混凝土建筑物水下补强加固技术研究

1、混凝土建筑物水下补强加固技术研究 水工混凝土建造物病害整治的传统方法为围堰排水修补，该种方法施工所务必的围堰、基础防渗和基坑排水往往耗费大量的时光和费用，而且转变结构受力情况，不平安因素增多。如何修补加固水下病害混凝土建造物，提高修补质量，简化施工工艺，降低工程费用，是一个值得研究的课题。随着科学技术的进展，各种新材料的问世，以及潜水作业技术的长进，为病害混凝土水下补强加固技术供应了重要条件。为此，结合黄沙港闸反拱底板裂缝修补加固工程实际，经多方案比较研究，提出水下补强加固新技术。 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

2、，用LW与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水下不凝聚混凝土，为了克服新老混凝土结合强度低这一薄弱环节，内配12150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。 反拱底板补强加固暗示文献表明，水下混凝土表面强度损失较大，质量不易控制。特殊是浇筑厚度仅20cm的水下薄层不凝聚混凝土，目前尚无资料记载。为了提高浇筑水下薄层不凝聚混凝土的质量，适当提高混凝土的设计标号，并实行加盖模板和泵送挤压两条工艺措施，以保证混凝土浇筑的继续性和削减混凝土与水的接触界面，从而确保浇

3、筑水下薄层不凝聚混凝土的强度。 以上囫囵工艺均由施工人员（潜水员）在水下完成，并举行水下摄像，准时传送到岸上，监理工程师可以按照录像随时了解和检查施工状况，随时发觉和解决存在问题。 2 现场实验 2.1 实验概况 2.1.1 实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牢靠程度，确保水下修补技术在工程实际中应用胜利，特在黄沙港闸举行现场模拟施工实验。实验时尽量仿真。若直接在有裂缝的闸孔上举行，万一实验不胜利，善后处理将比较棘手，同时检查测试也不便利，故确定采用浇筑试块的主意举行实验。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彻低仿真，顺水

4、流方向的尺寸考虑试块的分量及施工作业面，设计为长4m、宽2m、厚 0.2m.起加固作用的新浇混凝土层彻低按加固设计要求20cm厚度浇筑。实验现场置于闸上游侧，实验期间，气温1934，水温1629，水质情况：氯离子390680mg/L、硫酸根离子45150mg/L、高猛酸盐5.810.6mg/L、pH值7.78.9.实验方法和步骤严格根据水下修补技术设计要求举行，除浇筑模拟反拱底板试块，其它各道工序皆在水下45m处举行。 2.1.2 实验内容 （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凝聚混凝土各项力学性能指标； （3）检测新老混凝土的结合

5、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，如不凝聚剂NNDC 2、PBM聚合物混凝土、LW HW裂缝灌浆材料及药卷式锚固剂。 2.1.3 实验设备本次实验是一次模拟施工现场实验，动用了各道施工工序所需的全部设备，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 实验检测成绩 2.2.1 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凝聚混凝土浇筑表面

6、光洁、周围完整、内部密实，说明水下不凝聚混凝土有较好的流淌性和自密实性。为了多方位测定水下不凝聚混凝土的强度，将模拟试块吊出水面风干后举行现场回弹实验检测其抗压强度，测区10个，抗压强度平均值25.2MPa（龄期48d），满意设计要求。 2.2.2 水下不凝聚混凝土的力学性能水下不凝聚混凝土的力学性能包括抗压强度、劈拉强度、剪切强度和握裹强度，实验按SD10582和GB8185举行，试件为现场钻孔取芯样，试件尺寸及其检测结果见表1所示。由表中可见： （1）水下不凝聚混凝土芯样抗压强度为25.6MPa，与现场回弹实验检测的抗压强度值（25.2MPa）相当临近，强度表里全都，达到设计标准（C20）

7、，说明加盖模板和泵送挤压两条工艺措施十分有效； （2）水下不散混凝土在水下浇筑成型并在水中养护的试件强度与在机口取样成型自然状态养护的试件强度（水上试件）的比值为83.6%，强度损失约16%； （3）水下不凝聚混凝土的劈拉强度约为抗压强度的10%，与文献4的数据基本全都； （4）水下混凝土的剪切强度约为抗压强度的1/61/7，与混凝土的常规比值基本相符. （5）握裹强度 （3.90MPa）与文献5现场取样结果（3.30MPa）相近，但与其室内实验结果（8.6MPa）相差较多，这是因为现场取样难以做到锚筋居中且不偏斜，因而可以认为实际的水下不凝聚混凝土的握裹强度大于3.9MPa. 2.2.3 新

8、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担当应力。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，且一般状况下都会被减弱。为此，着重测试新老混凝土结合面的抗拉和抗剪性能。 混凝土结合面的结合性能实验成绩见表2.由表2可见，全部试件的破坏面均为新老混凝土的结合面，用结合强度系数K（表示新老混凝土结合面强度与整体新混凝土强度的比值），作为结合面的粘结性能评定指标，可以得出劈拉结合强度系数为0.45，剪切结合强度系数为0.56.由此可见，新老混凝土的结合强度约为整体新混凝土强度的

9、一半（不包含锚筋作用），表明水下施工环境对新老混凝土结合面的强度有一定影响，而锚固增加是十分有效和须要的措施。研究表明，锚筋能提高劈拉强度70%左右，提高剪切强度50%左右。 2.2.4 PBM混凝土嵌槽的结合性能 PBM系互穿网络高分子材料，拥有不同高分子的互补和协同效应，体现出高分子合金性能。由它制备的砂浆或混凝土具有优越的性能。用PBM混凝土嵌槽修补裂缝，是为了达到恢复结构整体性、防水性及耐久性的目的，并为裂缝灌浆做好打算。PBM嵌槽的力学性能实验成绩见表3，其破坏位置皆在PBM混凝土与老混凝土的结合面上，说明结合面仍是强度薄弱环节。结合强度系数K（表示PBM混凝土结合面的剪切强度、抗弯

10、强度与整体老混凝土的剪切强度、抗弯强度比值）值为 0.40.55，可见其总体粘结性能约为老混凝土的50%，对于裂缝修补而言，整体性能的恢复有了一定的改善。因此，PBM不失为一种水下修补可选用的优良材料。 2.2.5 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具有迅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随意比例互溶。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.按照测试，堵漏效果良好。 3 工程应用 3.1 工程概况黄沙港闸是淮河

11、入海尾闾江苏省里下河地区四大港排涝挡潮的控制工程之一，1972年6月竣工，设计日均流量200m3/s，左岸第一孔为通航孔净宽8m，其余15个排水孔，每孔净宽5m，排水孔中墩为混凝土与砌石混合结构，厚0.9m，闸底板采用素混凝土反拱底板型式，底板厚0.5m，底板与闸墩连成整体不分缝，成为16跨连拱结构。运行至今已有多孔反拱底板消失裂缝，裂缝分布在底板拱顶顺水流方向，缝宽12mm，严峻的7号孔反拱底板两处向上冒水。经过沉陷观测资料的分析计算，认为反拱底板的裂缝是因为拱脚不匀称沉陷引起的，沉陷已基本趋于稳定。经多方案比较及模拟施工现场实验，确定采用水下修补方案。 3.2 施工工艺 3.2.1 底板裂缝处理 （1）沿缝凿槽。沿底板裂缝走向用风钻一个衔接一个地钻孔，孔深为42mm，钻孔直径为42mm，然后修成42m