第四节 基础构造要求及构造设计

前面几节论述了水工基础工程设计的研究对象，从基础工程的构成阐述了基础的形式，而组成基础构件间的基本构成关系和相互连接的方式，就是基础构造设计。随着科技进步，各种新材料、新工艺的应用，会不断派生出新的构造形式。纵观水工基础工程设计，目前常用的基础构造设计归纳起来，主要有以下内容。

一、永久变形缝和止水的设置

永久变形缝和止水是水利工程中不可或缺的设计内容，彼此形影相随，相伴而生。设计中它们可能不像结构构件容易受到重视，但缝的设置将会改写结构的受力单元，改变传力体系，可以解决结构中产生过大的变形和内力问题。

永久变形缝的设置看似简单，但缝的利用、设计正确与否，体现出设计人员对结构体系的理解，质量在于细节，设不设缝这是大的概念，而构造设计决定了设缝的效果。缝的设计包含概念设计和构造设计，缝的设置改变了结构的受力单元、传力体系，这是设计概念；止水是与缝相对而生，没有缝也就没有止水，因此，止水完全属于一种构造。

（一）伸缩缝

水工结构长度较长时，为了防止和减少由于温度变化和混凝土干缩等产生的裂缝，应根据水工建筑物布置，合理设置伸缩缝，将水工建筑划分为若干个结构独立的部分。分段长度（即缝距）应根据地基条件和结构构造特点，结合考虑采用的施工方案和措施确定。一般岩基上的分段长度不宜超过20m，土基上的分段长度不宜超过35m。

必须指出，水工混凝土结构一般不计算由于温度、收缩产生的内力。结构的温度—收缩问题，一般由构造措施和施工措施来解决。伸缩缝的设置就是其中一项有效措施，因此，设计中应重视伸缩缝的设置。

（二）沉降缝

1.沉降缝设置原则

用沉降缝将建筑物（包括基础）分割为两个或多个独立的沉降单元，可有效地防止地基不均匀沉降产生的损害，分割出的沉降单元，原则上都要求具备体型简单、长高比小、结构类型不变以及所处的地基比较均匀等条件。沉降缝的位置通常选择在下列部位：

（1）长高比过大的建筑物的适当部位。

（2）平面形状复杂的建筑物转折部位。

（3）地基土的压缩性有显著变化处。

（4）建筑物的高度或荷载有很大差别处。

（5）建筑物结构类型（包括基础）截然不同处。

（6）分期建造建筑物的交界处。

（7）拟设置伸缩缝处（沉降缝可兼作伸缩缝）。

例如，在安装间与主泵房之间、主副厂房高低跨分界处，由于荷载悬殊，可以设置沉降缝处理。必须指出，建筑物设置沉降缝后，各单元尚应按要求进行地基变形验算，并应考虑相邻单元的影响。

2.沉降缝的布置

当同一建筑物中的各部分，由于基础沉降而产生显著沉降差时，则可能产生结构难以承受的内力和变形，此时，可采用沉降缝将两部分分开。沉降缝不但应贯通上部结构，而且应贯通基础本身。

基础沉降缝的布置有3种方案：双墙基础方案、悬挑式方案和交叉式方案。双墙基础又称平缝，水工基础分缝处一般都需设止水，因此，设计中采用平缝较多；悬挑式和交叉式布置，在房屋建筑的基础中应用较多，可查阅相关书籍。

沉降缝的间距，应视地基土质的变化、地基反力的改变及温度应力而定。一般在地基压缩性较大时，底板每块长度不超过20m；在地基较好的情况下，底板每块长度不宜超过35m。水工建筑在邻近两岸与岸墙连接处，由于边荷载影响，底板分块长度应缩短；沉降缝一般均采用平缝，平缝便于止水设置，如闸墩之间可采用双墙基础以形成平缝，如图1.4-1所示。

在设计中，凡相邻建筑地基反力相差悬殊的地方，都应采用沉降缝分开。以水闸为例，如图1.4-2所示，在闸底板与铺盖连接处、闸底板与消力池连接处、消力池与翼墙连接处、岸墙与翼墙连接处等，均应设置沉降缝。此外，在消力池与护坦连接处，为了防止可能发生的不均匀沉降和由于温度变化而产生裂缝，也应设置沉降缝。

3.沉降缝的宽度

根据上述原则划分的沉降单元，具有良好的整体刚度，沉降也比较均匀，一般不会再开裂。然而，单元之间仅有一缝之隔，沉降太大时，不免要在彼此影响下发生互倾。此时，如果缝的宽度不够或被坚硬物堵塞，单元的上方就会顶住，有可能造成局部挤坏，甚至发生整个单元竖向受挠的破坏事故。沉降缝的宽度可根据经验参照已建工程确定，初步设计时，土基上建筑物沉降缝的宽度可参照表1.4-1的数值确定。

水工主体建筑与上下游连接段设置的沉降缝，其缝宽一般为2cm左右。要求是当建筑发生不均匀沉降时，每个结构单元能够独立自由变化，不至于发生互相约束与挤压现象，因此，沉降缝宽度并非为定值；当建筑物高度较高，地基压缩性较大，沉降缝一般宜较宽；相反，沉降缝的宽度可以减少。

