CN113718703A - 一种装配式变形自适应挡浪墙组合结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种属于土木工程材料和海洋工程结构领域的装配式变形自适应挡浪墙组合结构及其施工方法。该挡浪墙结构在迎浪侧预制拼装高延性水泥基复合材料防护面板，主墙体为现浇混凝土，形成的连接部件以高延性水泥基材料施作。其施工步骤为：吊装防护面板至预定位置并以斜支撑固定，对板底塞缝和注浆孔注浆后，在板间接缝处绑扎钢筋、支模并浇筑高延性材料，拆模后焊接固定斜向拉结筋，完成钢筋绑扎及支模后分层浇筑混凝土。装配式变形自适应挡浪墙组合结构通过板面预留筋确保结构整体性，延性防护面板协同连接部件实现结构变形的自适应，提高挡浪墙的抗渗性和抗冲击性能，进而改善结构耐久性；并且防护面板可兼做永久性模板，显著缩短工期。
Description
技术领域
本发明属于土木工程材料和海洋工程结构领域，特别涉及一种装配式变形自适应挡浪墙组合结构及其施工方法。
背景技术
海堤挡浪墙是防潮安全工程的重中之重，而我国沿海地区的挡浪墙结构长期暴露于海水侵蚀、浪溅冲刷引起的疲劳荷载、海浪潮汐形成的干湿循环、昼夜交替及季节变化带来的巨大温差等多重恶劣环境，加之大体积混凝土温差变形大、收缩显著，挡浪墙结构产生宏观裂缝几乎不可避免，严重者甚至贯穿结构，引发挡浪墙结构的耐久性问题。
挡浪墙通常由浆砌块石或普通混凝土填筑而成，此类结构在海浪反复冲刷后易发生砂浆脱落或混凝土开裂，这使得有害离子快速侵入结构内部腐蚀钢筋，最终导致结构过早破坏。另外，挡浪墙的暴露面积和长度均较大，为释放温度应力及收缩变形，通常需要每隔数米设置一道伸缩缝，但这往往又成为结构的薄弱环节，加速混凝土的劣化。传统挡浪墙结构的变形适应力差，在复杂的海洋服役环境下裂缝宽度将持续增大，保护层厚度不断减小，进一步降低挡浪墙结构的使用寿命。
挡浪墙结构的耐久性问题根源于所用混凝土材料的应变软化属性，其决定了结构在开裂以后的缝宽无法得到有效控制，最终使挡浪墙结构陷入“缝宽增大-侵蚀加剧-缝宽增大”的恶性循环。高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered CementitiousComposites，简称ECC)正是为克服传统混凝土材料的应变软化属性而发展起来的新型土木工程材料，这种经微观力学设计的复合材料在1993年第10卷第2期的Journal of JSCE中由Victor C.Li发表的名为“From micromechanics to structural engineering-thedesign of cementitious composites for civilengineering application”的学术论文中首次提出，其具有应变硬化特征，宏观极限拉应变可达3％-5％，并且受拉过程中形成的微裂纹可做到缝宽自控，能有效阻止有害离子的侵入。因此，该材料有望改变传统挡浪墙结构的变形适应能力，并从根本上改善海洋工程结构的耐久性。
发明内容
本发明的目的是提供一种装配式变形自适应挡浪墙组合结构及其施工方法，其特征在于，所述装配式变形自适应挡浪墙结构在迎浪侧预制拼装高延性水泥基复合材料防护面板，板间接缝、板底塞缝及注浆孔均采用高延性水泥基复合材料施作，在连接部件达到一定强度后拆模，然后进行普通混凝土的现场浇筑；防护面板兼做永久性模板，协同连接部件发挥变形自适应功能，达到抵抗冲击、协调结构变形的目的。
