水閘混凝土工程水下檢修技術(shù)研究

(鎮(zhèn)江市長(zhǎng)江河道管理處， 江蘇 鎮(zhèn)江 212006)

水閘混凝土工程水下檢修技術(shù)研究

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(鎮(zhèn)江市長(zhǎng)江河道管理處， 江蘇 鎮(zhèn)江 212006)

本文對(duì)常用混凝土水下檢查方案特點(diǎn)及適用范圍進(jìn)行了對(duì)比分析，并結(jié)合諫壁節(jié)制閘混凝土工程水下檢修實(shí)踐，介紹了PBM聚合物砂漿或混凝土的特性及其在水下混凝土修補(bǔ)應(yīng)用中的技術(shù)要點(diǎn)。

水閘； 混凝土； 水下； 檢修； 聚合物砂漿

根據(jù)水閘工程管理規(guī)定，需定期對(duì)水下工程進(jìn)行檢查；由于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行不當(dāng)或水環(huán)境惡劣等原因，在合理使用壽命期內(nèi)水閘水下混凝土工程可能會(huì)損壞，需進(jìn)行檢查和維修。受運(yùn)行、時(shí)間、經(jīng)費(fèi)等限制，以上檢查和維修通常需在水下進(jìn)行。下面主要結(jié)合諫壁節(jié)制閘水下工程檢修實(shí)踐，對(duì)水閘水下混凝土工程水下檢修技術(shù)做一初步研究。

1 水下檢修方案研究

1.1 常見(jiàn)水下檢修方案

水閘水下混凝土工程水下檢修方案按作業(yè)環(huán)境不同大致可分為“有水”和“無(wú)水”兩大類，目前常用水下檢修方案見(jiàn)下頁(yè)表。

1.2 水下檢修方案的選擇

由表1可知方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，需考慮適用范圍，綜合實(shí)際工況(空間尺寸、水位)、險(xiǎn)情(損壞程度及可能危害)、檢修目標(biāo)、工期、經(jīng)費(fèi)等，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證后做出選擇。

水閘全面安全鑒定或水下工程單項(xiàng)安全鑒定時(shí)，建議利用氣壓沉柜等創(chuàng)造“無(wú)水”環(huán)境進(jìn)行水下檢查；當(dāng)水下工程局部發(fā)生或懷疑發(fā)生重特大險(xiǎn)情時(shí)，也宜采用類似方案進(jìn)行水下檢修。潛水員水下摸查主要依賴于潛水員觸摸感覺(jué)、專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和職業(yè)道德，檢查時(shí)易遺漏或誤判險(xiǎn)情，維修時(shí)質(zhì)量可控性相對(duì)較差，非臨時(shí)緊急檢修或年度例行水下檢查一般不宜單獨(dú)運(yùn)用。只是由于潛水員水下摸查最便捷、經(jīng)濟(jì)，且基本不受水位、水深、檢查部位等限制，該方案經(jīng)常被優(yōu)先單獨(dú)選用或作為其他方案的必要補(bǔ)充。若運(yùn)用該檢修方案，宜安排多個(gè)潛水員相互輪換、監(jiān)督，水體條件滿足要求時(shí)應(yīng)輔以水下攝像。如：整個(gè)閘室水下工程普遍大面積嚴(yán)重?fù)p壞，可采用整體浮箱封孔檢修方案。

常見(jiàn)水下檢修方案表

1.3 水下檢修方案的發(fā)展與探索

以上幾種水下檢修方案在實(shí)踐中不斷被完善、創(chuàng)新、發(fā)展。如：1982年某大型集團(tuán)公司自行設(shè)計(jì)制造1號(hào)氣壓沉柜，盾底7854mm×3964mm，適用水深12.5～2.5m和1∶12以下斜坡面，擴(kuò)大了水下檢修適用范圍和一次檢修面積；江蘇射陽(yáng)雙洋閘除險(xiǎn)加固中成功應(yīng)用“U形浮式鋼圍堰”水下檢修底板、門槽[4]；安徽省淮南市某處理廠水下設(shè)備安裝中對(duì)DDC開(kāi)敞式檢修裝置進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新改造升級(jí)，擴(kuò)大了適用范圍(理論上適用水深能達(dá)十幾米甚至幾十米)，使用也更簡(jiǎn)便、安全、高效。[5]另外，還可直接利用閘上、下游檢修門或檢修門配合整體浮箱與閘墩一起形成局部封閉空間，用水泵抽排積水，然后對(duì)相關(guān)部位進(jìn)行無(wú)水檢修作業(yè)。