4.沉降缝的构造

沉降缝地面以下部分可用粗砂填实，粗砂抗剪强度低，对于两侧建筑不均匀沉降影响很小，但可以对沉降产生的互倾提供一定的支撑。

（三）防震缝

1.防震缝的设置要求

抗震设计的水工建筑在下列情况下宜设置防震缝：

（1）各部分刚度相差很多，采用不同材料和不同结构体系时。

（2）各部分质量相差很大时。

（3）各部分有较大的错层时。

防震缝应在地面以上沿结构物的全高设置，当不作为沉降缝时，基础可以不设防震缝。但在防震缝处的基础应加强构造措施。不要采用牛腿托梁的办法设防震缝，因为地震时各单元之间，其振动情况是不同的，连接处容易压碎、拉断，发生严重破坏。

各结构单元之间设了伸缩缝和沉降缝后，当需要设置防震缝时，伸缩缝和沉降缝的缝宽，应满足防震缝宽度的要求，当高度不超过15m时，防震缝宽度不应小于100mm。

2.防震缝的构造

防震缝地面以下部分应采用粗砂填实，以使结构在地震作用时获得必要的侧向约束，地震发生时，墙体之间通过密实粗砂传递水平地震作用，减少位移。当沉降缝、防震缝两缝合一时，构造相同，缝内均可以采用粗砂填实。

（四）永久变形缝设置的要求和分析

1.伸缩缝、沉降缝和防震缝比较

综上所述，伸缩缝、沉降缝和防震缝的作用各不相同，设置的要求也各不相同，有区别也有联系。为了比较并有利于应用，其作用和在结构中的竖向设置要求综述如下：

（1）伸缩缝，是为了避免温度应力、混凝土收缩应力使建筑物产生裂缝而设置的。设置伸缩缝时只需断开上部结构，基础可不断开。

（2）沉降缝，是为了避免地基不均匀沉降在建筑物中产生裂缝而设置的。沉降缝不但要贯通上部结构，而且也要贯通基础。

（3）防震缝，是设置在需要抗震设防的地区，且应设置在建筑中层数、质量、刚度的差异过大，可能在地震时引起应力和变形集中而造成破坏的部位；防震缝应在地面以上设置。

在抗震设防地区，无论设置哪种变形缝，其宽度都应该按照防震缝的宽度来设置。这是为了避免在震灾发生时，由于缝宽不够而造成建筑物相邻的分段互相碰撞，造成破坏。

2.永久变形缝的设置要求

伸缩缝、沉降缝和防震缝都是结构中的永久变形缝，在设置永久变形缝时要注意以下要求：

（1）在既需要设置伸缩缝又需要设置沉降缝时，伸缩缝应与沉降缝合并设置，以使整个建筑物的缝数减少。

（2）需抗震设防的水工建筑，其沉降缝和伸缩缝必须符合防震缝的宽度要求。

（3）采取必要的结构和施工方面的措施，尽量避免各种缝的设置。

（4）缝的宽度应根据建筑物的类型、地质条件、建筑高度、施工条件等综合考虑后确定。

（5）水工结构设置永久变形缝后，各结构单元应分别计算各自的稳定性，并应采取可靠措施防止两者之间发生相互倾斜。

（6）要做好永久变形缝的止水防渗。

综合以上所述，对于基础结构永久变形缝的设置，其要求、作用等综合列于表1.4-2中，以便更简洁、直观。

3.永久变形缝综合分析

水工建筑物中永久变形缝的设置，设计时应从整体结构出发，综合考虑。例如，泵房、闸室需要分缝时，一般都设永久缝，且贯穿基础，这样将基础分成若干段，每段为一整体结构，包括一个或几个机组（闸孔）块，在一个段内上部结构又可以被不贯穿下部结构的伸缩缝分成几段。闸孔一般2～3孔一联，机组一般1～3台一联。

永久缝的设置是有区别的，设计基础时，是否分缝一定要认真分析后确定。以泵房为例，如果将伸缩缝贯通至地基形成沉降缝，则泵房被分割成相互独立的若干厂房段，则可能由于沉降不均匀而使各厂房段发生不同的倾斜与沉降，甚至吊车梁在分缝处错开。为了避免这种情况，可将伸缩缝只做到下部块体结构为止，泵房底板沿纵向连成整体，底板结构相应加强。如果泵房很长，则也可以每隔几道伸缩缝设一道贯穿基础的沉降缝。设计泵房时要考虑设置永久缝后，缝的两侧发生不均匀沉降的可能性，并应采取适当措施。

沉降缝的造价颇高，且要增加建筑及结构处理上的困难，所以不宜轻率使用。沉降缝可结合伸缩缝设置，在抗震区最好与防震缝共用。

4.设缝的技术措施

建筑结构在设沉降缝后，上部结构须在缝的两侧均设独立的抗侧力结构，如泵房和闸室结构，应形成双梁、双柱和双墩墙；但变形缝的构造比较复杂，且施工难度较大、防渗问题较多。通常，对建筑各部分沉降差的化解，有以下3种处理方法。

（1）让各部分自由沉降，互不影响，避免出现由于不均匀沉降时产生的内力。“放”不是无条件的放开，其相邻建筑（单元）沉降差不应大于5cm，以免止水损坏。“放”的方法，似乎比较省事，而实际上建筑、结构、施工等各方面问题不少，因此，设计中能不设缝还是应尽量不设；但相应宜采取必要的技术措施，如增加基础处理、结构做后浇带、加强结构易变形处的刚度等。

