建筑物水下補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)研究(一)

　　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，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)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，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。

　　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(dāng)提高混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)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(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)不成功，善后處理將比較麻煩，同時(shí)檢查測試也不方便，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)是一次模擬施工現(xiàn)場試驗(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)，滿足設(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SD105—82和GB81—85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)度表里一致，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非常有效;

　　(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)[4]的數(shù)據(jù)基本一致;

　　(4)水下混凝土的剪切強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/6～1/7，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)[5]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承擔(dān)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，且一般情況下都會被削弱。為此，著重測試新老混凝土結(jié)合面的抗拉和抗剪性能。

　　混凝土結(jié)合面的結(jié)合性能試驗(yàn)成果見表2.由表2可見，所有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)合面的強(qiáng)度有一定影響，而錨固增強(qiáng)是非常有效和必要的措施。研究表明，錨筋能提高劈拉強(qiáng)度70%左右，提高剪切強(qiáng)度50%左右。

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