為查全、查清、查實(shí)水下混凝土工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全隱患，還需其他應(yīng)用技術(shù)的輔助，如：水下超聲波檢測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)等。近年來(lái)一些新興技術(shù)也正在研究、試驗(yàn)并逐步應(yīng)用、推廣到水下工程檢查中，如：水下自動(dòng)測(cè)量導(dǎo)航定位技術(shù)，渾水水下目標(biāo)高清成像技術(shù)，DIDSON雙頻識(shí)別聲吶技術(shù)，水下多波束測(cè)深技術(shù)，以ROV(水下遙控潛水器)技術(shù)為載體，融合現(xiàn)代化的聲、光、電、磁等先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)的多用途水下機(jī)器人等。

2 水下混凝土工程修補(bǔ)技術(shù)研究

2.1 水下混凝土工程常見(jiàn)損壞

諫壁節(jié)制閘多次水下檢查發(fā)現(xiàn)，水下工程損壞主要表現(xiàn)為：底板沉降縫兩側(cè)混凝土損壞、縫內(nèi)止水填料流失；底板混凝土剝蝕，蜂窩麻面，石子外露，表面裂縫，局部鋼筋外露或存在沖蝕坑；門槽混凝土損壞，預(yù)埋鐵件松動(dòng)、脫落等。

2.2 PBM聚合物砂漿或混凝土

普通混凝土無(wú)法滿足水下工程檢修施工要求，目前水下混凝土工程修補(bǔ)常用PBM聚合物砂漿或混凝土。PBM聚合物砂漿或混凝土是由膠凝、骨料和PBM樹脂添加劑混合攪拌而成，遇水不分散、離析，可用于有水或潮濕環(huán)境施工。其自流平、自密實(shí)，能快速凝固、強(qiáng)度增長(zhǎng)迅速(遠(yuǎn)快于水下不分散混凝土)，早期強(qiáng)度較高(3d混凝土抗壓強(qiáng)度可達(dá)30MPa)，黏結(jié)性能良好(3d黏結(jié)強(qiáng)度可達(dá)2MPa)，抗?jié)B性能也較好(抗?jié)B等級(jí)高于W15)[6]，養(yǎng)護(hù)周期短(硬化3～5天后即可過(guò)流)。PBM聚合物砂漿或混凝土不僅可對(duì)水下混凝土損壞進(jìn)行薄層(可達(dá)厘米級(jí))、大體積和快速的修補(bǔ)，還能水下粘貼鋼板。因此，特別適用于水閘水下局部應(yīng)急快速修補(bǔ)。該修補(bǔ)技術(shù)曾在葛洲壩大江電廠排砂底孔沖坑處理、云南漫灣電站水墊塘沖坑處理、寧夏青銅峽泄水孔底板淘空水下處理、浙江余姚陶家路閘消力池水下沖坑處理等工程中成功應(yīng)用。諫壁節(jié)制閘在2009～2013年水下應(yīng)急檢修中也多次用PBM聚合物砂漿或混凝土成功修補(bǔ)水下混凝土工程、粘貼固定門槽預(yù)埋鐵件。

2.3 PBM聚合物砂漿或混凝土水下修補(bǔ)施工要點(diǎn)

2.3.1 基層處理

試驗(yàn)[7]研究發(fā)現(xiàn)結(jié)合面是最薄弱面，水下混凝土工程修補(bǔ)的關(guān)鍵是新老結(jié)合面能否有效傳遞和承擔(dān)應(yīng)力。檢修前如有可能宜提前開(kāi)閘適當(dāng)過(guò)流將閘底板表面沖刷干凈，同時(shí)改善一下閘室附近水域水質(zhì)。修補(bǔ)前應(yīng)清除混凝土表面吸附物，鑿毛混凝土表面并鑿除松動(dòng)、薄弱混凝土。為保持修補(bǔ)層厚度基本均勻，還需對(duì)相關(guān)部位(尤其是損壞部位四周)進(jìn)行局部切割、鑿除，以避免出現(xiàn)局部較薄修補(bǔ)層。裂縫處理前還應(yīng)騎縫開(kāi)鑿U形槽增大結(jié)合面。基層鑿除處理后應(yīng)將結(jié)合面清理干凈。