（2）采用端承桩或利用刚度很大的基础。端承桩桩端至坚硬的基岩或砂卵石层，尽可能避免产生显具的沉降差；利用刚度很大的基础，即用基础本身的刚度来抵抗沉降差。但实际工程中，完全用刚度很大的基础来抵抗沉降差而不设缝的做法显然不经济，一般情况下不宜采用。

（3）在设计与施工中采取措施，调整结构各部分沉降，减少其差异，降低由沉降差产生的内力。可按“调”的办法采取以下措施：

1）利用调整相邻建筑基础的大小和埋深，以调整相邻基础的压力差。

2）施工时“先深后浅”、“先重后轻”。当相邻基础的基底面深浅不一时，若先浇浅部位的混凝土，则在浇筑深的部位时，可能会扰动已浇部位的基土，导致混凝土沉降、走动或断裂，所以施工时应“先深后浅”。

“先重后轻”是为了给重的部位有预沉时间，使地基达到相对稳定，以减轻对邻接部位混凝土产生的不良影响。例如，与翼墙、挡土墙相连接的消力池、铺盖等部位，应尽量推迟到挡土墙砌筑并回填到一定高度后再开始浇筑，以减轻边载影响而造成消力池、铺盖混凝土边缘部位开裂。

3）“调整高程”。当沉降值计算较为可靠时，沉降量大的建筑高程可定得稍高，沉降量小的建筑高程定得稍低，预留两者沉降差，使最后两者实际高程基本一致。

（五）基础结构的止水

在水工建筑物中，凡有防渗要求的缝，均应设止水。

水上部分的永久缝中，常填充一定弹性的防渗、防水材料，以防止在施工或运行中被泥沙或杂物填死，并防止风雨从缝中对厂房内部的侵袭。水下部分的永久缝应设置止水，以防止沿缝隙的渗漏，重要部位需设两道止水，中间设沥青井。止水布置主要取决于水工结构类型、结构特点、地基特性等，应采用可靠、耐久而经济的止水形式。

1.止水要求

水工建筑需设置大量的永久变形缝，而基础的永久变形缝一般都是沉降缝，设置的位置不同，则要求也不相同。沉降缝的止水大致有以下几种：

（1）沉降缝只允许建筑物间彼此无约束且能自由变位，但是不允许透水。

（2）沉降缝不仅可彼此变形，且允许过水，但应防止地基内土壤为渗透水所带出。

（3）沉降缝内设置止水，其目的是为了防止水流自缝隙中大量流失而对建筑物形成冲刷。

从上述可以看出，不同的沉降缝，对止水设计要求则不同。不仅如此，在进行止水设计时，尚应考虑其他条件，如即使一些不允许透水的缝隙，但由于缝隙处上下游间水头差不同，其设计应有所差异；有一些缝隙止水损坏或工作条件不良，发生透水现象时，很容易被发现和易于进行修补，这种止水设计标准可稍降低；有的止水如果发生损坏，立即对建筑物安全带来严重的后果时，则应采取可靠的止水措施；也有些止水损坏后不易被发现，且损坏后无法进行更换维修，此时也应采取较可靠的止水措施。在进行止水设计时，一定要分别对待，确保建筑物安全。

2.止水材料

对于承受水压不大的水工建筑，止水材料主要是使用金属或塑料制成的止水片（或称止水带），沥青掺合料及沥青加工的制成品，要求能抗水的渗透又能适应变形。止水片有紫铜片、铝片、不锈钢片、镀锌铁片以及塑料制成的止水片。前三者耐久性好，能适应地基不均匀沉降，防渗性能好，多用于建筑物的主要止水设备，其厚度一般采用1.4mm左右，宽度根据原材料规格结合构造需要决定。镀锌铁片只用于次要的建筑物，其厚度一般为2～3mm，耐久性较差，使用时应考虑到损坏后可能引起的后果及修复措施。塑料止水片的优点是防渗性能好、弹性大、施工方便；缺点是不均匀沉降较大时，止水片会被撕破。水工基础设计中，最常用的有紫铜片止水，因为紫铜片耐久，柔性好，能适应地基变形。

3.止水设备的形式

a.传统的止水形式

止水有水平止水和垂直止水，基础中一般多为水平止水，块基型基础中有水平止水和垂直止水。水平止水一般设置在铺盖、消力池、底板、墩墙等之间的永久变形缝。水平止水的形式很多，其设计要求随着沉降缝的位置不同而有所不同，传统的止水带都是采用中埋式，如图1.4-3所示，只是缝的形状和构造稍有不同。

b.一种新型止水形式

以上所述为传统的止水形式，也称为中埋式止水，即将止水带埋设于沉降缝两侧的混凝土结构中。但在实际工程中，尤其是地下室防水，变形缝处仍经常发生渗漏，说明止水带的防水并不十分可靠，究其原因，存在以下问题：

（1）混凝土和止水带不能紧密粘接稳固，在水压力作用下，水可以缓慢地沿着结合缝处渗入。

（2）沉降缝两侧建筑发生不均匀沉降时，使止水带受拉，部分止水带变薄，与混凝土之间的缝逐渐变大，因此，加大了渗水通道。当沉降差过大，止水带甚至破坏而彻底丧失其功能。

