水下混凝土結構損傷修補技術

宋旭青，遲俊蘭

（1.青島政益達實業有限公司，山東青島266021；2.青島太平洋海洋工程有限公司，山東青島266100）

0 引言

隨著運行時間的增長，大壩水下結構受到水流長時間沖刷和侵蝕，越來越容易產生缺陷和老化，并且難于觀測和及時維護，水工結構的整體安全性也隨之降低，以致不滿足要求。因此，必須針對水下結構損傷的性質和程度，采取適當的修補措施，恢復結構的整體性，提高結構物的穩定性和耐久性，所采用的處理措施也應具有施工方便、成本低、工期短等特點。

1 水下混凝土結構病害分類

水下混凝土結構物損傷的主要表現形式有兩種：一是由于各種作用引起的強度破壞，二是由于各種作用造成的裂縫或抗滲能力不足引起的滲漏。從現象上來看，主要可歸納為裂縫、滲漏和剝蝕三種形式。

1.1 裂縫

裂縫是混凝土建筑物最普遍的病害之一，它的形成往往是多種因素聯合作用的結果。裂縫按成因可分為溫度裂縫、干縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、沉降裂縫、凍脹裂縫、堿骨料反應縫等；按裂縫開度變化分為穩定裂縫、張合裂縫、擴展縫等；按裂縫深度可分為表層縫、深層縫和貫穿縫等。

1.2 滲漏

水下結構物滲漏，按滲漏的形態可分為點滲漏、線滲漏、繞流滲漏等。

（1）點滲漏和繞流滲漏一般由混凝土施工質量差造成。點滲漏的源或是一點或是多點，多點滲漏是彌漫性的，滲漏點分散，范圍較廣；繞流滲漏是混凝土結構與另外介質的接觸部位，水流沿阻力小的空間通道形成的滲漏。

（2）線滲漏的發生率高，可分為病害裂縫滲流、接觸縫和伸縮縫滲漏。在裂縫滲漏中，貫穿性裂縫是產生滲漏的主要原因之一，而滲漏程度也與裂縫的性狀（寬度、深度和分布）有關。伸縮縫滲漏主要是由于止水結構失效所致。

1.3 剝蝕

常見的混凝土剝蝕破壞有凍融破壞、沖刷與空蝕破壞、鋼筋銹蝕破壞及化學侵蝕破壞四種。其中，沖刷破壞是水下混凝土結構物最常見的破壞形式之一。水工建筑物的過流部位，由于長時間受水流（特別是高速水流）的沖刷、侵蝕以及砂石的磨損，過流面往往容易發生沖刷破壞，易形成沖坑和掏洞（產生在平面的沖刷破壞稱為沖坑，立面上的破壞稱為掏洞），進而造成骨料、鋼筋的裸露甚至缺失，發展下去將改變結構的受力性能，產生安全隱患。

2 裂縫修補技術

修補前要進行結構物水下檢查，細致觀察缺陷的特征，對其進行整體分析，找到破損原因，根據修補目的并針對不同的缺陷類型采取相應的修補措施。一般根據水下裂縫修補的目的性、針對性和適應性原則，修補方法的選擇需要考慮以下幾個因素：

（1）判斷裂縫產生的原因是什么，裂縫是穩定縫還是張合縫；

（2）修補的主要目的是什么，是減少滲漏還是需要補強加固。

水工混凝土結構裂縫水下修補技術按其目的和適用條件，主要可分為柔性修補和剛性修補兩類。

2.1 裂縫柔性修補

2.1.1 技術概要

屬于防滲漏修補，著力于結構抗滲和止漏，同時不會對結構強度和功能造成損害，適用于張合裂縫，大壩的伸縮縫、沉降縫、溫度縫均屬此例。

柔性修補主要采用塑性止水填料進行嵌縫封堵，再加蓋塑性止水蓋片達到表面防滲的目的。其結構形式必須適應裂縫開度隨外因的變化，防滲材料必須具有較好的彈塑性。柔性防滲止漏結構應具有二重以上的防滲措施，增加防滲止漏效果和耐久性；任何一個可能的滲漏部位、縫隙和局部點，都應采用水下密封膠進行封堵，使防滲止漏結構和原混凝土結構形成無任何滲漏路徑的整體，見圖1。

圖中3種柔性修補結構均能滿足防滲止漏的要求，實際工程中可根據損傷的性質和經濟、技術要求進行選擇。

2.1.2 主要工藝

根據設計要求，騎縫開鑿一定深度的V型槽或U型槽。V型槽建議尺寸為寬50 mm,深40 mm；U型槽建議尺寸為上底寬80 mm，下底寬30 mm，深度60 mm。用高壓水清理槽內雜物，槽內嵌填塑性止水材料，并形成高約20 mm的鼓包，然后沿縫粘貼防滲蓋片，蓋片寬度約為500 mm，并在蓋片兩側用扁鋼壓條和不銹鋼螺栓固定。螺栓間距不宜大于50 cm，扁鋼壓條排距不大于100 cm，可采用對接方式連續固定。最后用水下粘結膠封邊，使防滲結構形成密閉的整體。

2.2 裂縫剛性修補

圖1 柔性防滲止漏典型實例圖Fig.1 Typical examples of flexible seepage prevention

2.2.1 技術概要

屬于防滲加固修補，起到防滲止漏和補強加固的雙重作用，即對水下混凝土結構進行防滲止漏修補的同時還要提高結構承載能力。兩類修補同時構成防滲加固的統一體，一并進行設計與施工，適于穩定縫、散點滲漏的防滲加固。

