论文部分内容阅读
【摘 要】围堰排水修补是水工混凝土建筑物中整治病害的传统措施，该方法的运用中，围堰、基础防渗、基坑排水都会对时间及费用造成较大的浪费，而且由于对结构受力状况的改变导致加大了不安全因素。因此，水下病害混凝土建筑物的修补加固，促使修补质量得到提升，对施工工艺进行简化，降低工程的成本消耗。该问题成为现阶段所广泛关注的现象。本文主要从混凝土建筑物水下补强加固技术的应用进行了详细的探讨。
【关键词】混凝土建筑；水下补强；加固技术；应用
1.水下补强加固技术反拱底板水下补强加固技术要点：
（1）反拱底板裂缝处理。即水下沿裂缝凿槽，用PBM混凝土嵌缝，用LW與HW混合液灌浆来填充底板裂缝和底板下孔隙，达到堵漏防渗的目的。
（2）反拱底板补强，即在原反拱底板上（老混凝土表面凿毛）浇筑20cm厚C20水下不分散混凝土，为了克服新老混凝土结合强度低这一薄弱环节，内配ф12@150钢筋网，并用锚固钢筋把新老混凝土连成整体，以提高反拱底板整体受力性能。
反拱底板补强加固示意文献表明，水下混凝土表面强度损失较大，质量不易控制。特别是浇筑厚度仅20cm的水下薄层不分散混凝土，目前尚无资料记载。为了提高浇筑水下薄层不分散混凝土的质量，适当提高混凝土的设计标号，并采取加盖模板和泵送挤压两条工艺措施，以保证混凝土浇筑的连续性和减少混凝土与水的接触界面，从而确保浇筑水下薄层不分散混凝土的强度。
以上整个工艺均由施工人员（潜水员）在水下完成，并进行水下摄像，及时传送到岸上，监理工程师可以根据录像随时了解和检查施工情况，随时发现和解决存在问题。
2.现场试验
2.1试验概况
（1）试验模拟条件为了验证水下施工的可行性、各种修补材料在特定环境条件下的性能以及施工质量的可靠程度，确保水下修补技术在工程实际中应用成功，特在黄沙港闸进行现场模拟施工试验。试验时尽量仿真。若直接在有裂缝的闸孔上进行，万一试验不成功，善后处理将比较麻烦，同时检查测试也不方便，故决定采用浇筑试块的办法进行试验。试块垂直水流方向的尺寸按反拱底板原施工时两假铰之间的尺寸完全仿真，顺水流方向的尺寸考虑试块的重量及施工作业面，设计为长4m、宽2m、厚0.2m.起加固作用的新浇混凝土层完全按加固设计要求20cm厚度浇筑。试验现场置于闸上游侧，试验期间，气温19℃～34℃，水温16℃～29℃，水质状况：氯离子390～680mg/L、硫酸根离子45～150mg/L、高猛酸盐5.8～10.6mg/L、pH值7.7～8.9.试验方法和步骤严格按照水下修补技术设计要求进行，除浇筑模拟反拱底板试块，其它各道工序皆在水下4～5m处进行。
（2）试验内容：
①验证水下补强加固技术各道施工工序的可实施性以及施工质量的可控制性。
②检测水下浇筑薄层不分散混凝土各项力学性能指标。
③检测新老混凝土的结合强度。新老混凝土之间能否良好结合，直接影响混凝土的整体性能及修补工程质量。
④验证施工中所用各种新工程材料的性能，如不分散剂NNDC-2、PBM聚合物混凝土、LW+HW裂缝灌浆材料及药卷式锚固剂。
（3）试验设备本次试验是一次模拟施工现场试验，动用了各道施工工序所需的所有设备，如：6×3×1.5m浮箱、5t手动葫芦、0.9m3潜水空压机、潜水装备、风钻、风镐、电焊机、风割工具、50m3/h混凝土输送泵、混凝土搅拌机、手摇式压浆泵、水下摄像监控设备等。
2.2试验检测成果