（3）沿缝的长度方向，一条止水带常有几处搭接，搭接方式基本是叠搭，封闭效果往往不理想，即成为渗水隐患。

（4）止水带施工时，变形缝一侧先施工，止水带埋入状态较好；在施工另一侧混凝土时，止水带下方的混凝土难以密实，甚至有空隙，止水带没有被紧密地嵌固在混凝土中，使止水作用大减。

为了消除中埋式止水的以上弊端，可以采用一种新型的装配式止水；这种止水是在变形缝施工时，按设计要求预埋不锈钢螺栓，止水带两侧按螺栓间距和大小预留孔洞，止水带由钢板通过螺栓压紧，从而发挥止水效果；止水带下设置P形橡胶带，既可调节钢板下止水带的受压状态，同时，又增加了一道P形止水，防渗止水双保险，如图1.4-4（a）所示。

中埋式止水中，少数止水损坏发生透水现象时，能被发现和易于进行修补，且对建筑安全影响不大；而多数止水损坏后不易被发现，且损坏后无法进行更换维修。而装配式止水，通过不锈钢螺栓与结构连接，连接牢靠，且可以维修、可以更换，剖面如图1.4-4（b）所示。

根据变形缝两侧不同的建筑，装配式止水有两种形式：其一是两侧均为装配式，变形缝具有安装止水带的空间时，可采用这种形式，如边墩与翼墙之间的垂直止水、翼墙前趾与护坦之间的水平止水等；其二是中埋式—装配式，即一侧为中埋式，另一侧为装配式，如图1.4-4（c）所示；当一侧为主体建筑，可以采用中埋式，另一侧为护坦，则可以采用装配式；例如，闸室与消力池之间的水平止水，在消力池一侧可采用装配式。

中埋式—装配式，同样适用于垂直止水，此时，一端为装配式，另一端为中埋式，且预埋一端应设沥青井，如图1.4-4（d）所示，预制混凝土封板宜采用挂板技术。

二、齿墙设计

1.齿墙结构形式

a.传统的齿墙形式

传统的齿墙为倒梯形，如图1.4-5（a）所示。齿墙一般比底板深500～1000mm，底宽一般不小于500mm，并以1：1斜坡与底板连接。在设计中，传统的齿墙只作为加厚的板边，其配筋也是按板边缘侧面封边构造配筋，如图1.4-5（b）所示。

b.齿墙优化后的形式

齿墙两端与墩墙整体浇筑，形成固结，赋予了齿墙梁的功能，对筏板而言是下翻梁，而不是加厚的板边。传统的齿墙斜坡部分，只能作为板底加固，对于梁、板都是无效部分，且施工不便，因此，宜优化为矩形梁，如图1.4-6所示。这种齿墙作为梁受力明确，施工方便。

2.齿墙设置方式和作用

a.设置方式

齿墙的设置有多种形式，根据底板的需要确定。挡水建筑物底板，一般上、下游均设置齿墙；为了增加齿墙的抗滑效果，也可设置前后深浅不等的齿墙，或不做后齿墙；不同的设置方式，如图1.4-7所示。如何设置齿墙，应根据建筑抗滑、抗渗和抗冲的需要而定。

b.作用分析

水工挡水建筑物底板上、下游侧设置齿墙后，其作用有以下几点。

（1）抗滑作用。第一，齿墙增加了基础的抗滑力，当建筑达到滑动破坏时，齿墙前的土压力达到被动土压力值，而齿墙后的土压力接近于零。第二，改变了基底滑动面，有齿墙的滑动面为上下游齿墙底的连线，如图1.4-7（b）所示；这样，由基底与土间的摩擦滑动变为土的剪切破坏，从而提高了基础的抗滑力。对于无齿墙，滑动破坏面位于基底与地基的接触面。第三、底板上下游设齿墙时，由于齿墙对地基土的嵌固，可有效地提高地基的承载能力，从而进一步提高建筑的抗滑作用，此时齿墙起着抗滑和地基加固双重作用。

（2）防渗作用。上游齿墙的作用是降低作用在底板上的渗透压力，下游齿墙具有减小出逸坡降，有助于防止地基土产生渗透变形。

（3）抗震措施之一，提高结构的抗震安全。底板设置齿墙，可以有效地防止因地震作用使地基与基础底板脱离而产生管涌或集中渗流。

以上关于齿墙的抗滑作用，在设计中只作为安全储备，计算一般不计入。

三、后浇带的作用及设置

1.设置后浇带的原因

后浇带最早在房屋建筑工程中应用，效果很好。近年来，在水利工程中也有应用。后浇带的主要作用是减小施工区段的结构长度，减少混凝土的收缩应力，以及消除施工期间的差异沉降等。后浇带作为一种施工方法，有以下情况之一，则宜考虑设置：

（1）结构较长，需要设置伸缩缝但没有设置伸缩缝时。

（2）结构各部分预计沉降量相差较大，需要设置沉降缝但没有设置沉降缝时。

（3）基础一次浇筑的混凝土量太大，但未采取相应的构造措施时。

2.后浇带的类型

a.伸缩后浇带

伸缩后浇带主要是用以减少混凝土收缩对结构的影响。混凝土收缩需要相当长的时间才能完成，其收缩变形在龄期6周后才能基本稳定。在适当增大伸缩缝最大间距的各项措施中，结构施工阶段，采取伸缩后浇带，是减小混凝土收缩不利影响的有效方法。

b.沉降后浇带

沉降后浇带主要用以消除施工期间建筑物差异沉降对结构的影响，即调整地基初期不均匀沉降而设的后浇带。例如，当建筑物存在较大的高差，而结构设计根据具体情况可不设置永久变形缝时，可采用施工后浇带来解决施工阶段的差异沉降问题，如主泵房与安装间可采用沉降后浇带。