剛性防滲止漏結構必須具有防滲結構和補強結構，如果處于過流面，其外形應和原結構表面保持一致，為了增強修補結構與原結構的結合強度，還應植錨固筋加固。詳見圖2。

2.2.2 主要工藝

潛水檢查、標識裂縫位置和范圍，再用液壓鋸沿開鑿線開鑿成一定寬度和深度的矩形槽。為了提高結構物應有的抗裂性能，在槽內植入錨筋加以錨固，同時焊接鋼筋網，增強新老混凝土的整體性。最后澆筑強度等級不低于C30的水下混凝土，以恢復其結構原來的狀態。

圖2 裂縫剛性修補典型實例圖（單位：mm）Fig.2 Typical example of rigid rehabilitation for cracks

3 沖刷破壞修補技術

沖刷破壞的修補著力于結構強度的提高，同時也不造成結構防滲止漏性能的損害。按照修補目的還可分為維修性修補和補強加固性修補。

3.1 維修性修補

3.1.1 技術概要

屬于水下混凝土結構修復性修補，要求恢復到原結構形態和結構形式，使其達到原設定的功能和可靠性，維護原可靠度水平。詳見圖3。

圖3 沖坑維修性修補實例圖Fig.3 Maintenance of scour hole

3.1.2 主要工藝

沿破損邊緣線外至少50 mm切割鑿除損傷、松動、強度低下的混凝土，達到坑內任何部位的深度都≥50 mm，以增加修補結構的強度。對待澆筑面進行清洗、打毛處理，以增強新老混凝土的粘結強度，最后澆筑強度等級不低于C30的水下混凝土，恢復至原有狀態。

3.2 補強加固修補

3.2.1 技術概要

補強加固修補不僅要達到原結構的設計標準，還要使原結構的可靠標準得到提高，增加結構的可靠性和可靠度。因此，所用水下混凝土強度等級不應小于C30，宜用聚合物類水下混凝土和水下不分散混凝土。補強加固性修補應鋪設鋼筋網并加錨筋錨固。詳見圖4。

圖4 沖坑補強加固修補實例圖（單位：mm）Fig.4 Rehabilitation of scour hole

3.2.2 主要工藝

掏洞和沖坑加固修補采用錨固鋼筋網水下混凝土結構。首先用液壓鋸在沖坑（掏洞）邊緣線外50 mm進行切割，形成整齊規則的邊緣。鑿除、清理損壞部位的松散混凝土、鋼筋頭。為了克服新老混凝土結合強度低這一薄弱環節，內配雙向鋼筋網，并通過錨固鋼筋把新老混凝土連成整體，以提高結構整體受力性能。錨筋鉆孔除另有要求外，應沿錨筋受力主向或設計方向施鉆，偏角宜≤3°。水平錨孔可以向上仰角2°～4°施鉆，以便能填充達到要求數量的錨固劑填充量。最后在坑內澆筑水下混凝土。對于立面掏洞的加固修補，在澆筑前還要架立模板，材料終凝后拆模，并將露出的鋼筋頭等切除。詳見圖5。

圖5 掏洞補強加固修補實例圖（單位：mm）Fig.5 Rehabilitation of scour hole

4 結語

（1）混凝土滲漏及沖刷破壞是水下結構物常見的病害，對大壩整體結構的安全和穩定有很大的影響，發現問題必須及時修復。以上介紹的幾種修補加固技術已在很多座水庫大壩中應用，都取得了良好的修補效果，確保了水工建筑物的安全運行。

（2）水下混凝土結構損傷的修補應遵循目的性、針對性和適應性的原則，避免修補無效或因修補造成新的損傷。目的性原則要明確是維護性修補還是增強性修補；針對性原則是要確定防滲漏修補、加固修補還是防滲加固修補；適應性原則是要使所采用的防滲措施具有“前堵后排”的作用，適應原結構的形式和功能。

（3）所用水下混凝土材料目前分為兩大類：一是水下不分散混凝土（NDC），它實際是陸用混凝土的改性，即在陸用混凝土中添加絮凝劑，使其適于水下澆筑，提高水陸強度比；二是聚酯混凝土，由不飽和樹脂、高強環氧劑加上其它添加劑、砂石和水泥拌制而成。前者稱為水下聚合物混凝土，后者稱為水下環氧混凝土。以上兩大類水下混凝土都具有水下澆筑不分散、自流平、自密實、不需振搗等特點，可根據需要配制成水下強度為C20～C50的不同抗壓等級的混凝土，可以充分滿足工程要求。

（4）一般來說，加固修補、防滲加固修補所用的鋼筋網和錨筋材料性能與規格應根據具體結構通過計算分析確定，或者根據以往工程經驗確定，而且必須滿足可靠性的要求。■

[1]21世紀中國水庫大壩建設管理中的若干問題[M].中華人民共和國水利部.2004.

[2]SDJ 207-82，水工混凝土施工規范[S].中華人民共和國水利部，電力工業部.

[3]SL230－98，混凝土壩養護修理規程[S].中華人民共和國水利部.

[4]魯一暉，孫志恒.水工混凝土建筑物檢測與修補[M].海洋出版社，2007.

[5]黃國興，紀國晉.混凝土建筑物修補材料及應用[M].中國電力出版社，2009.