混凝土建筑物水下补强加固技术的应用

混凝土建筑物水下补强加固技术的应用

阚文玲

山东磐宇建筑有限公司 山东 253000

　摘要：水工混凝土建筑物病害整治的传统方法为围堰排水修补，该种方法施工所必须的围堰、基础防渗和基坑排水往往耗费大量的时间和费用，而且改变结构受力状况，不安全因素增多。如何修补加固水下病害混凝土建筑物，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。随着科学技术的发展，各种新材料的问世，以及潜水作业技术的进步，为病害混凝土水下补强加固技术提供了重要条件。为此，结合多个涵闸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。

　　关键词：混凝土建筑物；水下补强；加固技术

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, 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水下不分散混凝土, 为了克服新老混凝土结合强度低这一薄弱环节, 内配ф12@150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。

反拱底板补强加固示意文献表明, 水下混凝土表面强度损失较大, 质量不易控制。特别是浇筑厚度仅20cm的水下薄层不分散混凝土, 目前尚无资料记载。为了提高浇筑水下薄层不分散混凝土的质量, 适当提高混凝土的设计标号, 并采取加盖模板和泵送挤压两条工艺措施, 以保证混凝土浇筑的连续性和减少混凝土与水的接触界面, 从而确保浇筑水下薄层不分散混凝土的强度。

以上整个工艺均由施工人员 (潜水员) 在水下完成, 并进行水下摄像, 及时传送到岸上, 监理工程师可以根据录像随时了解和检查施工情况, 随时发现和解决存在问题。

2 现场试验

2.1 试验概况

为了对水下施工的可行性进行深入的检验, 掌握施工材料的可行性, 制订可行的施工技术方案, 并采取科学的水下修补技术。通过现场模拟试验, 尽量模拟现场的实际情况, 如果选择在闸孔上进行试验, 当闸孔上有裂缝时, 如果试验没有成功, 会导致后续处理比较复杂, 检测试验开展的难度也较大, 选取对试块进行浇筑的方法, 试块和水流相垂直的尺寸和底板铰块的尺寸相一致, 沿着水流方向开展施工工作。设计尺寸为:长度方向为4 m, 宽度方向为2 m, 高度方向为0.2 m, 具有加固作用的混凝土层的设计厚度为20 cm, 将试验场地设置在闸上游位置, 在试验进行的过程中, 环境温度为19~34℃, 水温为16~29℃, 水质条件良好, 含有一定量的氯离子、硫酸根以及高锰酸根离子, p H值显示为中性偏碱性, 试验中所采用的方法以及程序严格按照技术规范执行, 不同的操作程序在水下4~5 m的范围内进行。

2.2 试验内容

(1) 查看水下加固技术以及补强技术是否可行, 不同的施工工艺是否合理, 质量是否满足要求; (2) 对水下浇筑层混凝土的力学性能参数进行检测; (3) 对新混凝土和旧混凝土结合处的强度数值进行检测, 若发现对混凝土整体性或者质量产生影响的地方, 及时进行修补或处理; (4) 对施工中不同新材料的性能以及特点进行检测。

2.3 试验设备

遵照施工试验要求准备相应的试验设备, 其中包括浮箱、手动葫芦、潜水空压设备、潜水装置、钻孔设备、风镐、焊接设备、分割设备、搅拌设备、压浆泵、适用于水下的监控设备等。

3 检测结果

3.1 外观及抗压强度结果

观察试块和钻孔试件的外观质量, 若水下的混凝土表面呈现出光滑的状态, 具有很好的完整程度, 密度较大, 结构良好, 则能够证明水下环境中混凝土的密实性合格, 并加大对混凝土强度的检测, 将模拟试块调出水面, 再进行风干, 通过进行回弹试验对其抗压强度进行检查, 检测十个区域, 然后得到抗拉强度的测量平均值为25 MPa, 符合设计要求。