必须指出，设置沉降后浇带后，设计尚应验算地基的变形，以考虑后浇带封带后地基的后续变形对结构的影响。基础设计过程中，应按沉降后浇带封带前后的不同情况，沉降后浇带划分引起的不同结构分区、不同沉降情况，分别计算沉降后浇带封带以前，各结构分区互不相关；沉降后浇带封带以后，结构连为整体，将承受建筑物剩余的差异沉降所产生的应力，两者取不利值作为设计工况。

建筑物的沉降由施工期间沉降和使用期间（完工后）沉降所组成，设置沉降后浇带，可以消除施工期间建筑物沉降差，建筑物在施工期间完成的沉降量可根据工程经验确定。当无可靠工程经验时，也可按表1.4-3确定。表中地基土的压缩性可按p₁=100kPa，p₂=200kPa时相对应的压缩系数a_1—2划分为低、中、高压缩性，并按该表1.4-3进行评价。

建筑物最终沉降量s，按分层总和法计算；施工期间完成的沉降量s₁，可按表1.4-3确定；则剩余沉降s₂为

3.设置后浇带的位置和要求

a.平面位置

后浇带间隔距离为30～40m，应从基础受力影响较小的部位通过，且便于施工的位置。例如，框架结构中框架梁和楼板设置时，一般在1/3跨中处，可以是直线形式，也可以是折线形式、曲线形式。但应注意上部结构的后浇带，可以与基础后浇带平面位置错开，但必须在同一跨内。

b.垂直位置

结构的地面以上、地面以下均应布置，且尽可能对齐设置。

c.设置要求

后浇带通常做法如图1.4-8所示。根据后浇带的作用，习惯上将后浇带分为沉降后浇带和伸缩后浇带两种类型，其设置要求详见表1.4-4。

但需要注意，后浇带只能解决施工期间的混凝土自收缩，它不能解决由于温度变化引起的结构应力集中，更不能替代伸缩缝。如果认为设置了后浇带就无需再设伸缩缝，这种将后浇带和伸缩缝等同起来的看法是错误的，因为两者的作用并不相同。在基础采用有效的后浇带后，有可靠经验时，可适当增大伸缩缝间距，但不能用后浇带替代伸缩缝。

d.膨胀加强带

当水工建筑底板超长过多，单靠设置后浇带不足以解决混凝土收缩和温度变化问题时，可以考虑采用补偿收缩混凝土，在适当位置设置膨胀加强带。采用这种方法，不仅可以进一步增大伸缩缝最大间距，而且可以用膨胀加强带取代部分施工后浇带，从而实现混凝土的连续浇筑即无缝施工。

采用膨胀加强带取代部分施工后浇带时，膨胀加强带的位置应设置在结构温度应力集中部位，并应制定严格的技术保障措施，保证混凝土原材料的质量和微膨胀剂的配合比准确。因此，设计时应对结构各部位混凝土的限制膨胀率提出明确要求。

e.后浇带部位的钢筋

后浇带部位的钢筋一般不宜断开，而应让钢筋连续通过，即只将后浇带处的混凝土临时断开。有的工程将后浇带内钢筋全部断开，这时为避免在同一截面钢筋100%连接，宜将后浇带曲折布置，而不要沿一直线布置。钢筋的连接方式宜首选机械连接或焊接，但要注意施工质量。钢筋采用搭接连接时，应注意后浇带的宽度要满足按规范计算的钢筋搭接连接长度。

基础后浇带的断面形式和做法，应在结构设计图纸上用详图明确表示出来。

4.后浇带的施工要求

（1）混凝土的浇筑时间。一般在主体结构封顶后2～3个月后进行，至少大于30d；且浇筑时的温度宜略低于主体结构浇筑时的温度。

（2）混凝土的浇筑要求。后浇带两侧缝的处理方法同施工缝，具体过程如下：

1）在已经硬化的混凝土表面，清除水泥薄膜和松动石子以及软弱的混凝土表层，用水充分湿润（一般湿润时间不宜少于24h）并冲洗干净，且不得积水。

2）在后浇带两侧缝混凝土处，铺上一层10～15mm厚纯水泥浆或与混凝土成分相同的水泥砂浆。

3）混凝土应捣实，新旧混凝土应紧密结合。后浇混凝土强度等级相应提高一级，同时掺加适量的微膨胀剂。

5.设置后浇带的作用

浇筑前，后浇带两侧主体结构在水平方向可以自由伸缩、在垂直方向可以自由沉降；浇筑后，后浇带两侧主体结构协同工作。因此，建筑物中设置后浇带具有以下作用：

（1）减少后浇带两侧主体结构混凝土在浇筑成型过程中产生的部分收缩应力，混凝土的抗拉强度可以大部分用来抵抗温度应力，从而提高结构抵抗温度变化的能力。

（2）减少后浇带两侧主体结构由于自重等原因引起的部分差异沉降量，提高建筑物抵抗不均匀沉降变形的能力。

四、铰的作用及设置

由于水利工程组成的复杂性，相邻建筑较多，虽然相邻建筑之间一般都设置了沉降缝，但由于两者基础相距太近，建筑整体稳定和基底应力相互影响。相邻建筑之间的相互影响，要求设计人员应从整体布局上协调考虑，化不利为有利，对相邻基础相互借力，充分利用。

