摘 要：本文針對混凝土水下病害整治中傳統(tǒng)圍堰干法施工的缺陷，結合工程實例，提出水下補強加固新技術。由現(xiàn)場模擬施工試驗并經(jīng)工程實際應用表明，這一結合防滲、整體補強水下施工技術切實可行，水下澆筑薄層不分散混凝土各項力學性能指標，滿足工程加固設計要求，新老混凝土結合良好。
關鍵詞：混凝土，水下修補，試驗研究
水工混凝土建筑物病害整治的傳統(tǒng)方法為圍堰排水修補，該種方法施工所必須的圍堰、基礎防滲和基坑排水往往耗費大量的時間和費用[1]，而且改變結構受力狀況，不安全因素增多。如何修補加固水下病害混凝土建筑物，提高修補質(zhì)量，簡化施工工藝，降低工程費用，是一個值得研究的課題。隨著科學技術的發(fā)展，各種新材料的問世[2]，以及潛水作業(yè)技術的進步，為病害混凝土水下補強加固技術提供了重要條件。為此，結合黃沙港閘反拱底板裂縫修補加固工程實際，經(jīng)多方案比較研究[3]，提出水下補強加固新技術。
1 水下補強加固技術
反拱底板水下補強加固技術要點：(1)反拱底板裂縫處理。即水下沿裂縫鑿槽，用PBM混凝土嵌縫，用LW與HW混合液灌漿來填充底板裂縫和底板下孔隙，達到堵漏防滲的目的；(2)反拱底板補強，即在原反拱底板上(老混凝土表面鑿毛)澆筑20cm厚C20水下不分散混凝土，為了克服新老混凝土結合強度低這一薄弱環(huán)節(jié)，內(nèi)配φ12@150鋼筋網(wǎng)，并用錨固鋼筋把新老混凝土連成整體，以提高反拱底板整體受力性能.
文獻[4]表明，水下混凝土表面強度損失較大，質(zhì)量不易控制。特別是澆筑厚度僅20cm的水下薄層不分散混凝土，目前尚無資料記載。為了提高澆筑水下薄層不分散混凝土的質(zhì)量，適當提高混凝土的設計標號，并采取加蓋模板和泵送擠壓兩條工藝措施，以保證混凝土澆筑的連續(xù)性和減少混凝土與水的接觸界面，從而確保澆筑水下薄層不分散混凝土的強度。
以上整個工藝均由施工人員(潛水員)在水下完成，并進行水下攝像，及時傳送到岸上，監(jiān)理工程師可以根據(jù)錄像隨時了解和檢查施工情況，隨時發(fā)現(xiàn)和解決存在問題。
2 現(xiàn)場試驗
2.1 試驗概況
2.1.1 試驗模擬條件 為了驗證水下施工的可行性、各種修補材料在特定環(huán)境條件下的性能以及施工質(zhì)量的可靠程度，確保水下修補技術在工程實際中應用成功，特在黃沙港閘進行現(xiàn)場模擬施工試驗。試驗時盡量仿真。若直接在有裂縫的閘孔上進行，萬一試驗不成功，善后處理將比較麻煩，同時檢查測試也不方便，故決定采用澆筑試塊的辦法進行試驗。試塊垂直水流方向的尺寸按反拱底板原施工時兩假鉸之間的尺寸完全仿真，順水流方向的尺寸考慮試塊的重量及施工作業(yè)面，設計為長4m、寬2m、厚0.2m.起加固作用的新澆混凝土層完全按加固設計要求20cm厚度澆筑。試驗現(xiàn)場置于閘上游側，試驗期間，氣溫19℃～34℃，水溫16℃～29℃，水質(zhì)狀況：氯離子390～680mg/L、硫酸根離子45～150mg/L、高猛酸鹽5.8～10.6mg/L、pH值7.7～8.9.試驗方法和步驟嚴格按照水下修補技術設計要求進行，除澆筑模擬反拱底板試塊，其它各道工序皆在水下4～5m處進行。