3.2 水下不分散混凝土的力学性能

力学性能检测内容主要包括:抗拉强度、剪切强度、握裹强度及劈拉强度, 根据国家相关的标准进行试验, 试验得到的结果作为现场钻孔施工的依据。

结果表明: (1) 水下不分散混凝土芯样抗拉强度数值和现场回弹试验中得到的抗拉强度数值基本一致, 满足试验要求, C20混凝土的内部强度和外部强度相同, 可得到泵送挤压工艺和加盖模板工艺的有效性相同; (2) 不分散混凝土在水下浇筑成型并且进行养护所得到的试件强度数值和自然成型的强度数值比值大小约为80%, 强度损失的较少, 不到20%; (3) 水下不分散混凝土的劈拉强度数值是普通强度数值的10%; (4) 混凝土在水下的剪切强度数值约为抗压强度熟知的1/6, 和普通状况下的比值相一致; (5) 握裹强度和现场试验的结果相一致, 和室内试验的结果差距较大, 主要是由于现场试验中水下混凝土的握裹力度更大。

3.3 新老混凝土的结合性能

通过新混凝土浇筑提高结构的稳定性, 在浇筑过程中要确保新浇筑的混凝土能够传递承载应力, 提高结合区域的抗压性能。一般状况下不会被削减, 所以需对新旧混凝土表面的抗拉和抗剪性能进行检查。通过对数据进行比较, 发现大部分试件的破坏面通常都为新旧混凝土相结合的表面, 结合面粘结性能的评定指标可以根据结合系数的大小来确定, 粘结系数就是新混凝土与旧混凝土结合处的强度数值和新型混凝土强度数值的比值, 得到劈拉结合强度系数约为0.45, 剪切结合强度系数约为0.6, 说明新老结合处的强度值是新混凝土部分强度的一半, 采用锚固增强技术是十分必要。应用锚筋以后, 使劈拉强度提高了70%, 剪切强度数值提高了50%。

3.4 PBM混凝土嵌槽的结合性能

PBM是一类高分子材料, 具有极高的高分子互补以及协调效应, 使高分子合金性能得到很好的体现, PBM材料在混凝土材料中的应用, 可提高混凝土结构性能, 使用PBM进行裂缝的修补, 可很好地使结构的整体性得到恢复, 发挥很好的防水作用。通过试验发现, 发生损坏的部分均在新混凝土和旧混凝土的结合面上, 说明结合面的强度较弱。结合强度系数值的大小可以表现表面结合处的粘结性能, 结合强度系数就是新旧混凝土结合面的剪切强度、抗弯强度和旧混凝土的剪切强度及抗弯强度的比值, 一般数值约为0.4~0.6之间, 就是新旧混凝土结合处的性能为旧混凝土性能的50%, 通过对裂缝的修补, 可对整体性能进行修复。

3.5 混合液灌缝的粘结强度和防渗效果

LW、HW是水溶性的较好材料, 具有很好的防水功能, 可用于堵漏施工, HW既具有防渗功能, 又具有堵漏功能, LW和HW组分比例可根据不同的施工环境和条件进行选择, 可通过植被一个劈拉试件来对其堵漏和补强的效果进行检查, 进一步进行效果分析, 进行合理的评价。

4结论

　　综上所述，混凝土建筑物的水下补强加固技术是一项新型的技术，通过试验对其性能进行检测，发现该技术的应用效果较好、操作工艺简单，资金投入少，其具有极好的实用性。通过对检测数据的分析发现，该技术得到的混凝土建筑物结构符合工程运营标准，因此，水下补强加固技术得到了推广和应用，适合一些工程的裂缝修补，适合于海岸工程的混凝土水下补强加固工程，具有极好的发展前景。

　　参考文献

　　[1]王超杰,万磊,贾丽娟.孔头水电站尾水渠检修门槽水下补强加固[J].大坝与安全,2017(02):68-71.

　　[2]单宇翥,胡连军,贾恩红,陈雪峰,邹少军.青铜峡水工泄水建筑物混凝土缺陷水下补强加固[J].大坝与安全,2017(02):39-43.

　　[3]顾强生,张小平,吴金泉,孙友翔,蔡洪卿,刘开华.混凝土建筑物水下补强加固技术研究[J].水利学报,2017(09):63-67.

　　[4]林宝玉.混凝土建筑物的病害防治及补强加固新材料[J].大坝观测与土工测试,2017(06):18-22.