在基础设计中，为消除相邻建筑之间的不利影响，可在设置永久变形缝的两个相邻基础间采用铰接，使两者既能共同承担荷载、抵抗表面滑动，又能各自伸缩和沉降。

1.铰的作用和构造

a.分担荷载、增加抗滑

当相邻的两个弹性地基梁，在上部荷载作用下基底应力相差很大时，在已设置了变形缝的相邻两个基础之间，可以设置一种只传递剪力的铰，将相邻两基础连接起来，这样基底应力大的基础，可以利用相邻基础分担一部分荷载。

例如，翼墙基础与护坦相邻，两者之间设置了沉降缝，在不设铰的情况下，两个基础互为边荷载；而翼墙挡土较高时，其边缘地基反力往往很大，有时会超过地基允许承载力，或基底应力不均匀系数超过允许值。同时，翼墙的抗滑稳定也难以满足要求。在这种情况下，相邻基础之间，可以设置一种只传递剪力的铰，将相邻两基础连接起来，使基底压力小的基础（护坦）分担一部分荷载。

其次，在沉降缝处设置铰后，不但可以分担一部分荷载，而且还可以增加翼墙的抗滑能力；被利用的护坦底板与翼墙基础相对接，具有顶撑作用，阻止翼墙滑动；在翼墙抗滑安全系数不小于1.0时，可利用护坦的顶撑作用，以补充翼墙抗滑安全系数的不足。

同样，在水工主体结构抗滑安全系数不满足设计要求，但不小于1.0时，也可以利用铺盖的阻滑作用，增加抗滑、补充抗滑不足的安全系数；要达到利用的目的，在两者的沉降缝之间需要设置铰。

b.铰的构造

这种只传递剪力的铰，可称为简支铰，一般设置在沉降缝处；铰点的数量按计算确定，一般间距为300～500mm。

铰可以采用圆钢筋、隼槽、钢管等形式，常用的有钢管插钢筋形式、拉锚钢筋形式。这种剪力铰结构简单，施工方便；用于分担荷载或顶撑抗滑时，可采用钢管插钢筋形式的简支铰，如图1.4-9（a）所示；用于阻滑为主时，可采用拉锚钢筋形式的简支铰，如图1.4-9（b）所示。

铰的钢筋应采用HPB235级钢筋（Q235）制作，埋入深度应大于30d（d为钢筋直径）；宜采用镀锌钢管，钢管内径应大于钢筋直径，钢管的长度应大于插入钢筋长度和缝的宽度之和；所有外露钢材均应做好防锈处理。

铰的竖向位置，宜设置于底板底面以上h/3高度处，h为被利用的底板的厚度。

2.铰的计算

a.分担荷载的简支铰计算

以分担荷载为目的而设置的简支铰，主要传递剪力；铰所受的剪力，与基底应力的不均匀性、相邻两个基础的刚度、相邻两个基础的长度、地基条件等都有影响，可采用弹性地基梁法作相对准确的计算。

铰的设置主要是传递荷载，在传递荷载的过程中，相邻地基都在发生不同的变形，铰也在不断地调整剪力的传递；铰所能提供的剪力，一般由可利用的基础所决定，相邻可利用的基础基底应力越大，则能提供的剪力越大；当相邻基础基底应力均布为p，基础长为l，则可形成铰的剪力为V=pl/2，如图1.4-10（a）所示。

（a）剪力估算；（b）受力示意图

被利用基础可以提供的剪力为V，基于作用和反作用原理，如图1.4-10（b）所示，相邻基础接缝处铰的数目可按式（1.4-2）计算

式中 n——计算单元上铰的数目；

V——利用基础可以提供的剪力，kN；

p——利用基础底面平均压力，kPa；

l——利用基础的长度，m；

d——钢筋直径，mm；（采用扁钢时，πd²/4为扁钢截面面积）；

f_v——钢筋抗剪强度设计值，MPa，按表1.4-5取值。

b.增加抗滑作用时铰的计算

以增加抗滑为目的而设置的铰，其主要是提供拉力，铰的计算可以按需要补充抗滑不足的安全系数反算求解，且铰总的抗拉力要小于利用结构（如铺盖）所能提供的抗滑力。抗滑稳定验算，将在第二章详述，以下基于抗滑稳定来详解铰的计算，铰的计算单元与抗滑稳定计算单元相同。

阻滑铰的设置，钢筋的锚固、铰的位置如图1.4-11（a）所示；铰受水平拉力ΔH和竖向剪力V，如图1.4-11（b）所示；在基底应力满足设计要求的情况下，基础表面滑动，由铰提供阻滑力后满足抗滑稳定要求的计算式为

式中 ΔH——作用于铰上总的水平向拉力，kN；

［K_c］——抗滑稳定安全系数允许值，按水工建筑设计级别确定；

∑G——作用于基础底面以上的全部竖向荷载（包括基础底面上的扬压力在内），kN；

∑H——作用于基础底面以上的全部水平向荷载，kN；

f——基础底面与地基之间的摩擦系数，可按试验资料确定；当无试验资料时，黏性土地基取0.20～0.45；壤土地基取0.25～0.40；砂壤土地基取0.35～0.40；砂土地基取0.40～0.50；砾石、卵石地基取0.50～0.55；岩基取0.55～0.70。上述各类地基中，较密实、较硬的取大值。