2.1.2 試驗內(nèi)容 (1)驗證水下補強加固技術各道施工工序的可實施性以及施工質(zhì)量的可控制性；(2)檢測水下澆筑薄層不分散混凝土各項力學性能指標；(3)檢測新老混凝土的結合強度。新老混凝土之間能否良好結合，直接影響混凝土的整體性能及修補工程質(zhì)量。(4)驗證施工中所用各種新工程材料的性能，如不分散劑NNDC—2、PBM聚合物混凝土、LW+HW裂縫灌漿材料及藥卷式錨固劑。
2.1.3 試驗設備 本次試驗是模擬施工現(xiàn)場試驗，動用了各道施工工序所需的所有設備，如：6×3×1.5m浮箱、5t手動葫蘆、0.9m3潛水空壓機、潛水裝備、風鉆、風鎬、電焊機、風割工具、50m3/h混凝土輸送泵、混凝土攪拌機、手搖式壓漿泵、水下攝像監(jiān)控設備等。
2.2 試驗檢測成果
2.2.1 外觀檢查及抗壓強度 模擬試塊與現(xiàn)場鉆孔試件芯樣外觀檢查表明水下不分散混凝土澆筑表面光滑、四周完整、內(nèi)部密實，說明水下不分散混凝土有較好的流動性和自密實性。為了多方位測定水下不分散混凝土的強度，將模擬試塊吊出水面風干后進行現(xiàn)場回彈試驗檢測其抗壓強度，測區(qū)10個，抗壓強度平均值25.2MPa(齡期48d)，滿足設計要求。
表1 水下不分散混凝土力學性能試驗成果
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力學性能 試件尺寸/ 48d強度代表值/ 換算成28d強度值/
cm Mpa MPa
--------------------------------------------------------------------------------
抗壓強度* 15×15×15 30.0 26.3
抗壓強度 D=10 25.6 22.0
劈拉強度 D=9.8，H=10 2.53
剪切強度 D=10，H=10 3.87
握裹強度 D=15 3.90
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注：抗壓強度為機口成型，自然狀態(tài)養(yǎng)護
關鍵詞：混凝土，水下修補，試驗研究
水工混凝土建筑物病害整治的傳統(tǒng)方法為圍堰排水修補，該種方法施工所必須的圍堰、基礎防滲和基坑排水往往耗費大量的時間和費用[1]，而且改變結構受力狀況，不安全因素增多。如何修補加固水下病害混凝土建筑物，提高修補質(zhì)量，簡化施工工藝，降低工程費用，是一個值得研究的課題。隨著科學技術的發(fā)展，各種新材料的問世[2]，以及潛水作業(yè)技術的進步，為病害混凝土水下補強加固技術提供了重要條件。為此，結合黃沙港閘反拱底板裂縫修補加固工程實際，經(jīng)多方案比較研究[3]，提出水下補強加固新技術。
1 水下補強加固技術
反拱底板水下補強加固技術要點：(1)反拱底板裂縫處理。即水下沿裂縫鑿槽，用PBM混凝土嵌縫，用LW與HW混合液灌漿來填充底板裂縫和底板下孔隙，達到堵漏防滲的目的；(2)反拱底板補強，即在原反拱底板上(老混凝土表面鑿毛)澆筑20cm厚C20水下不分散混凝土，為了克服新老混凝土結合強度低這一薄弱環(huán)節(jié)，內(nèi)配φ12@150鋼筋網(wǎng)，并用錨固鋼筋把新老混凝土連成整體，以提高反拱底板整體受力性能.