（1）外观检查及抗压强度模拟试块与现场钻孔试件芯样外观检查表明水下不分散混凝土浇筑表面光滑、四周完整、内部密实，说明水下不分散混凝土有较好的流动性和自密实性。为了多方位测定水下不分散混凝土的强度，将模拟试块吊出水面风干后进行现场回弹试验检测其抗压强度，测区10个，抗压强度平均值25.2MPa（龄期48d），满足设计要求。
（2）新老混凝土的结合性能在老混凝土的表面，通过浇筑新混凝土来加固结构，使其发挥整体结构性能，这种新老混凝土结合的关键是结合界面能否有效地传递和承担应力。一般而言，结合面能够较好地传递压应力，而传递拉力和剪力会受诸多因素的影响，且一般情况下都会被削弱。为此，着重测试新老混凝土结合面的抗拉和抗剪性能。
（3）LW+HW混合液灌缝的粘结强度及防渗效果LW、HW为水溶性聚氨酯化学灌浆材料，LW具有快速高效的防渗堵漏性能，HW具有防渗堵漏和固结补强的双重性能，两者可视工程需要以任意比例互溶。为了检验其堵漏和补强效果，特制备了一组直径D=15cm，含有LW+HW混合液灌缝的劈拉试件，该混合液灌缝的劈拉强度为0.22MPa.根据测试，堵漏效果良好。
3.施工工艺
3.1底板裂缝处理
（1）沿缝凿槽。沿底板裂缝走向用风钻一个连接一个地钻孔，孔深为42mm，钻孔直径为42mm，然后修成42mm×42mm的U型槽。
（2）钻灌浆孔。沿裂缝走向骑缝钻灌浆孔和出浆孔，每2m长为一个灌浆单元，布置灌浆孔和出浆孔各2个，孔距65cm，孔深20cm。
（3）在灌浆孔内安装灌浆塞，并将灌浆管接至水面以上与灌浆泵相连接。
（4）嵌缝。采用PBM混凝土封缝胶嵌入凿好的U型槽内并挤压密实。固化前用压板压紧，固化后拆掉压板。
（5）灌浆。由于闸底板下面的粉砂层可能有淘空现象，故用压力泵通过灌浆孔向裂缝及底板下灌LW与HW混合液，由稀到稠。压力控制在0.1～0.15MPa.待出浆管溢出LW与HW混合液时将其扎紧封堵，保持压力3min，第一次灌浆完成。间隔1～2d后进行第二次灌浆。
3.2反拱底板补强
（1）打毛。由潜水员在水下用风镐将底板混凝土表面打毛，露出粗骨料，并用高压水枪把碴屑冲除干净。
（2）钻插筋孔。按孔距60cm用风钻钻插筋孔，孔深20cm，孔径ф42mm.用高压水枪把屑冲除干净，并用真空吸管将孔内砂粒吸干净。
（3）锚固插筋。在插筋孔内安放药卷式水下锚固剂，并插入ф20长40cm的钢筋（锚筋外露20cm）和ф20长45cm的螺栓（螺栓外露25cm），螺纹长不小于5cm，既可作锚筋用，又可作固定钢模板用），锚筋和螺栓间隔布置。
（4）钢筋就位。将在岸上绑好的ф12@150钢筋网整体吊装下水就位，钢筋网布置在新浇水下混凝土的上部，混凝土保护层为6cm.钢筋与插筋之间用水下电焊联接。
（5）架立钢模。模板采用4mm钢板和∠75×8角钢拼接而成，用螺帽固定钢模板，并控制模板与反拱底板之间的距离符合设计要求（20cm）。在模板的适当位置预留混凝土进料口和溢出口。进料口设在反拱底板顶部，溢出口设在模板四角，溢出口设活页盖板，并可封牢。
（6）浇筑混凝土。在岸上按事先通过试验确定的配合比搅拌C25水下不分散混凝土（考虑水下浇筑混凝土强度损失，提高一个等级配置），用混凝土泵直接送到浇筑仓内，待模板四角预留的孔洞中溢出混凝土后，把预留洞封堵，直到最后一个预留孔洞中溢出混凝土并把预留洞封堵为止。
（7）拆模。在混凝土浇筑3～5d后进行拆膜，拆膜后对混凝土进行检查，将露出混凝土表面的螺栓进行割除。
4.结语