所述高延性水泥基复合材料防护面板预留U型钢筋，挑出板面并与普通混凝土中的钢筋绑扎连接，这使得预制防护面板与现浇混凝土结合稳固；沿一定高度预留钢环，用于连接斜向拉结筋，以提高防护面板作为支护模板的稳定性；两端出挑胡子筋，便于相邻防护面板的钢筋绑扎，增强节点连接的稳定性。
所述高延性防护面板间的接缝水平截面采用T字形，形成构造柱，增大永久性模板的抗侧刚度。
所述高延性防护面板、板间接缝、板底塞缝及注浆料应采用同一标号高延性水泥基复合材料，并且其抗拉强度应略低于混凝土的抗拉强度，保证裂纹被引入高延性材料而非混凝土内部。
所述高延性水泥基复合材料由普通硅酸盐水泥、粉煤灰、膨胀剂、石英砂、水、PVA纤维和高效聚羧酸减水剂按照一定比例搅拌而成，其拌合物应具有良好的和易性，且不应有纤维结块，以便注浆作业。
所述装配式变形自适应挡浪墙组合结构的施工步骤如下：
1.校准基础相应预留筋位置后吊装高延性防护面板，就位后立即以斜支撑螺杆固定，采用高延性水泥基复合材料进行板底塞缝和注浆孔注浆；
2.在防护面板间的接缝处，绑扎预留胡子筋、竖向钢筋和水平箍筋，迎浪侧采用普通钢模板，背侧采用大角模，以加长螺栓贯穿板孔紧固两侧模板，然后浇筑高延性水泥基复合材料，顶层抹面后覆膜养护，待达到一定强度后拆除模板；
3.斜向拉结筋的顶端弯钩挂入防护面板的预留钢环，底端则与基础预留筋焊接；边拆除斜支撑螺杆边进行钢筋绑扎作业，其余侧面的支护模板与防护面板形成稳固的模板体系；
4.分层浇筑混凝土，每层厚度不超过500mm，浇至指定标高时抹面，凝结期间需严格控制混凝土温度，以湿草席等覆盖混凝土并定期洒水养护，拆除模板后用高延性材料封堵板孔。
本发明所述装配式变形自适应挡浪墙组合结构与现有技术相比具有以下优点：
1)预制装配高延性防护面板解决了高延性水泥基复合材料与普通混凝土两种不同材料的同步施工问题，并有效保证了挡浪墙结构的保护层厚度；
2)高延性防护面板兼做永久性模板，免除拆模工序，大幅降低支模成本；
3)高延性水泥基复合材料应用于挡浪墙迎浪侧和结构连接处，做到重点部位重点防护，提高挡浪墙结构的抗冲击性和抗裂性，实现结构变形的自适应；同时，小于80μm的细微裂纹能有效阻止有害离子侵入，改善挡浪墙结构的耐久性；
4)装配式变形自适应挡浪墙组合结构的施工进度快、耐久性好、修补成本低，能有效降低全寿命周期内的工程和社会成本。
附图说明
图1是装配式变形自适应挡浪墙组合结构的施工示意图
图2是高延性防护面板接缝支模立面图
图3是高延性防护面板接缝支模俯视图
具体实施方式
本发明提供一种装配式变形自适应挡浪墙组合结构及其施工方法。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图1为装配式变形自适应挡浪墙组合结构的施工示意图。该装配式变形自适应挡浪墙组合结构采用迎浪侧预制拼装高延性水泥基复合材料防护面板1和背浪侧现浇普通混凝土2的组合结构形式。在迎浪侧通过吊环3吊装高延性防护面板1，就位后立即安装斜支撑螺杆5，校准防护面板1的垂直度后进行紧固，采用高延性水泥基复合材料进行板底塞缝8和注浆孔9的注浆。在板间接缝处绑扎钢筋，通过加长螺栓18贯穿板孔14固定迎浪侧钢模板15和内侧大角模17，然后浇筑高延性水泥基复合材料，成型T形截面柱16以加强节点连接，现浇材料达到一定强度后拆除模板。斜向拉结筋10的上端弯钩挂入防护面板1的预留钢环11，下端则与基础6相应预留筋7焊接。之后拆除斜支撑螺杆5，为防止拆除期间防护面板1发生倾倒，应保证拆除斜支撑的防护面板长度与支模长度一致。将紧邻防护面板1的一排基础预留筋7穿过水平向U型钢筋13，绑扎钢筋至所需高度，拼装钢模板4并建立稳固的支撑体系。分层浇筑混凝土2，每层厚度不得超过500mm。水平U型钢筋13的设置能增强高延性材料与普通混凝土之间的界面粘合力，避免高延性防护面板1发生脱落。
