摘 要：本文針對(duì)混凝土水下病害整治中傳統(tǒng)圍堰干法施工的缺陷，結(jié)合工程實(shí)例，提出水下補(bǔ)強(qiáng)加固新技術(shù)。由現(xiàn)場(chǎng)模擬施工試驗(yàn)并經(jīng)工程實(shí)際應(yīng)用表明，這一結(jié)合防滲、整體補(bǔ)強(qiáng)水下施工技術(shù)切實(shí)可行，水下澆筑薄層不分散混凝土各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，滿足工程加固設(shè)計(jì)要求，新老混凝土結(jié)合良好。
關(guān)鍵詞：混凝土，水下修補(bǔ)，試驗(yàn)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(bǔ)，該種方法施工所必須的圍堰、基礎(chǔ)防滲和基坑排水往往耗費(fèi)大量的時(shí)間和費(fèi)用[1]，而且改變結(jié)構(gòu)受力狀況，不安全因素增多。如何修補(bǔ)加固水下病害混凝土建筑物，提高修補(bǔ)質(zhì)量，簡(jiǎn)化施工工藝，降低工程費(fèi)用，是一個(gè)值得研究的課題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新材料的問(wèn)世[2]，以及潛水作業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，為病害混凝土水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)提供了重要條件。為此，結(jié)合黃沙港閘反拱底板裂縫修補(bǔ)加固工程實(shí)際，經(jīng)多方案比較研究[3]，提出水下補(bǔ)強(qiáng)加固新技術(shù)。
1 水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)
反拱底板水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)要點(diǎn)：(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(lái)填充底板裂縫和底板下孔隙，達(dá)到堵漏防滲的目的；(2)反拱底板補(bǔ)強(qiáng)，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(jié)合強(qiáng)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(xiàn)[4]表明，水下混凝土表面強(qiáng)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(wú)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(dāng)提高混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)，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(qiáng)度。
以上整個(gè)工藝均由施工人員(潛水員)在水下完成，并進(jìn)行水下攝像，及時(shí)傳送到岸上，監(jiān)理工程師可以根據(jù)錄像隨時(shí)了解和檢查施工情況，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決存在問(wèn)題。
2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
2.1 試驗(yàn)概況
2.1.1 試驗(yàn)?zāi)M條件 為了驗(yàn)證水下施工的可行性、各種修補(bǔ)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(bǔ)技術(shù)在工程實(shí)際中應(yīng)用成功，特在黃沙港閘進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬施工試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)盡量仿真。若直接在有裂縫的閘孔上進(jìn)行，萬(wàn)一試驗(yàn)不成功，善后處理將比較麻煩，同時(shí)檢查測(cè)試也不方便，故決定采用澆筑試塊的辦法進(jìn)行試驗(yàn)。試塊垂直水流方向的尺寸按反拱底板原施工時(shí)兩假鉸之間的尺寸完全仿真，順?biāo)鞣较虻某叽缈紤]試塊的重量及施工作業(yè)面，設(shè)計(jì)為長(zhǎng)4m、寬2m、厚0.2m.起加固作用的新澆混凝土層完全按加固設(shè)計(jì)要求20cm厚度澆筑。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)置于閘上游側(cè)，試驗(yàn)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(yàn)方法和步驟嚴(yán)格按照水下修補(bǔ)技術(shù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)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(jìn)行。
2.1.2 試驗(yàn)內(nèi)容 (1)驗(yàn)證水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)各道施工工序的可實(shí)施性以及施工質(zhì)量的可控制性；(2)檢測(cè)水下澆筑薄層不分散混凝土各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)；(3)檢測(cè)新老混凝土的結(jié)合強(qiáng)度。新老混凝土之間能否良好結(jié)合，直接影響混凝土的整體性能及修補(bǔ)工程質(zhì)量。(4)驗(yàn)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(yàn)設(shè)備 本次試驗(yàn)是模擬施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，動(dòng)用了各道施工工序所需的所有設(shè)備，如：6×3×1.5m浮箱、5t手動(dòng)葫蘆、0.9m3潛水空壓機(jī)、潛水裝備、風(fēng)鉆、風(fēng)鎬、電焊機(jī)、風(fēng)割工具、50m3/h混凝土輸送泵、混凝土攪拌機(jī)、手搖式壓漿泵、水下攝像監(jiān)控設(shè)備等。
2.2 試驗(yàn)檢測(cè)成果
2.2.1 外觀檢查及抗壓強(qiáng)度 模擬試塊與現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，說(shuō)明水下不分散混凝土有較好的流動(dòng)性和自密實(shí)性。為了多方位測(cè)定水下不分散混凝土的強(qiáng)度，將模擬試塊吊出水面風(fēng)干后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)回彈試驗(yàn)檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度，測(cè)區(qū)10個(gè)，抗壓強(qiáng)度平均值25.2MPa(齡期48d)，滿足設(shè)計(jì)要求。
表1 水下不分散混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)成果
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力學(xué)性能 試件尺寸/ 48d強(qiáng)度代表值/ 換算成28d強(qiáng)度值/
cm Mpa MPa
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抗壓強(qiáng)度* 15×15×15 30.0 26.3
抗壓強(qiáng)度 D=10 25.6 22.0
劈拉強(qiáng)度 D=9.8，H=10 2.53