总之，随着近年来科学技术的不断发展，越来越多的新材料逐渐研制出来。并随着潜水技术进一步完善，对病害混凝土水下补强加固技术提供了较为重要的前提条件，通过对施工现场的额实际情况的分析，促使水下补强加固新技术得到有效的发展。 [科]
【关键词】混凝土建筑；水下补强；加固技术；应用
1.水下补强加固技术反拱底板水下补强加固技术要点：
（1）反拱底板裂缝处理。即水下沿裂缝凿槽，用PBM混凝土嵌缝，用LW與HW混合液灌浆来填充底板裂缝和底板下孔隙，达到堵漏防渗的目的。
（2）反拱底板补强，即在原反拱底板上（老混凝土表面凿毛）浇筑20cm厚C20水下不分散混凝土，为了克服新老混凝土结合强度低这一薄弱环节，内配ф12@150钢筋网，并用锚固钢筋把新老混凝土连成整体，以提高反拱底板整体受力性能。
反拱底板补强加固示意文献表明，水下混凝土表面强度损失较大，质量不易控制。特别是浇筑厚度仅20cm的水下薄层不分散混凝土，目前尚无资料记载。为了提高浇筑水下薄层不分散混凝土的质量，适当提高混凝土的设计标号，并采取加盖模板和泵送挤压两条工艺措施，以保证混凝土浇筑的连续性和减少混凝土与水的接触界面，从而确保浇筑水下薄层不分散混凝土的强度。
以上整个工艺均由施工人员（潜水员）在水下完成，并进行水下摄像，及时传送到岸上，监理工程师可以根据录像随时了解和检查施工情况，随时发现和解决存在问题。
2.现场试验
2.1试验概况
（1）试验模拟条件为了验证水下施工的可行性、各种修补材料在特定环境条件下的性能以及施工质量的可靠程度，确保水下修补技术在工程实际中应用成功，特在黄沙港闸进行现场模拟施工试验。试验时尽量仿真。若直接在有裂缝的闸孔上进行，万一试验不成功，善后处理将比较麻烦，同时检查测试也不方便，故决定采用浇筑试块的办法进行试验。试块垂直水流方向的尺寸按反拱底板原施工时两假铰之间的尺寸完全仿真，顺水流方向的尺寸考虑试块的重量及施工作业面，设计为长4m、宽2m、厚0.2m.起加固作用的新浇混凝土层完全按加固设计要求20cm厚度浇筑。试验现场置于闸上游侧，试验期间，气温19℃～34℃，水温16℃～29℃，水质状况：氯离子390～680mg/L、硫酸根离子45～150mg/L、高猛酸盐5.8～10.6mg/L、pH值7.7～8.9.试验方法和步骤严格按照水下修补技术设计要求进行，除浇筑模拟反拱底板试块，其它各道工序皆在水下4～5m处进行。
（2）试验内容：
①验证水下补强加固技术各道施工工序的可实施性以及施工质量的可控制性。
②检测水下浇筑薄层不分散混凝土各项力学性能指标。
③检测新老混凝土的结合强度。新老混凝土之间能否良好结合，直接影响混凝土的整体性能及修补工程质量。
④验证施工中所用各种新工程材料的性能，如不分散剂NNDC-2、PBM聚合物混凝土、LW+HW裂缝灌浆材料及药卷式锚固剂。
（3）试验设备本次试验是一次模拟施工现场试验，动用了各道施工工序所需的所有设备，如：6×3×1.5m浮箱、5t手动葫芦、0.9m3潜水空压机、潜水装备、风钻、风镐、电焊机、风割工具、50m3/h混凝土输送泵、混凝土搅拌机、手摇式压浆泵、水下摄像监控设备等。
2.2试验检测成果
（1）外观检查及抗压强度模拟试块与现场钻孔试件芯样外观检查表明水下不分散混凝土浇筑表面光滑、四周完整、内部密实，说明水下不分散混凝土有较好的流动性和自密实性。为了多方位测定水下不分散混凝土的强度，将模拟试块吊出水面风干后进行现场回弹试验检测其抗压强度，测区10个，抗压强度平均值25.2MPa（龄期48d），满足设计要求。
