混凝土建筑物水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)的研究_工程管理

1、混凝土建筑物水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)的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),該種方法施工所必需的圍堰、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,而且轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)受力狀況,擔(dān)心全因素增多。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,簡化施工工藝,降低工程費(fèi)用,是一個(gè)值得討論的課題。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展,各種新材料的問世,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)供應(yīng)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)多方案比較討論,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

2、LW與HW混合液灌漿來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12150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。反拱底板補(bǔ)強(qiáng)加固示意文獻(xiàn)表明,水下混凝土表面強(qiáng)度損失較大,質(zhì)量不易掌握。特殊是澆筑厚度僅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(dāng)提高混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)號,并實(shí)行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)性和削減混凝土與水的接觸界面,從而確保澆筑水下薄

3、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,準(zhǔn)時(shí)傳送到岸上,監(jiān)理工程師可以依據(jù)錄像隨時(shí)了解和檢查施工狀況,隨時(shí)發(fā)覺和解決存在問題。2、現(xiàn)場試驗(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)量的牢靠程度,確保水下修補(bǔ)技術(shù)在工程實(shí)際中應(yīng)用勝利,特在黃沙港閘進(jìn)行現(xiàn)場模擬施工試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)盡量仿真。若直接在有裂縫的閘孔上進(jìn)行,萬一試驗(yàn)不勝利,善后處理將比較麻煩,同時(shí)檢查測試也不便利,故打算采納澆筑試塊的方法進(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]

4、試塊的重量及施工作業(yè)面,設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求20cm厚度澆筑。試驗(yàn)現(xiàn)場置于閘上游側(cè),試驗(yàn)期間,氣溫1934,水溫1629,水質(zhì)狀況:氯離子390680mg/L、硫酸根離子45150mg/L、高猛酸鹽5.810.6mg/L、pH值7.78.9.試驗(yàn)方法和步驟嚴(yán)格根據(jù)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45m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)量的可掌握性;(2)檢測水下澆筑薄層不分散混凝土各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo);(3)檢測新老混凝土的結(jié)合強(qiáng)度。新老混凝土之間能否良

5、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NNDC2、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)是一次模擬施工現(xiàn)場試驗(yàn),動用了各道施工工序所需的全部設(shè)備,如:6×3×1.5m浮箱、5t手動葫蘆、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)檢測成果2.2.1 外觀檢查及抗壓強(qiáng)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(shí),說明水下不

6、分散混凝土有較好的流淌性和自密實(shí)性。為了多方位測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)場回彈試驗(yàn)檢測其抗壓強(qiáng)度,測區(qū)10個(gè),抗壓強(qiáng)度平均值25.2MPa(齡期48d),滿意設(shè)計(jì)要求。2.2.2 水下不分散混凝土的力學(xué)性能水下不分散混凝土的力學(xué)性能包括抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和握裹強(qiáng)度,試驗(yàn)按SD10582和GB8185進(jìn)行,試件為現(xiàn)場鉆孔取芯樣,試件尺寸及其檢測結(jié)果見表1所示。由表中可見:(1)水下不分散混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度為25.6MPa,與現(xiàn)場回彈試驗(yàn)檢測的抗壓強(qiáng)度值(25.2MPa)相當(dāng)接近,強(qiáng)度表里全都,達(dá)到設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)(C20),說明加蓋模板和泵送擠壓兩條工藝措施特

7、別有效;(2)水下不散混凝土在水下澆筑成型并在水中養(yǎng)護(hù)的試件強(qiáng)度與在機(jī)口取樣成型自然狀態(tài)養(yǎng)護(hù)的試件強(qiáng)度(水上試件)的比值為83.6%,強(qiáng)度損失約16%;(3)水下不分散混凝土的劈拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的10%,與文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)基本全都;(4)水下混凝土的剪切強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/61/7,與混凝土的常規(guī)比值基本相符.(5)握裹強(qiáng)度(3.90MPa)與文獻(xiàn)現(xiàn)場取樣結(jié)果(3.30MPa)相近,但與其室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果(8.6MPa)相差較多,這是由于現(xiàn)場取樣難以做到錨筋居中且不偏斜,因而可以認(rèn)為實(shí)際的水下不分散混凝土的握裹強(qiáng)度大于3.9MPa.2.2.3 新老混凝土的結(jié)合性能在老混凝土的表面,通過澆筑新混凝土來

8、加固結(jié)構(gòu),使其發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)性能,這種新老混凝土結(jié)合的關(guān)鍵是結(jié)合界面能否有效地傳遞和擔(dān)當(dāng)應(yīng)力。一般而言,結(jié)合面能夠較好地傳遞壓應(yīng)力,而傳遞拉力和剪力會受諸多因素的影響,且一般狀況下都會被減弱。為此,著重測試新老混凝土結(jié)合面的抗拉和抗剪性能?；炷两Y(jié)合面的結(jié)合性能試驗(yàn)成果見表2.由表2可見,全部試件的破壞面均為新老混凝土的結(jié)合面,用結(jié)合強(qiáng)度系數(shù)K(表示新老混凝土結(jié)合面強(qiáng)度與整體新混凝土強(qiáng)度的比值),作為結(jié)合面的粘結(jié)性能評定指標(biāo),可以得出劈拉結(jié)合強(qiáng)度系數(shù)為0.45,剪切結(jié)合強(qiáng)度系數(shù)為0.56.由此可見,新老混凝土的結(jié)合強(qiáng)度約為整體新混凝土強(qiáng)度的一半(不包含錨筋作用),表明水下施工環(huán)境對新老混凝土結(jié)合