实施例
本实施例中每块高延性防护面板1的纵向长度为4m，高度为3m，厚度为0.1m，用方量为1.2m3，重量为3t。防护面板1、板底塞缝8、注浆孔9和T形截面柱16所用高延性水泥基复合材料的强度标号均为C30，普通混凝土2的强度标号为C40。基础6的预留钢筋7长度统一取300mm，防护面板1两端胡子筋12长度为200mm，水平U型钢筋13的净宽为200mm，预留钢环11沿纵向每隔0.8m布置一道，沿竖向每隔1m布置一道。
吊装前先检查吊具及吊环3是否稳固可靠，校核最外侧一排预留筋7(又称插筋)的位置和垂直度，采用8t汽车起重机吊装高延性防护面板1至指定位置，立即用长度可调的斜支撑螺杆5固定防护面板1，微调斜支撑螺杆5校正防护面板1的垂直度。采用C30高延性水泥基复合材料进行板底塞缝8和注浆孔9注浆，上层注浆孔9溢浆后及时封堵，注浆结束后1d内不得施加振动、冲击等不利荷载，特别注意高延性注浆料应具有足够的流动性且无纤维结块，防止堵塞灌浆筒管道。
图2和图3分别为高延性防护面板接缝处支模的立面图和俯视图，接缝处钢筋安装步骤为：从顶部紧贴胡子筋12垂直插入竖向钢筋20，绑扎水平箍筋21。然后通过加长螺栓18贯穿板孔14固定迎浪侧钢模板15和内侧大角模17，并用横向支撑19加固模板。浇筑C30高延性水泥基复合材料，成型T形截面柱16以加强节点连接性能，并于3d后拆模。
斜向拉结筋10的上端弯钩挂入防护面板1的钢环11，其下端与基础6相应预留筋7焊接。高延性水泥基复合材料7d强度可达设计强度的75％以上，故养护7d且斜拉筋作业完成后可拆除斜支撑螺杆5。考虑到防护面板1仍存在倾倒的可能性，需保证拆除斜支撑的防护面板长度与支模长度一致。然后紧贴U型钢筋13的内角点垂直插入竖向钢筋，绑扎钢筋。加长螺栓18贯穿板孔14与横向支撑19连接，这使得防护面板1与钢模板4形成稳定的模板体系。对高延性防护面板1内侧进行喷水湿润，增强高延性防护面板1和普通混凝土2之间的粘结性能。然后分层浇筑普通混凝土2，每层厚度不超过500mm，新一层混凝土浇筑后，应将震动棒插入下层约100mm共同振捣，达到设计标高进行抹面。浇筑时注意监测混凝土温度，将内外温差控制在较低水平以保证大体积混凝土的质量。现浇混凝土需沿纵向每隔8m设置一道伸缩缝，缝宽取30mm。
挡浪墙结构属于大体积混凝土结构，混凝土的温度、质量以及施工温度等都需要严格控制，采取保温、保湿的方式对混凝土进行养护，比如覆盖湿草席并定期洒水养护。浇筑3d后拆模，拆模顺序为解除加长螺栓18，取下横向支撑19和模板斜支撑(未表示)，拆除钢模板4，从上至下依次分批拆除。拆除模板后用高延性水泥基复合材料封堵板孔14。高延性水泥基复合材料的振捣、抹面及养护方法等施工工艺可参照普通混凝土进行。
本实施例所用高延性水泥基复合材料的各项力学性能测试结果列于表1。力学试验所用试块浇筑成型并在24h脱模后，放入标准养护室养护28d，进行抗拉、抗压、抗弯试验。
表1实施例中高延性水泥基复合材料的各项力学性能测试结果表(28d)
| 抗压强度/MPa | 30.06 |
| 极限压应变/％ | 0.63 |
| 抗拉强度/MPa | 3.34 |
| 极限拉应变/％ | 2.41 |