（2）新老混凝土的结合性能在老混凝土的表面，通过浇筑新混凝土来加固结构，使其发挥整体结构性能，这种新老混凝土结合的关键是结合界面能否有效地传递和承担应力。一般而言，结合面能够较好地传递压应力，而传递拉力和剪力会受诸多因素的影响，且一般情况下都会被削弱。为此，着重测试新老混凝土结合面的抗拉和抗剪性能。
（3）LW+HW混合液灌缝的粘结强度及防渗效果LW、HW为水溶性聚氨酯化学灌浆材料，LW具有快速高效的防渗堵漏性能，HW具有防渗堵漏和固结补强的双重性能，两者可视工程需要以任意比例互溶。为了检验其堵漏和补强效果，特制备了一组直径D=15cm，含有LW+HW混合液灌缝的劈拉试件，该混合液灌缝的劈拉强度为0.22MPa.根据测试，堵漏效果良好。
3.施工工艺
3.1底板裂缝处理
（1）沿缝凿槽。沿底板裂缝走向用风钻一个连接一个地钻孔，孔深为42mm，钻孔直径为42mm，然后修成42mm×42mm的U型槽。
（2）钻灌浆孔。沿裂缝走向骑缝钻灌浆孔和出浆孔，每2m长为一个灌浆单元，布置灌浆孔和出浆孔各2个，孔距65cm，孔深20cm。
（3）在灌浆孔内安装灌浆塞，并将灌浆管接至水面以上与灌浆泵相连接。
（4）嵌缝。采用PBM混凝土封缝胶嵌入凿好的U型槽内并挤压密实。固化前用压板压紧，固化后拆掉压板。
（5）灌浆。由于闸底板下面的粉砂层可能有淘空现象，故用压力泵通过灌浆孔向裂缝及底板下灌LW与HW混合液，由稀到稠。压力控制在0.1～0.15MPa.待出浆管溢出LW与HW混合液时将其扎紧封堵，保持压力3min，第一次灌浆完成。间隔1～2d后进行第二次灌浆。
3.2反拱底板补强
（1）打毛。由潜水员在水下用风镐将底板混凝土表面打毛，露出粗骨料，并用高压水枪把碴屑冲除干净。
（2）钻插筋孔。按孔距60cm用风钻钻插筋孔，孔深20cm，孔径ф42mm.用高压水枪把屑冲除干净，并用真空吸管将孔内砂粒吸干净。
（3）锚固插筋。在插筋孔内安放药卷式水下锚固剂，并插入ф20长40cm的钢筋（锚筋外露20cm）和ф20长45cm的螺栓（螺栓外露25cm），螺纹长不小于5cm，既可作锚筋用，又可作固定钢模板用），锚筋和螺栓间隔布置。
（4）钢筋就位。将在岸上绑好的ф12@150钢筋网整体吊装下水就位，钢筋网布置在新浇水下混凝土的上部，混凝土保护层为6cm.钢筋与插筋之间用水下电焊联接。
（5）架立钢模。模板采用4mm钢板和∠75×8角钢拼接而成，用螺帽固定钢模板，并控制模板与反拱底板之间的距离符合设计要求（20cm）。在模板的适当位置预留混凝土进料口和溢出口。进料口设在反拱底板顶部，溢出口设在模板四角，溢出口设活页盖板，并可封牢。
（6）浇筑混凝土。在岸上按事先通过试验确定的配合比搅拌C25水下不分散混凝土（考虑水下浇筑混凝土强度损失，提高一个等级配置），用混凝土泵直接送到浇筑仓内，待模板四角预留的孔洞中溢出混凝土后，把预留洞封堵，直到最后一个预留孔洞中溢出混凝土并把预留洞封堵为止。
（7）拆模。在混凝土浇筑3～5d后进行拆膜，拆膜后对混凝土进行检查，将露出混凝土表面的螺栓进行割除。
4.结语
总之，随着近年来科学技术的不断发展，越来越多的新材料逐渐研制出来。并随着潜水技术进一步完善，对病害混凝土水下补强加固技术提供了较为重要的前提条件，通过对施工现场的额实际情况的分析，促使水下补强加固新技术得到有效的发展。 [科]