水下混凝土結(jié)構(gòu)損傷修補(bǔ)技術(shù)

宋旭青，遲俊蘭

（1.青島政益達(dá)實(shí)業(yè)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(yùn)行時(shí)間的增長，大壩水下結(jié)構(gòu)受到水流長時(shí)間沖刷和侵蝕，越來越容易產(chǎn)生缺陷和老化，并且難于觀測和及時(shí)維護(hù)，水工結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)損傷的性質(zhì)和程度，采取適當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)措施，恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性，提高結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性和耐久性，所采用的處理措施也應(yīng)具有施工方便、成本低、工期短等特點(diǎn)。

1 水下混凝土結(jié)構(gòu)病害分類

水下混凝土結(jié)構(gòu)物損傷的主要表現(xiàn)形式有兩種：一是由于各種作用引起的強(qiáng)度破壞，二是由于各種作用造成的裂縫或抗?jié)B能力不足引起的滲漏。從現(xiàn)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(lián)合作用的結(jié)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(yīng)縫等；按裂縫開度變化分為穩(wěn)定裂縫、張合裂縫、擴(kuò)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(jié)構(gòu)物滲漏，按滲漏的形態(tài)可分為點(diǎn)滲漏、線滲漏、繞流滲漏等。

（1）點(diǎn)滲漏和繞流滲漏一般由混凝土施工質(zhì)量差造成。點(diǎn)滲漏的源或是一點(diǎn)或是多點(diǎn)，多點(diǎn)滲漏是彌漫性的，滲漏點(diǎn)分散，范圍較廣；繞流滲漏是混凝土結(jié)構(gòu)與另外介質(zhì)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(fā)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(chǎn)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(guān)。伸縮縫滲漏主要是由于止水結(jié)構(gòu)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(xué)侵蝕破壞四種。其中，沖刷破壞是水下混凝土結(jié)構(gòu)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(shí)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(fā)生沖刷破壞，易形成沖坑和掏洞（產(chǎn)生在平面的沖刷破壞稱為沖坑，立面上的破壞稱為掏洞），進(jìn)而造成骨料、鋼筋的裸露甚至缺失，發(fā)展下去將改變結(jié)構(gòu)的受力性能，產(chǎn)生安全隱患。

2 裂縫修補(bǔ)技術(shù)

修補(bǔ)前要進(jìn)行結(jié)構(gòu)物水下檢查，細(xì)致觀察缺陷的特征，對其進(jìn)行整體分析，找到破損原因，根據(jù)修補(bǔ)目的并針對不同的缺陷類型采取相應(yīng)的修補(bǔ)措施。一般根據(jù)水下裂縫修補(bǔ)的目的性、針對性和適應(yīng)性原則，修補(bǔ)方法的選擇需要考慮以下幾個(gè)因素：

（1）判斷裂縫產(chǎn)生的原因是什么，裂縫是穩(wěn)定縫還是張合縫；

（2）修補(bǔ)的主要目的是什么，是減少滲漏還是需要補(bǔ)強(qiáng)加固。

水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫水下修補(bǔ)技術(shù)按其目的和適用條件，主要可分為柔性修補(bǔ)和剛性修補(bǔ)兩類。

2.1 裂縫柔性修補(bǔ)

2.1.1 技術(shù)概要

屬于防滲漏修補(bǔ)，著力于結(jié)構(gòu)抗?jié)B和止漏，同時(shí)不會(huì)對結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(bǔ)主要采用塑性止水填料進(jìn)行嵌縫封堵，再加蓋塑性止水蓋片達(dá)到表面防滲的目的。其結(jié)構(gòu)形式必須適應(yīng)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(jié)構(gòu)應(yīng)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(gè)可能的滲漏部位、縫隙和局部點(diǎn)，都應(yīng)采用水下密封膠進(jìn)行封堵，使防滲止漏結(jié)構(gòu)和原混凝土結(jié)構(gòu)形成無任何滲漏路徑的整體，見圖1。

圖中3種柔性修補(bǔ)結(jié)構(gòu)均能滿足防滲止漏的要求，實(shí)際工程中可根據(jù)損傷的性質(zhì)和經(jīng)濟(jì)、技術(shù)要求進(jìn)行選擇。

2.1.2 主要工藝

根據(jù)設(shè)計(jì)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(nèi)雜物，槽內(nèi)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(cè)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(xù)固定。最后用水下粘結(jié)膠封邊，使防滲結(jié)構(gòu)形成密閉的整體。

2.2 裂縫剛性修補(bǔ)

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

2.2.1 技術(shù)概要

屬于防滲加固修補(bǔ)，起到防滲止漏和補(bǔ)強(qiáng)加固的雙重作用，即對水下混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行防滲止漏修補(bǔ)的同時(shí)還要提高結(jié)構(gòu)承載能力。兩類修補(bǔ)同時(shí)構(gòu)成防滲加固的統(tǒng)一體，一并進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工，適于穩(wěn)定縫、散點(diǎn)滲漏的防滲加固。