| 抗弯强度/MPa | 9.38 |
| 极限挠度/mm | 3.75 |
该装配式变形自适应挡浪墙组合结构迎浪侧的温度变形、冲击荷载由高延性水泥基复合材料自身形成的多条细微裂纹吸收，实现变形自适应的功能；背浪侧的现浇混凝土每隔8m设有一道伸缩缝，也能起到释放应力变形的作用。不超过80μm的细微裂纹可抵挡有害离子侵入混凝土内部，阻止钢筋锈蚀的发生，因此对挡浪墙结构耐久性的影响微乎其微。
为实现发明所述的装配式变形自适应挡浪墙组合结构体系，必须处理好普通混凝土和高延性水泥基复合材料之间的界面粘结性能以及两者抗拉性能之间的从属关系。高延性水泥基复合材料采用较低的抗拉强度可保证裂缝发生在高延性材料而非普通混凝土中，既充分利用高延性材料的抗拉性能又降低了普通混凝土的开裂风险。水平U型钢筋的设置提高了两种材料之间的界面粘结性能，避免了高延性防护面板脱落现象的发生。
Claims (6)
1.一种装配式变形自适应挡浪墙组合结构，其特征在于，所述装配式变形自适应挡浪墙组合结构在迎浪侧预制拼装高延性水泥基复合材料防护面板，板间接缝、板底塞缝及注浆孔均采用高延性水泥基复合材料施作，在连接部件达到一定强度后拆模，然后进行普通混凝土的现场浇筑；防护面板兼做永久性模板，协同连接部件发挥变形自适应功能，达到抵抗冲击、协调结构变形的目的。
2.根据权利要求1所述一种装配式变形自适应挡浪墙组合结构，其特征在于，所述高延性水泥基复合材料防护面板预留U型钢筋，挑出板面并与普通混凝土中的钢筋绑扎连接，这使得预制防护面板与现浇混凝土结合稳固；沿一定高度预留钢环，用于连接斜向拉结筋，以提高防护面板作为支护模板的稳定性；两端出挑胡子筋，便于相邻防护面板的钢筋绑扎，增强节点连接的稳定性。
3.根据权利要求1所述一种装配式变形自适应挡浪墙组合结构，其特征在于，所述防护面板间的接缝水平截面采用T字形，形成构造柱，增大永久性模板的抗侧刚度。
4.根据权利要求1所述一种装配式变形自适应挡浪墙组合结构，其特征在于，所述高延性防护面板、板间接缝、板底塞缝及注浆料应采用同一标号高延性水泥基复合材料，并且其抗拉强度应略低于混凝土抗拉强度，保证裂纹被引入高延性材料而非混凝土内部。
5.根据权利要求1所述一种装配式变形自适应挡浪墙组合结构，其特征在于，所述高延性水泥基复合材料由普通硅酸盐水泥、粉煤灰、膨胀剂、石英砂、水、PVA纤维和高效聚羧酸减水剂按照一定比例搅拌而成，其拌合物应具有良好的和易性，且不应有纤维结块，以便注浆作业。
6.一种装配式变形自适应挡浪墙组合结构的施工方法，其特征在于，所述装配式变形自适应挡浪墙组合结构的施工步骤如下：
1)校准基础相应预留筋位置后吊装高延性防护面板，就位后立即以斜支撑螺杆固定，采用高延性水泥基复合材料进行板底塞缝和注浆孔注浆；
2)在防护面板接缝处，绑扎预留胡子筋、竖向钢筋和水平箍筋，迎浪侧采用普通钢模板，背侧采用大角模，以加长螺栓贯穿板孔紧固两侧模板，然后浇筑高延性水泥基复合材料，顶层抹面后覆膜养护，待达到一定强度后拆除模板；
3)斜向拉结筋的顶端弯钩挂入防护面板的预留钢环，底端则与基础预留筋焊接；边拆除斜支撑螺杆边进行钢筋绑扎作业，其余侧面的支护模板与防护面板形成稳固的模板体系；
4)分层浇筑混凝土，每层厚度不超过500mm，浇至指定标高时进行抹面，凝结期间需严格控制混凝土温度，以湿草席等覆盖混凝土并定期洒水养护，拆除模板后用高延性材料封堵板孔。
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