2.3.2 補(bǔ)充鋼筋

如原有結(jié)構(gòu)鋼筋損傷或配筋數(shù)量不夠，或?yàn)樵鰪?qiáng)新老結(jié)合，防止修補(bǔ)結(jié)構(gòu)層面層開(kāi)裂等，可設(shè)計(jì)補(bǔ)充鋼筋。試驗(yàn)[7]表明，相對(duì)陸上無(wú)水施工，新老結(jié)合面強(qiáng)度會(huì)由于水下施工而大幅降低；錨固增強(qiáng)是非常有效和必要的措施。鋼筋錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，外露錨固鋼筋端部宜做成90°彎鉤，以便與其他鋼筋連接、加強(qiáng)鋼筋與修補(bǔ)混凝土黏結(jié)。錨固鉆孔前應(yīng)利用鋼筋檢測(cè)定位技術(shù)查清原結(jié)構(gòu)受力鋼筋分布，盡可能避免損傷原結(jié)構(gòu)層受力鋼筋。錨固鋼筋應(yīng)使用適于水下施工的錨固劑，如：PBM聚合物砂漿、藥卷式錨固劑、HK-983樹脂錨固劑。面積較大的鋼筋網(wǎng)片可在陸上制作成形后吊入水下就位安裝，小面積的也可在水下現(xiàn)場(chǎng)制作安裝。

2.3.3 模板制作安裝

水平面上嵌填裂縫、修補(bǔ)沖蝕坑等可不立模。如加厚原有結(jié)構(gòu)層或修補(bǔ)底板結(jié)構(gòu)縫兩邊混凝土等，或在立面(如閘墩、門槽)、斜面(如消力池斜坡連接段)上修補(bǔ)作業(yè)，則應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行水下立模。模板固定好后應(yīng)重視封堵模板底部與原結(jié)構(gòu)層間縫隙、漏洞。混凝土或砂漿澆筑成型24h后即可拆模。模板拆除后應(yīng)重視臨時(shí)固定模板的鐵件及鉆孔等的封閉處理，避免產(chǎn)生次生工程安全隱患。

2.3.4 PBM聚合砂漿或混凝土水下修補(bǔ)作業(yè)

砂漿或混凝土可用于修補(bǔ)100mm以下的薄層；厚100mm以上的宜用混凝土修補(bǔ)。一般性水下修補(bǔ)可用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，有侵蝕性的水下修補(bǔ)宜用火山灰水泥或粉煤灰水泥。骨料應(yīng)干凈、干燥(含水量宜小于1%)，粗骨料粒徑必須小于1/3修補(bǔ)厚度，強(qiáng)度也應(yīng)滿足要求。考慮水下施工可能造成的強(qiáng)度損失，施工配制強(qiáng)度應(yīng)較設(shè)計(jì)強(qiáng)度適當(dāng)增加(可提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí))。不應(yīng)直接采用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)配制PBM聚合砂漿或混凝土，而應(yīng)根據(jù)原結(jié)構(gòu)層及修補(bǔ)混凝土強(qiáng)度、現(xiàn)場(chǎng)溫度(氣溫、水溫)、骨料粒徑、修補(bǔ)總耗時(shí)等通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)試配確定配比；應(yīng)以合適的稠度和固化時(shí)間來(lái)確定各組份比例及促進(jìn)劑、引發(fā)劑用量。拌和物的稠度可通過(guò)樹脂用量及砂率等來(lái)控制，平面修補(bǔ)時(shí)稠度可大些，樹脂用量可少些。通過(guò)控制促進(jìn)劑和引發(fā)劑的用量調(diào)節(jié)水中固化凝結(jié)時(shí)間(從十幾分鐘到數(shù)小時(shí)，一般以不超過(guò)60min為宜)。試配時(shí)，對(duì)重要結(jié)構(gòu)除檢測(cè)抗壓強(qiáng)度外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力情況同時(shí)檢測(cè)黏結(jié)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等。

每批次拌和量應(yīng)以周期修補(bǔ)作業(yè)總需時(shí)、需用量進(jìn)行控制。現(xiàn)場(chǎng)配制時(shí)應(yīng)將水泥、骨料等拌和均勻后再進(jìn)行配漿。配漿時(shí)應(yīng)先按比例將A、B組份樹脂混合均勻，再加入促進(jìn)劑混合均勻，最后加入引發(fā)劑混合均勻。加完促進(jìn)劑必須待攪勻后再加引發(fā)劑，否則容易出現(xiàn)劇烈反應(yīng)，發(fā)生意外事故。配好的漿液必須立即倒入水泥、骨料拌和物中均勻拌和，否則將會(huì)因樹脂快凝而來(lái)不及拌制。試驗(yàn)[6]表明，PBM聚合砂漿或混凝土和原有結(jié)構(gòu)層的粘結(jié)體若一直保持在水下，則粘結(jié)良好；否則，新老結(jié)合面會(huì)脫開(kāi)。因此修補(bǔ)完工后宜靜水養(yǎng)護(hù)至少24h。雖然PBM聚合砂漿或混凝土具有自流平、自密實(shí)特點(diǎn)，但為確保水下修補(bǔ)質(zhì)量，也宜盡可能用工具進(jìn)行壓(拍)實(shí)、抹平，插搗邊角部位。

