(10.3.1)-10-3沉管的防水设计

地下建筑结构第10章沉管结构知识点3沉管的防水、变形缝、管段接头及基础设计

10.3.1沉管的防水措施早期的沉管隧道都是采用钢壳，既是施工阶段的外模，又是管段沉设以后使用阶段的防水层。最初的矩形钢筋混凝土管段，还是用四边包裹的钢壳。20世纪50年代以后，开始改用三边包裹的钢壳，顶板上的钢板改以柔性防水层代替，不但节省了钢材，降低了造价，而且也便利了施工。从1956年以后，又发展成为单边钢板防水加三边柔性防水的做法，只在底板之下仍保留钢板作防水层（取其在施工阶段不易被损坏）。到20世纪60年代初，全部采用柔性防水，完全不用钢板。10.3沉管的防水设计柔性防水层最初使用的沥青油毡；20世纪50年代开始采用了玻璃纤维布油毡；60年代后期，异丁橡胶卷材开始应用于管段防水上；近年来又发展了涂料防水代替施工较麻烦的卷材防水。沉管自身防水亦是一项极为重要的防水措施，自身防水在一定条件下也可以取代外防水。10.3.1沉管的防水措施钢壳防水虽已不再常用，但到七十年代仍有一些工例继续采用它，然而其主要的目的，已不仅是防水而已，另一更重要的目的是缩小干坞规模。如单纯作为防水措施，钢壳的缺点主要是：耗钢量大

焊接质量不能保证防锈问题仍未切实解决，目前多用喷涂环氧焦油的办法来防锈，亦有用阴极保护法防锈的。钢板与混凝土之间粘结不良

10.3.2钢壳与防水钢板防水钢板的单位面积用钢量，比钢壳的单位面积用钢量低得多，仅为其1/4左右。主要是钢板厚度可以薄很多，而且又略去大量的加劲及支撑，基本上不再使用型钢。改用钢板防水（即仅在管段底板下用钢板防水层）的工程实例日渐增多。10.3.2钢壳与防水钢板利用多层（3-6层）沥青类卷材或合成橡胶类卷材胶合成的粘贴式防水层，或利用聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸等防水涂料作为外防水层。缺点：卷材防水层施工复杂，易起包；涂料防水层的延伸率小，在潮湿的混凝土表面涂布粘结不良。10.3.3卷材防水与涂料防水10.4.1变形缝的布置与构造钢筋混凝土的沉管结构，如无适当的措施，很容易因隧道的纵向变形而开裂。在变温影响下，两次浇筑的混凝土，不均匀沉降、地震影响等都可能导致管段开裂。这种纵向变形所引起的裂缝都是通透的，对防水很不利。因此，在设计中必须采取适当措施加以防止。10.4

变形缝与管段接头设计在隧道轴线方向设置，把每一管段分割成若干节段，每一段节段的长度一般在15～20m。用于较长的混凝土管段（节）单元连接和抵抗差异沉降和由温差所造成的变形。接缝应设在混凝土结构的中断处。10.4.1变形缝的布置与构造图10-12常见的收缩裂缝图10-13变形缝的布置（节段的划分）10.4.1变形缝的布置与构造最有效的措施是设置垂直于隧道轴线方向的变形缝，把每节管段分剖成若干节段。根据各国的实践经验，节段的长度不宜过大，一般为15～20m左右。变形缝的构造要满足三个主要要求：能适应一定幅度的线变形与角变形；施工阶段能传递弯矩，使用阶段能

传递剪力；变形前后均能防水。变形缝的临时传力措施图采用橡胶-金属止水带的内外防水变形缝的各组成部分中，最为主要的是既能适应变形，又能有效地堵住渗漏的止水缝带，又简称作止水带。止水带的种类与型式很多。铜片等金属止水带现已很少采用。塑料（聚氯乙烯）止水带弹性较差，只能适应幅度较小的变形，预制管段中用得不多。在管段中用得较普遍的是橡胶止水带和