剛性防滲止漏結(jié)構(gòu)必須具有防滲結(jié)構(gòu)和補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，如果處于過流面，其外形應(yīng)和原結(jié)構(gòu)表面保持一致，為了增強(qiáng)修補(bǔ)結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的結(jié)合強(qiáng)度，還應(yīng)植錨固筋加固。詳見圖2。

2.2.2 主要工藝

潛水檢查、標(biāo)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(jié)構(gòu)物應(yīng)有的抗裂性能，在槽內(nèi)植入錨筋加以錨固，同時(shí)焊接鋼筋網(wǎng)，增強(qiáng)新老混凝土的整體性。最后澆筑強(qiáng)度等級不低于C30的水下混凝土，以恢復(fù)其結(jié)構(gòu)原來的狀態(tài)。

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

3 沖刷破壞修補(bǔ)技術(shù)

沖刷破壞的修補(bǔ)著力于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提高，同時(shí)也不造成結(jié)構(gòu)防滲止漏性能的損害。按照修補(bǔ)目的還可分為維修性修補(bǔ)和補(bǔ)強(qiáng)加固性修補(bǔ)。

3.1 維修性修補(bǔ)

3.1.1 技術(shù)概要

屬于水下混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)性修補(bǔ)，要求恢復(fù)到原結(jié)構(gòu)形態(tài)和結(jié)構(gòu)形式，使其達(dá)到原設(shè)定的功能和可靠性，維護(hù)原可靠度水平。詳見圖3。

圖3 沖坑維修性修補(bǔ)實(shí)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(dòng)、強(qiáng)度低下的混凝土，達(dá)到坑內(nèi)任何部位的深度都≥50 mm，以增加修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。對待澆筑面進(jìn)行清洗、打毛處理，以增強(qiáng)新老混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，最后澆筑強(qiáng)度等級不低于C30的水下混凝土，恢復(fù)至原有狀態(tài)。

3.2 補(bǔ)強(qiáng)加固修補(bǔ)

3.2.1 技術(shù)概要

補(bǔ)強(qiáng)加固修補(bǔ)不僅要達(dá)到原結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，還要使原結(jié)構(gòu)的可靠標(biāo)準(zhǔn)得到提高，增加結(jié)構(gòu)的可靠性和可靠度。因此，所用水下混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)小于C30，宜用聚合物類水下混凝土和水下不分散混凝土。補(bǔ)強(qiáng)加固性修補(bǔ)應(yīng)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)并加錨筋錨固。詳見圖4。

圖4 沖坑補(bǔ)強(qiáng)加固修補(bǔ)實(shí)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(bǔ)采用錨固鋼筋網(wǎng)水下混凝土結(jié)構(gòu)。首先用液壓鋸在沖坑（掏洞）邊緣線外50 mm進(jìn)行切割，形成整齊規(guī)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(jié)合強(qiáng)度低這一薄弱環(huán)節(jié)，內(nèi)配雙向鋼筋網(wǎng)，并通過錨固鋼筋把新老混凝土連成整體，以提高結(jié)構(gòu)整體受力性能。錨筋鉆孔除另有要求外，應(yīng)沿錨筋受力主向或設(shè)計(jì)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(dá)到要求數(shù)量的錨固劑填充量。最后在坑內(nèi)澆筑水下混凝土。對于立面掏洞的加固修補(bǔ)，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(bǔ)強(qiáng)加固修補(bǔ)實(shí)例圖（單位：mm）Fig.5 Rehabilitation of scour hole

4 結(jié)語

（1）混凝土滲漏及沖刷破壞是水下結(jié)構(gòu)物常見的病害，對大壩整體結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定有很大的影響，發(fā)現(xiàn)問題必須及時(shí)修復(fù)。以上介紹的幾種修補(bǔ)加固技術(shù)已在很多座水庫大壩中應(yīng)用，都取得了良好的修補(bǔ)效果，確保了水工建筑物的安全運(yùn)行。

（2）水下混凝土結(jié)構(gòu)損傷的修補(bǔ)應(yīng)遵循目的性、針對性和適應(yīng)性的原則，避免修補(bǔ)無效或因修補(bǔ)造成新的損傷。目的性原則要明確是維護(hù)性修補(bǔ)還是增強(qiáng)性修補(bǔ)；針對性原則是要確定防滲漏修補(bǔ)、加固修補(bǔ)還是防滲加固修補(bǔ)；適應(yīng)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(yīng)原結(jié)構(gòu)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(shí)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(qiáng)度比；二是聚酯混凝土，由不飽和樹脂、高強(qiáng)環(huán)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(huán)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(shí)、不需振搗等特點(diǎn)，可根據(jù)需要配制成水下強(qiáng)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(bǔ)、防滲加固修補(bǔ)所用的鋼筋網(wǎng)和錨筋材料性能與規(guī)格應(yīng)根據(jù)具體結(jié)構(gòu)通過計(jì)算分析確定，或者根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)確定，而且必須滿足可靠性的要求?！?/p>

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