根据作用于铰上总的水平向拉力ΔH，按式（1.4-4）计算铰点的数目，即

式中 n——计算单元上铰的数目；

ΔH——作用于铰上总的水平向拉力，kN；

d——钢筋直径，m；（采用扁钢时，πd²/4为扁钢截面面积）；

f_y——钢筋强度设计值，kPa。

3.工程应用

近年来，水工设计中积极采用新技术、新材料、新工艺，铰在水工基础工程中不断得到应用。例如，在泵房、闸室上下游连接段中，如不采取工程措施，翼墙的稳定和基底应力，往往很难满足设计要求；如图1.4-12（a）所示的翼墙，经计算，运行期基底最大应力为603.84kPa（完建期为742.8kPa），最小应力为310.53kPa，基底应力不均匀系数为1.94；最大应力和不均匀系数都不能满足设计要求；而相邻的护坦，基底应力仅为22kPa。

翼墙和护坦基础相邻，一边翼墙基础是超载，另一边护坦基础几乎是空载；相邻基底又位于一个平面，因此，完全可以设铰利用。由计算可知，铰可以提供120kN/m的剪力，每米设置4个铰，采用φ20HPB235级钢筋制作。设置铰后，由于铰的作用，使翼墙基底应力调整为310kPa而趋于均匀，如图1.4-12（b）所示。

五、基础结构的耐久性设计

基础结构耐久性是指基础结构在规定的时间内，维持安全性和适用性的能力；即耐久性良好的结构在设计基准期内，能承受可能的荷载作用和环境影响，不发生超过限值的腐蚀或局部损坏。基础结构耐久性设计内容很多，有混凝土抗渗、抗冻、混凝土保护层、结构形式和配筋等。不同的工程要求也不相同。

水土的化学侵蚀和混凝土裂缝，两者对基础耐久性有明显影响，这是当前我国水工混凝土结构在耐久性方面存在的主要问题。因此，影响基础结构耐久性分析，主要应考虑针对这两方面展开，一是水和土对混凝土是否有腐蚀性；二是基础结构的裂缝控制。

有必要指出，上述中的设计基准期，是指一个工程结构在正常使用和正常维修条件下，能够满足其可靠度的时间，是为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数；它不是工程结构的最终寿命，不同于结构的设计使用年限。设计使用年限，设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》规定，除一级壅水建筑物结构的设计基准期T为100a外，其他永久建筑物的基准期T为50a。

水利工程设计中，目前尚没有设计使用年限的规定，只有设计基准期。两者有所不同，切勿混淆。

1.水和土对混凝土的腐蚀性

a.取样和测试要求

取样和测试是勘察应完成的工作，设计人员应根据工程需要提出要求。勘察采取水试样和土试样应符合有关规范规定。

（1）基础混凝土结构处于地下水位以下时，应采取地下水试样和地下水位以上的土试样，并分别做腐蚀性试验。

（2）基础混凝土结构处于地表水中时，应采取地表水试样，做水的腐蚀性试验。

（3）基础混凝土处于地下水位以上时，应采取土试样做土的腐蚀性试验。

（4）水和土的取样数量每个场地不应少于各2件，对枢纽工程不宜少于各3件。

b.水和土对混凝土的腐蚀性分析

受环境类型影响，水和土对混凝土结构的腐蚀性，应评价水和土对基础混凝土的腐蚀性，评价方法按有关规范执行。评价的主要指标有水和土中、水中和CO₂的含量及水的pH值。基础设计中，水和土对混凝土的腐蚀性要加以说明。

但同时要注意，由于受环境，特别是人类活动的影响，地下水、地表水的水位和水质还可能发生变化。所以在勘察时要注意调查研究，在充分了解地下水赋存环境和岩土条件的前提下做出合理的预测和评价。

c.基础结构抗侵蚀措施

对于处于化学侵蚀性环境中的基础混凝土，应采用抗侵蚀性水泥，掺用优质掺合料，必要时还可同时采用特殊表面涂层等防护措施。基础施工图设计，应对基础抗化学侵蚀性的措施加以说明。

2.关于裂缝控制

裂缝控制应是基础耐久性设计不可缺少的内容，是基础设计一个重要方面。混凝土裂缝对基础耐久性有明显影响，这是当前我国水工混凝土结构在耐久性方面存在的主要问题。裂缝的成因十分复杂，因素很多。主要有以下几种：

（1）混凝土塑性收缩引起的表面裂缝。

（2）混凝土骨料下沉引起的表层塑性裂缝。

（3）温度引起的裂缝。

（4）湿度变化引起的干缩裂缝。

（5）基础不均匀沉降引起的裂缝。

（6）钢筋锈蚀及碱—骨料反应引起的裂缝。

（7）荷载引起的裂缝。

在以上常见的裂缝中，由于温度、湿度及基础不均匀沉降等引起的裂缝占绝大多数。例如，干缩常常在混凝土表面引起细而浅的表面裂缝。达到一定宽度和深度的干缩裂缝会引起钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀，在不利条件下会引起结构的渗漏，影响结构的耐久性。但至今设计中还只能对荷载引起的裂缝加以定量的验算，对于其他因素引起的裂缝，还只能从结构构造和施工措施上加以控制。

