對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響

由表3可以看出：（1）隨著砂率從42%降至38%，混凝土的坍落度和28 d抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)先提升后降低的趨勢(shì)，其中以40%砂率的YY-07坍落度和28 d抗壓強(qiáng)度最高，分別為200 mm、49.9 MPa。（2）YY-03、YY-06、YY-07的坍落度和各齡期抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。但過(guò)高的砂率導(dǎo)致混凝土收縮率變大，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，優(yōu)先選取較小的砂率，故此次對(duì)比試驗(yàn)優(yōu)選的配合比為YY-07。

3.3 混凝土耐久性

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最終確定用于施工的優(yōu)化配合比為YY-07，對(duì)該配比進(jìn)行電通量、抗碳化、早期塑性收縮開(kāi)裂試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。綜合可知，該混凝土抗碳化、抗氯離子滲透、抗塑性收縮開(kāi)裂性能優(yōu)異，具有良好的耐久性。

表4 優(yōu)化配合比YY-07混凝土的耐久性能

4 工程應(yīng)用

經(jīng)過(guò)水泥混凝土的實(shí)驗(yàn)室研究，并且按照設(shè)計(jì)要求加工了新型鋼邊橡膠止水帶后，在天津北辰管廊項(xiàng)目進(jìn)行了實(shí)際使用。按照設(shè)計(jì)方案，分別對(duì)止水帶的安裝質(zhì)量和混凝土的施工質(zhì)量進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)與控制。

止水帶安裝質(zhì)量控制重點(diǎn)為：（1）止水帶呈15°~20°的V字型與變形縫對(duì)中布置，模板固定在中間凸起方形部位；（2）鋼筋彎鉤鉤住鋼邊開(kāi)孔后與結(jié)構(gòu)筋焊接，將止水帶與鋼筋網(wǎng)連成整體，焊接間距約500 mm；（3）止水帶在轉(zhuǎn)角處應(yīng)按≥200 mm的圓弧半徑轉(zhuǎn)彎，并保持止水帶平整。

按照優(yōu)選配合比進(jìn)行混凝土拌制后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)段的澆筑，測(cè)得的混凝土坍落度為200 mm，7、28 d抗壓強(qiáng)度分別為38.4、49.2 MPa，完全滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。變形縫處混凝土的澆筑控制重點(diǎn)為：（1）沿變形縫橫向澆筑，優(yōu)先保證伸變形處混凝土澆筑的連續(xù)性。（2）先澆筑止水帶下半部分，澆筑厚度約300mm，在距離止水帶邊距約200 mm處進(jìn)行振搗，直至鋼邊孔全部冒漿為止。（3）然后澆筑上半部分混凝土，振搗時(shí)振動(dòng)棒要插入下層混凝土0~100 mm，以混凝土不再沉落、不出現(xiàn)氣泡為止。如圖5～圖7所示。

圖5 止水帶安裝效果好

圖6 振搗密實(shí)圓孔冒漿

圖7 止水帶居中效果好

止水帶安裝完后90 d左右，管廊主體施工完畢且泥土回填，在經(jīng)歷約7 d的暴雨后對(duì)新、舊鋼邊橡膠止水帶安裝的管廊變形縫的防水效果進(jìn)行了檢查，如圖8、圖9所示。

圖8 舊體系變形縫處滲水嚴(yán)重

圖9 新體系變形縫處未滲水

從圖8、圖9可以看出：采用優(yōu)選混凝土、新型鋼邊橡膠止水帶且進(jìn)行規(guī)范操作的變形縫處沒(méi)有漏水，防滲效果良好，綜合防滲體系明顯提高了綜合管廊變形縫處的抗?jié)B性能。

5 結(jié)論

（1）本研究混凝土的最佳配合比為m（水泥）∶m（粉煤灰）∶m（礦粉）∶m（水）∶m（砂）∶m（碎石）∶m（晶須）∶m（減水劑）=1∶0.2∶0.1∶0.54∶2.41∶3.62∶0.02∶0.026。試驗(yàn)室檢測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)留樣檢測(cè)的結(jié)果表明，該配合比的混凝土具有良好的泵送施工性能，較高的早期強(qiáng)度和較大的長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展；同時(shí)，其抗氯離子滲透性、抗碳化性能優(yōu)異，抗塑形收縮開(kāi)裂性能良好。

（2）新型鋼邊橡膠止水帶設(shè)計(jì)極為合理，鋼邊圓孔既保證了安裝和使用過(guò)程中止水帶的位置固定，同時(shí)也保證了止水帶下部混凝土的充分密實(shí)，從而堵塞了下部滲水通道，確保變形縫處防水性能。

（3）本研究的綜合體系基本解決了變形縫處滲水頻繁、嚴(yán)重的行業(yè)難題，達(dá)到了基本不漏水的目標(biāo)，為后續(xù)類似項(xiàng)目提供了切實(shí)可靠的操作方法，具有十分重要的工程應(yīng)用實(shí)踐意義。同時(shí)，減少變形縫處漏水，也進(jìn)一步大幅減少了綜合管廊的維護(hù)成本和運(yùn)營(yíng)成本，在示范工程中的應(yīng)用表現(xiàn)出了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。