9、面的強(qiáng)度有肯定影響,而錨固增加是特別有效和必要的措施。討論表明,錨筋能提高劈拉強(qiáng)度70%左右,提高剪切強(qiáng)度50%左右。2.2.4 PBM混凝土嵌槽的結(jié)合性能 PBM系互穿網(wǎng)絡(luò)高分子材料,擁有不同高分子的互補(bǔ)和協(xié)同效應(yīng),體現(xiàn)出高分子合金性能。由它制備的砂漿或混凝土具有優(yōu)越的性能。用PBM混凝土嵌槽修補(bǔ)裂縫,是為了達(dá)到恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性、防水性及耐久性的目的,并為裂縫灌漿做好預(yù)備。PBM嵌槽的力學(xué)性能試驗(yàn)成果見表3,其破壞位置皆在PBM混凝土與老混凝土的結(jié)合面上,說明結(jié)合面仍是強(qiáng)度薄弱環(huán)節(jié)。結(jié)合強(qiáng)度系數(shù)K(表示PBM混凝土結(jié)合面的剪切強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度與整體老混凝土的剪切強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度比值)值為0.40.

10、55,可見其總體粘結(jié)性能約為老混凝土的50%,對于裂縫修補(bǔ)而言,整體性能的恢復(fù)有了肯定的改善。因此,PBM不失為一種水下修補(bǔ)可選用的優(yōu)良材料。2.2.5 LW+HW混合液灌縫的粘結(jié)強(qiáng)度及防滲效果 LW、HW為水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料,LW具有快速高效的防滲堵漏性能,HW具有防滲堵漏和固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)的雙重性能,兩者可視工程需要以任意比例互溶。為了檢驗(yàn)其堵漏和補(bǔ)強(qiáng)效果,特制備了一組直徑D=15cm,含有LW+HW混合液灌縫的劈拉試件,該混合液灌縫的劈拉強(qiáng)度為0.22MPa.依據(jù)測試,堵漏效果良好。3、工程應(yīng)用3.1 工程概況黃沙港閘是淮河入海尾閭江蘇省里下河地區(qū)四大港排澇擋潮的掌握工程之一,1972年6

11、月竣工,設(shè)計(jì)日均流量200m3/s,左岸第一孔為通航孔凈寬8m,其余15個(gè)排水孔,每孔凈寬5m,排水孔中墩為混凝土與砌石混合結(jié)構(gòu),厚0.9m,閘底板采納素混凝土反拱底板型式,底板厚0.5m,底板與閘墩連成整體不分縫,成為16跨連拱結(jié)構(gòu)。運(yùn)行至今已有多孔反拱底板消失裂縫,裂縫分布在底板拱頂順?biāo)鞣较?縫寬12mm,嚴(yán)峻的7號孔反拱底板兩處向上冒水。經(jīng)過沉陷觀測資料的分析計(jì)算,認(rèn)為反拱底板的裂縫是由于拱腳不勻稱沉陷引起的,沉陷已基本趨于穩(wěn)定。經(jīng)多方案比較及模擬施工現(xiàn)場試驗(yàn),打算采納水下修補(bǔ)方案。3.2 施工工藝3.2.1 底板裂縫處理(1)沿縫鑿槽。沿底板裂縫走向用風(fēng)鉆一個(gè)連接一個(gè)地鉆孔,孔深為4

12、2mm,鉆孔直徑為42mm,然后修成42mm×42mm的U型槽。(2)鉆灌漿孔。沿裂縫走向騎縫鉆灌漿孔和出漿孔,每2m長為一個(gè)灌漿單元,布置灌漿孔和出漿孔各2個(gè),孔距65cm,孔深20cm.(3)在灌漿孔內(nèi)安裝灌漿塞,并將灌漿管接至水面以上與灌漿泵相連接。(4)嵌縫。采納PBM混凝土封縫膠嵌入鑿好的U型槽內(nèi)并擠壓密實(shí)。固化前用壓板壓緊,固化后拆掉壓板。(5)灌漿。由于閘底板下面的粉砂層可能有淘空現(xiàn)象,故用壓力泵通過灌漿孔向裂縫及底板下灌LW與HW混合液,由稀到稠。壓力掌握在0.10.15MPa.待出漿管溢出LW與H W混合液時(shí)將其扎緊封堵,保持壓力3min,第一次灌漿完成。間隔12d

13、后進(jìn)行其次次灌漿。3.2.2 反拱底板補(bǔ)強(qiáng)(1)打毛。由潛水員在水下用風(fēng)鎬將底板混凝土表面打毛,露出粗骨料,并用高壓水槍把碴屑沖除潔凈。(2)鉆插筋孔。按孔距60cm用風(fēng)鉆鉆插筋孔,孔深20cm,孔徑42mm.用高壓水槍把屑沖除潔凈,并用真空吸管將孔內(nèi)砂粒吸潔凈。(3)錨固插筋。在插筋孔內(nèi)安放藥卷式水下錨固劑,并插入20長 40cm的鋼筋(錨筋外露20cm)和20長45cm的螺栓(螺栓外露25cm),螺紋長不小于5cm,既可作錨筋用,又可作固定鋼模板用),錨筋和螺栓間隔布置。(4)鋼筋就位。將在岸上綁好的12150鋼筋網(wǎng)整體吊裝下水就位,鋼筋網(wǎng)布置在新澆水下混凝土的上部,混凝土愛護(hù)層為6cm.鋼筋與插筋之間用水下電焊聯(lián)接。(5)架立鋼模。模板采納4mm鋼板和75×8角鋼拼接而成,用螺帽固定鋼模板,并掌握模板與反拱底板之間的距離符合設(shè)計(jì)要求(20cm)。在模板的適當(dāng)位置預(yù)留混凝土進(jìn)料口和溢出口。進(jìn)料口設(shè)在反拱底板頂部,溢出