剪切強(qiáng)度 D=10，H=10 3.87
握裹強(qiáng)度 D=15 3.90
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注：抗壓強(qiáng)度為機(jī)口成型，自然狀態(tài)養(yǎng)護(hù)
關(guān)鍵詞：混凝土，水下修補(bǔ)，試驗(yàn)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(bǔ)，該種方法施工所必須的圍堰、基礎(chǔ)防滲和基坑排水往往耗費(fèi)大量的時(shí)間和費(fèi)用[1]，而且改變結(jié)構(gòu)受力狀況，不安全因素增多。如何修補(bǔ)加固水下病害混凝土建筑物，提高修補(bǔ)質(zhì)量，簡(jiǎn)化施工工藝，降低工程費(fèi)用，是一個(gè)值得研究的課題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新材料的問(wèn)世[2]，以及潛水作業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，為病害混凝土水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)提供了重要條件。為此，結(jié)合黃沙港閘反拱底板裂縫修補(bǔ)加固工程實(shí)際，經(jīng)多方案比較研究[3]，提出水下補(bǔ)強(qiáng)加固新技術(shù)。
1 水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)
反拱底板水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)要點(diǎn)：(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(lái)填充底板裂縫和底板下孔隙，達(dá)到堵漏防滲的目的；(2)反拱底板補(bǔ)強(qiáng)，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(jié)合強(qiáng)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(xiàn)[4]表明，水下混凝土表面強(qiáng)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(wú)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(dāng)提高混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)，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(qiáng)度。
以上整個(gè)工藝均由施工人員(潛水員)在水下完成，并進(jìn)行水下攝像，及時(shí)傳送到岸上，監(jiān)理工程師可以根據(jù)錄像隨時(shí)了解和檢查施工情況，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決存在問(wèn)題。
2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
2.1 試驗(yàn)概況
2.1.1 試驗(yàn)?zāi)M條件 為了驗(yàn)證水下施工的可行性、各種修補(bǔ)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(bǔ)技術(shù)在工程實(shí)際中應(yīng)用成功，特在黃沙港閘進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬施工試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)盡量仿真。若直接在有裂縫的閘孔上進(jìn)行，萬(wàn)一試驗(yàn)不成功，善后處理將比較麻煩，同時(shí)檢查測(cè)試也不方便，故決定采用澆筑試塊的辦法進(jìn)行試驗(yàn)。試塊垂直水流方向的尺寸按反拱底板原施工時(shí)兩假鉸之間的尺寸完全仿真，順?biāo)鞣较虻某叽缈紤]試塊的重量及施工作業(yè)面，設(shè)計(jì)為長(zhǎng)4m、寬2m、厚0.2m.起加固作用的新澆混凝土層完全按加固設(shè)計(jì)要求20cm厚度澆筑。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)置于閘上游側(cè)，試驗(yàn)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(yàn)方法和步驟嚴(yán)格按照水下修補(bǔ)技術(shù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)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(jìn)行。
2.1.2 試驗(yàn)內(nèi)容 (1)驗(yàn)證水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)各道施工工序的可實(shí)施性以及施工質(zhì)量的可控制性；(2)檢測(cè)水下澆筑薄層不分散混凝土各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)；(3)檢測(cè)新老混凝土的結(jié)合強(qiáng)度。新老混凝土之間能否良好結(jié)合，直接影響混凝土的整體性能及修補(bǔ)工程質(zhì)量。(4)驗(yàn)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(yàn)設(shè)備 本次試驗(yàn)是模擬施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，動(dòng)用了各道施工工序所需的所有設(shè)備，如：6×3×1.5m浮箱、5t手動(dòng)葫蘆、0.9m3潛水空壓機(jī)、潛水裝備、風(fēng)鉆、風(fēng)鎬、電焊機(jī)、風(fēng)割工具、50m3/h混凝土輸送泵、混凝土攪拌機(jī)、手搖式壓漿泵、水下攝像監(jiān)控設(shè)備等。
2.2 試驗(yàn)檢測(cè)成果
2.2.1 外觀檢查及抗壓強(qiáng)度 模擬試塊與現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，說(shuō)明水下不分散混凝土有較好的流動(dòng)性和自密實(shí)性。為了多方位測(cè)定水下不分散混凝土的強(qiáng)度，將模擬試塊吊出水面風(fēng)干后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)回彈試驗(yàn)檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度，測(cè)區(qū)10個(gè)，抗壓強(qiáng)度平均值25.2MPa(齡期48d)，滿足設(shè)計(jì)要求。
表1 水下不分散混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)成果
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力學(xué)性能 試件尺寸/ 48d強(qiáng)度代表值/ 換算成28d強(qiáng)度值/
cm Mpa MPa
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抗壓強(qiáng)度* 15×15×15 30.0 26.3
抗壓強(qiáng)度 D=10 25.6 22.0
劈拉強(qiáng)度 D=9.8，H=10 2.53
剪切強(qiáng)度 D=10，H=10 3.87
握裹強(qiáng)度 D=15 3.90
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注：抗壓強(qiáng)度為機(jī)口成型，自然狀態(tài)養(yǎng)護(hù)