文獻[4]表明，水下混凝土表面強度損失較大，質(zhì)量不易控制。特別是澆筑厚度僅20cm的水下薄層不分散混凝土，目前尚無資料記載。為了提高澆筑水下薄層不分散混凝土的質(zhì)量，適當提高混凝土的設計標號，并采取加蓋模板和泵送擠壓兩條工藝措施，以保證混凝土澆筑的連續(xù)性和減少混凝土與水的接觸界面，從而確保澆筑水下薄層不分散混凝土的強度。
以上整個工藝均由施工人員(潛水員)在水下完成，并進行水下攝像，及時傳送到岸上，監(jiān)理工程師可以根據(jù)錄像隨時了解和檢查施工情況，隨時發(fā)現(xiàn)和解決存在問題。
2 現(xiàn)場試驗
2.1 試驗概況
2.1.1 試驗模擬條件 為了驗證水下施工的可行性、各種修補材料在特定環(huán)境條件下的性能以及施工質(zhì)量的可靠程度，確保水下修補技術在工程實際中應用成功，特在黃沙港閘進行現(xiàn)場模擬施工試驗。試驗時盡量仿真。若直接在有裂縫的閘孔上進行，萬一試驗不成功，善后處理將比較麻煩，同時檢查測試也不方便，故決定采用澆筑試塊的辦法進行試驗。試塊垂直水流方向的尺寸按反拱底板原施工時兩假鉸之間的尺寸完全仿真，順水流方向的尺寸考慮試塊的重量及施工作業(yè)面，設計為長4m、寬2m、厚0.2m.起加固作用的新澆混凝土層完全按加固設計要求20cm厚度澆筑。試驗現(xiàn)場置于閘上游側，試驗期間，氣溫19℃～34℃，水溫16℃～29℃，水質(zhì)狀況：氯離子390～680mg/L、硫酸根離子45～150mg/L、高猛酸鹽5.8～10.6mg/L、pH值7.7～8.9.試驗方法和步驟嚴格按照水下修補技術設計要求進行，除澆筑模擬反拱底板試塊，其它各道工序皆在水下4～5m處進行。
2.1.2 試驗內(nèi)容 (1)驗證水下補強加固技術各道施工工序的可實施性以及施工質(zhì)量的可控制性；(2)檢測水下澆筑薄層不分散混凝土各項力學性能指標；(3)檢測新老混凝土的結合強度。新老混凝土之間能否良好結合，直接影響混凝土的整體性能及修補工程質(zhì)量。(4)驗證施工中所用各種新工程材料的性能，如不分散劑NNDC—2、PBM聚合物混凝土、LW+HW裂縫灌漿材料及藥卷式錨固劑。
2.1.3 試驗設備 本次試驗是模擬施工現(xiàn)場試驗，動用了各道施工工序所需的所有設備，如：6×3×1.5m浮箱、5t手動葫蘆、0.9m3潛水空壓機、潛水裝備、風鉆、風鎬、電焊機、風割工具、50m3/h混凝土輸送泵、混凝土攪拌機、手搖式壓漿泵、水下攝像監(jiān)控設備等。
2.2 試驗檢測成果
2.2.1 外觀檢查及抗壓強度 模擬試塊與現(xiàn)場鉆孔試件芯樣外觀檢查表明水下不分散混凝土澆筑表面光滑、四周完整、內(nèi)部密實，說明水下不分散混凝土有較好的流動性和自密實性。為了多方位測定水下不分散混凝土的強度，將模擬試塊吊出水面風干后進行現(xiàn)場回彈試驗檢測其抗壓強度，測區(qū)10個，抗壓強度平均值25.2MPa(齡期48d)，滿足設計要求。
表1 水下不分散混凝土力學性能試驗成果
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力學性能 試件尺寸/ 48d強度代表值/ 換算成28d強度值/
cm Mpa MPa
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抗壓強度* 15×15×15 30.0 26.3
抗壓強度 D=10 25.6 22.0
劈拉強度 D=9.8，H=10 2.53
剪切強度 D=10，H=10 3.87
握裹強度 D=15 3.90
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注：抗壓強度為機口成型，自然狀態(tài)養(yǎng)護