為便于質(zhì)量控制、技術(shù)研究，應(yīng)留置試塊，區(qū)別水下同條件養(yǎng)護(hù)和陸上自然養(yǎng)護(hù)進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)分析。條件允許時(shí)，還應(yīng)對(duì)水下檢修過(guò)程錄像，安排具備相應(yīng)能力和資格的監(jiān)理實(shí)行旁監(jiān)。

2.3.5 其他

如果混凝土裂縫滲水，還需結(jié)合灌漿處理。水下修補(bǔ)部位表面高程和平整度應(yīng)滿足工程正常、安全運(yùn)行需要，尤其是門槽、門檻等部位。另外水下混凝土工程修補(bǔ)并不僅限于PBM聚合物砂漿或混凝土，根據(jù)實(shí)際情況和修補(bǔ)設(shè)計(jì)也可采用SXM水下快速密封劑(可用于水下混凝土灌漿前的封縫、埋灌漿管、止?jié){孔封閉，也可用于水下混凝土裂縫、孔洞修補(bǔ))、水下不分散混凝土(較多用于水下大體積混凝土的修補(bǔ))、聚合物氯偏水泥砂漿(可用于30～50mm厚較大范圍表面修補(bǔ)、局部坑深超過(guò)50mm的混凝土表面回填修補(bǔ))、水下固化E44環(huán)氧樹脂砂漿等。

諫壁節(jié)制閘水下檢查還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)1個(gè)汛期運(yùn)用，以前檢修過(guò)的個(gè)別部位有再次損壞現(xiàn)象，說(shuō)明水下混凝土修補(bǔ)質(zhì)量控制有一定難度和不確定性，遠(yuǎn)不同于陸上施工或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)試驗(yàn)；另外，原有結(jié)構(gòu)層混凝土強(qiáng)度不能太低，以致新老結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度相差太大。

綜上所述，水下混凝土工程水下檢修技術(shù)還有待進(jìn)一步研究、改進(jìn)。另外，我們還應(yīng)注意研究開(kāi)發(fā)更多作業(yè)方便、安全可靠、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的水下修補(bǔ)材料和技術(shù)，并重視全壽命跟蹤研究水下混凝土檢修項(xiàng)目，實(shí)事求是地總結(jié)推廣水下檢修新材料、新工藝、新技術(shù)。

[1] 鎮(zhèn)江市水利志編輯委員會(huì).鎮(zhèn)江市水利志[M].上海：上海社會(huì)科學(xué)院出版社，1997：218-219.

[2] 王德俊.自浮式氣壓沉柜在諫壁閘水下檢修中的應(yīng)用與改進(jìn)[J].江蘇水利，2009(10)：21-24.

[3] 孫洪濱，周和平.DDC開(kāi)敞式水下混凝土無(wú)水檢修裝置研究與應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理，2008(10)：55-57.

[4] 何玉良，楊立懷.浮式鋼圍堰在閘孔水下檢修加固中的應(yīng)用[J].江蘇水利，2005(5)：31，33.

[5] 周和平，劉兆正，房向陽(yáng)，周立持，謝永軍. 水下檢修裝置的新發(fā)展 [J].水利水電科技進(jìn)展，2012(6)：64-83.

[6] 包銀鴻，程紅，陸志華.水下混凝土缺陷處理的工法研究——材料部分[J].大壩與安全，2005(2)：23-24.

[7] 顧強(qiáng)生，張小平.沿海港閘水下補(bǔ)強(qiáng)加固施工技術(shù)試驗(yàn)研究[J].水利水運(yùn)科學(xué)研究，1999(2)：175-177.

StudyonUnderwaterTroubleshootingforSluiceConcreteProject

Zhu Ya-dong

(Zhenjiang Changjiang Rivercourse Management Office, Zhenjiang 212006, China)

Contrastive analysis is carried out on characteristics and application scope of commonly used concrete underwater inspection scheme in this paper. Based on the underwater troubleshooting practice of Jianbi sluice concrete project, the characteristics of PBM polymer mortar or concrete and the technical essentials of underwater concrete repatching are introduced.

sluice; concrete; underwater; troubleshooting; polymer mortar

TV544

A

1005-4774(2014)11-0056-04