钢边橡胶止水带。橡胶止水带系用天然

橡胶（生胶）或含胶率70％的天然像胶，

或合成像胶（如氯丁橡胶等）制成。10.4.2止水缝带图10-16钢边橡胶止水带

1—钢边（0.7mm厚钢板）管段沉设完毕之后，须与前面已沉设好的管段（简称既设管段）或竖井接合起来。这项联接工作在水下进行，故亦称水下连接。管段接头应具有以下功能和要求：水密性要求；具有抵抗各种荷载作用和变形的能力；接头各构件功能明确，造价适度；接头施工性好，施工质量能保证，尽量做到能检修。常用接头：GINA止水带、OMEGA止水带、水平和竖直剪切键、波形连接件、端钢壳。10.4.3管段接头10.4.3管段接头10.5.1地质条件与沉管基础在水底沉管隧道中，因作用在沟槽底面的荷载，不因设置沉管而有所增加，相反，却有所减小。10.5沉管基础设计所以沉管隧道很少需要构筑人工基础以解决沉降问题。10.5.1地质条件与沉管基础设γs=7kN/m3，H=8m，γt=12.5kN/m3，则=59.5kN/m3=20kN/m310.5沉管基础设计因为在开槽作业中，不论是使用哪一种类型的挖泥船，挖成后的槽底表面总有相当程度的不平整。使槽底表面与沉管底面之间存在着很多不规则的空隙。会导致地基土受力不匀而局部破坏，从而引起不均匀沉降，使沉管结构受到较高的局部应力，而致开裂。在沉管隧道中必须进行基础处理——垫平，以消灭这些有害的空隙。10.5.2基础处理10.5.2基础处理沉管隧道的各种基础处理方法，大体上可分为先铺法和后填法二大类。先铺法是在管段沉设之前，先在槽底上铺好砂、石垫层，然后将段沉设在这垫层上。适用于底宽较小的沉管工程。后填法是在管段沉设完毕之后，再进行垫平作业。后填法大多（除灌砂法之外）适用于底宽较大的沉管工程。10.5.2基础处理如果沉管下的地基土特别软弱，容许承载力非常小，则仅作“垫平”处理是不够的，仍应认真对待。解决的办法有：

以砂置换软弱土层：会增加工程费用很多，且在地震时有液化危险。打砂桩并加荷预压：亦会大量地增加工程费用，对工期影响太大，所以一般不用。减轻沉管重量：不实用。采用桩基：解决桩顶与管底接触问题。10.5.3软弱土层中的沉管基础沉管隧道采用桩基后，也会遇到一些通常地面建筑所碰不到的向题。基桩桩顶标高在实际施工中不可能达到完全齐平。在管段沉置完毕后，难以保证所有桩顶与管底接触。为使基桩受力均匀，在沉管基础设计中必须采取一些措施。解决的办法大体上有三种：1.水下混凝土传力法

基桩打好后，先浇一、二层水下混凝土将桩顶裹住，而后再在水下铺上一层砂石垫层，使沉管荷载经砂石垫层和水下混凝土层传递到桩基上去。10.5.3软弱土层中的沉管基础2.砂浆囊袋传力法

在管段底部与桩顶之间，用大型化纤囊袋灌注水泥砂浆加以垫实，使所有基桩均能同时受力。所用囊袋既要具有较高的强度，又要具有充分的透水性，以保证灌注砂浆时，囊内水能顺利地排出囊外。砂浆的强度，不需要太高，略高于地基土的抗压强度即可。但流动度则要高些，故一般均在水泥砂浆中掺入斑脱土泥浆。10.5.3软弱土层中的沉管基础10.5.3软弱土层中的沉管基础图11－19砂置换1－砂置换；2－隧道底高程图10-20水下混凝土传力学图10-21矿浆囊袋传力法1－水下混凝土1－砂、石垫层；2－砂浆囊袋图10-19砂置换1－砂置换；2－隧道底高程3.活动桩顶法在所有的基桩顶端设一小段预制混凝土活动桩顶。在管段沉设完毕后，向活动桩顶与桩身之间的空腔中灌注水泥砂浆，将活动桩顶顶升到与管底密贴接触为止（图1