有必要指出，基础设计中，一般不计算由于温度、收缩产生的内力。因为一方面地基与基础各处的温度场分布和收缩参数等都很难准确地确定；而另一方面，混凝土又不是弹性材料，它既有塑性变形，还有徐变和应力松弛，实际的应力要远小于按弹性结构的计算值。因此，水工钢筋混凝土基础结构的温度—收缩问题，一般由构造措施和施工措施来解决。

基础按正截面抗裂公式进行验算，只是针对直接施加在结构上的荷载而言的。因此，满足了规范的抗裂公式后，并不能保证基础结构一定不再有裂缝发生，因为还会产生变形裂缝，所以，在基础设计时，还需要正确选择原材料、施工中做好温度控制、妥善养护及结构分缝，以减少变形裂缝的发生。例如，通过加强混凝土早期湿养护，可以大大减少收缩应力；土基上的基础受约束影响很小，主要是内外温差应力，一般采用减少内部水化热温升、降低浇筑温度、加强表面保护等措施，可以达到减少与控制内外温差的目的。

混凝土结构裂缝产生的原因是比较复杂的，往往是多种因素造成的，因此，必须区别情况，因地制宜采取综合措施，以防止裂缝的发生，并限制裂缝的发展，减轻其危害性。

3.基础耐久性设计措施

a.基础耐久性设计综合要素

永久性水工建筑物，基础应满足水工混凝土结构耐久性要求。结构耐久性与基础结构所处环境条件、使用情况、基础形式与细部构造、基础结构表层保护措施以及施工质量等有关。根据《水工混凝土结构设计规范》（SL 191）中的有关要求，将基础耐久性设计要素综合列于表1.4-6中。该表旨在为读者提供一个基础结构耐久性设计的整体内容，以便于基础结构耐久性设计时不漏项。具体工程设计时，对于不同的设计条件，尚应按照上述规范进行设计。

有必要指出，在混凝土结构耐久性设计中，混凝土保护层是重要因素，其次是混凝土施工质量。

b.影响混凝土结构耐久性分析

混凝土结构在长期自然环境和使用条件下，材料的老化和结构性能的劣化不可避免，其耐久性主要与以下因素有关：

（1）混凝土的密实度。

（2）混凝土抗开裂能力。

（3）结构所处环境的潮湿度。

（4）结构所处环境的冻融循环状况。

（5）结构所处环境的二氧化碳浓度。

（6）结构所处环境的化冰盐使用情况等。

混凝土的劣化主要包括混凝土的碳化（中性化）、溶出性腐蚀、碱骨料反应、侵蚀性介质腐蚀、冻融破坏、混凝土开裂等，混凝土的劣化不仅直接降低混凝土的性能，最主要的是它会加速混凝土中钢筋的锈蚀。恶劣的外部环境和自身特定的物理、化学组成是造成混凝土结构劣化的最根本原因。

c.提高混凝土结构耐久性的措施

提高混凝土结构耐久性，需要从设计、检测、施工、材料等多方面进行。首先，确定合适的混凝土强度，并非混凝土强度越高越耐久；其次，重视混凝土质量，提高混凝土自身的防护能力，如高密度、抗裂混凝土。采用混凝土外涂层、特种钢筋（如环氧涂层钢筋、不锈钢钢筋等）、阴极保护及钢筋阻锈剂等附加措施。为确保水工建筑物的耐久性，可以采取以下切实可行、行之有效且价格相对便宜的防腐措施：

（1）严格按规范控制钢筋混凝土的保护层厚度。

（2）严格控制混凝土的开裂。对所有的钢筋混凝土构件均要求掺加UF500纤维素以改善混凝土的抗裂性能，改善混凝土抗渗、抗化学腐蚀等耐久性能。

（3）提高混凝土的抗渗指标。如防止海水渗入给钢筋带来的腐蚀，所有混凝土构件的抗渗等级均应大于W4。

（4）严格控制水泥的用量。在水位变动区混凝土水泥用量不小于400kg，同时不得超过500kg，水灰比不得超过0.45。

（5）增强水位变化区结构的抗腐蚀性能。在混凝土结构的表面涂刷一层0.7mm厚的“HK-963增厚防腐防渗防污环氧涂料”或涂刷一层CIT阻锈剂。

阻锈剂是针对提高混凝土耐久性以及老混凝土结构修复的一种专业加固新材料。CIT应用较多，其作用机理有两方面：一是CIT的微小分子可以渗入到混凝土的深处，产生一种有机分子与基材发生反应，形成单向透气性的保护层，使混凝土基质产生憎水性；二是通过与钢筋表面的氧化层发生反应形成钝化膜，从而阻抑混凝土中氯离子、氧气和水分与钢筋产生的电化学腐蚀。有效降低腐蚀电流，且在高温高湿环境下有效，同时可阻抑碳化、冻融及碱骨料等对混凝土的破坏过程。

CIT阻锈剂是无色液状物，无需稀释就可直接应用于混凝土表面，并能被快速吸收，不影响基底外观颜色，不影响混凝土强度、pH值及其他物理力学性能。对新建混凝土结构，在混凝土浇筑28d后表面涂刷一层即可，目前已应用于杭州湾大桥桥墩等海水环境下的混凝土结构防腐处理。从涂层的外观、作用机理和方便施工评价，CIT阻锈剂可以作为混凝土抗腐蚀保护。