混凝土建筑物水下補強加固技術試驗研究

錢子杰

摘要：隨著科學技術的發展，各種新材料的問世，以及潛水作業技術的進步，為病害混凝土水下補強加固技術提供了重要條件。水工混凝土建筑物病害整治的傳統方法為圍堰排水修補，該種方法施工所必須的圍堰、基礎防滲和基坑排水往往耗費大量的時間和費用，而且改變結構受力狀況，不安全因素增多。本文就如何修補加固水下病害混凝土建筑物，提高修補質量，簡化施工工藝，降低工程費用，進行探索與研究，供參考。

關鍵詞：混凝土；水下施工；補強加固

鋼筋混凝土框架結構加固技術作為建筑工程施工的重要環節，要求施工企業必須嚴格按照工程實際情況，并結合施工現場的地質條件、地形情況等因素，做好施工各項工作，才能達到施工流程的規范性、合理性，只有這樣才能推動工程建設的進一步發展。

1水下補強加固技術要點

（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，達到堵漏防滲的目的；

（2）反拱底板補強，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合強度低這一薄弱環節，內配φ12@150鋼筋網，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。

2現場試驗

2.1 試驗概況

試驗模擬條件為了驗證水下施工的可行性、各種修補材料在特定環境條件下的性能以及施工質量的可靠程度，確保水下修補技術在工程實際中應用成功，特在黃沙港閘進行現場模擬施工試驗。試驗時盡量仿真。若直接在有裂縫的閘孔上進行，萬一試驗不成功，善后處理將比較麻煩，同時檢查測試也不方便，故決定采用澆筑試塊的辦法進行試驗。試塊垂直水流方向的尺寸按反拱底板原施工時兩假鉸之間的尺寸完全仿真，順水流方向的尺寸考慮試塊的重量及施工作業面，設計為長4m、寬2m、厚0.2m.起加固作用的新澆混凝土層完全按加固設計要求20cm厚度澆筑。試驗現場置于閘上游側，試驗期間，氣溫19℃～34℃，水溫16℃～29℃，水質狀況：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.試驗方法和步驟嚴格按照水下修補技術設計要求進行，除澆筑模擬反拱底板試塊，其它各道工序皆在水下4～5m處進行。

2.1.1 試驗內容

A、驗證水下補強加固技術各道施工工序的可實施性以及施工質量的可控制性；

B、檢測水下澆筑薄層不分散混凝土各項力學性能指標；

C、檢測新老混凝土的結合強度。新老混凝土之間能否良好結合，直接影響混凝土的整體性能及修補工程質量。

D、驗證施工中所用各種新工程材料的性能，如不分散劑NNDC—

2.1.2 PBM聚合物混凝土、LW+HW裂縫灌漿材料及藥卷式錨固劑

試驗設備本次試驗是一次模擬施工現場試驗，動用了各道施工工序所需的所有設備，如：6×3×1.5m浮箱、5t手動葫蘆、0.9m3潛水空壓機、潛水裝備、風鉆、風鎬、電焊機、風割工具、50m3/h混凝土輸送泵、混凝土攪拌機、手搖式壓漿泵、水下攝像監控設備等。

2.2試驗檢測成果

外觀檢查及抗壓強度模擬試塊與現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、內部密實，說明水下不分散混凝土有較好的流動性和自密實性。為了多方位測定水下不分散混凝土的強度，將模擬試塊吊出水面風干后進行現場回彈試驗檢測其抗壓強度，測區10個，抗壓強度平均值25.2MPa（齡期48d），滿足設計要求。

水下不分散混凝土的力學性能水下不分散混凝土的力學性能包括抗壓強度、劈拉強度、剪切強度和握裹強度，試驗按SD105—82和GB81—85進行。

A、水下不分散混凝土芯樣抗壓強度為25.6MPa，與現場回彈試驗檢測的抗壓強度值（25.2MPa）相當接近，強度表里一致，達到設計標準（C20），說明加蓋模板和泵送擠壓兩條工藝措施非常有效；

B、水下不散混凝土在水下澆筑成型并在水中養護的試件強度與在機口取樣成型自然狀態養護的試件強度（水上試件）的比值為83.6%，強度損失約16%；

C、水下不分散混凝土的劈拉強度約為抗壓強度的10%，與文獻[4]的數據基本一致；

D、水下混凝土的剪切強度約為抗壓強度的1/6～1/7，與混凝土的常規比值基本相符.

E、握裹強度（3.90MPa）與現場取樣結果（3.30MPa）相近，但與其室內試驗結果（8.6MPa）相差較多，這是由于現場取樣難以做到錨筋居中且不偏斜，因而可以認為實際的水下不分散混凝土的握裹強度大于3.9MPa.

新老混凝土的結合性能在老混凝土的表面，通過澆筑新混凝土來加固結構，使其發揮整體結構性能，這種新老混凝土結合的關鍵是結合界面能否有效地傳遞和承擔應力。一般而言，結合面能夠較好地傳遞壓應力，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合面的抗拉和抗剪性能。

混凝土結合面的結合性能試驗成果表明，所有試件的破壞面均為新老混凝土的結合面，用結合強度系數K（表示新老混凝土結合面強度與整體新混凝土強度的比值），作為結合面的粘結性能評定指標，可以得出劈拉結合強度系數為0.45，剪切結合強度系數為0.56.由此可見，新老混凝土的結合強度約為整體新混凝土強度的一半（不包含錨筋作用），表明水下施工環境對新老混凝土結合面的強度有一定影響，而錨固增強是非常有效和必要的措施。研究表明，錨筋能提高劈拉強度70%左右，提高剪切強度50%左右。

（1）PBM混凝土嵌槽的結合性能

PBM系互穿網絡高分子材料，擁有不同高分子的互補和協同效應，體現出高分子合金性能。由它制備的砂漿或混凝土具有優越的性能。用PBM混凝土嵌槽修補裂縫，是為了達到恢復結構整體性、防水性及耐久性的目的，并為裂縫灌漿做好準備。PBM嵌槽的力學性能試驗成果見表3，其破壞位置皆在PBM混凝土與老混凝土的結合面上，說明結合面仍是強度薄弱環節。結合強度系數K（表示PBM混凝土結合面的剪切強度、抗彎強度與整體老混凝土的剪切強度、抗彎強度比值）值為0.4～0.55，可見其總體粘結性能約為老混凝土的50%，對于裂縫修補而言，整體性能的恢復有了一定的改善。因此，PBM不失為一種水下修補可選用的優良材料。

（2）LW+HW混合液灌縫的粘結強度及防滲效果

LW、HW為水溶性聚氨酯化學灌漿材料，LW具有快速高效的防滲堵漏性能，HW具有防滲堵漏和固結補強的雙重性能，兩者可視工程需要以任意比例互溶。為了檢驗其堵漏和補強效果，特制備了一組直徑D=15cm，含有LW+HW混合液灌縫的劈拉試件，該混合液灌縫的劈拉強度為0.22MPa.根據測試，堵漏效果良好。

3結束語

隨著近年來科學技術的不斷發展，越來越多的新材料逐漸研制出來。并隨著潛水技術進一步完善，對病害混凝土水下補強加固技術提供了較為重要的前提條件，通過對施工現場的額實際情況的分析，促使水下補強加固新技術得到有效的發展。

參考文獻：

[1] 吳雯. 鋼筋混凝土框架結構加固技術的研究與應用[D]. 西安工業大學 2014

[2程紹革，任衛教.鋼筋混凝土框架結構抗震加固方法綜述.建筑科學，2001，17