摘 要 本(ben)文(wen)針(zhen)對(dui)混(hun)凝(ning)土(tu)水(shui)下(xia)病(bing)害(hai)整(zheng)治(zhi)中(zhong)傳(chuan)統(tong)圍(wei)堰(yan)幹(gan)法(fa)施(shi)工(gong)的(de)缺(que)陷(xian)，結(jie)合(he)工(gong)程(cheng)實(shi)例(li)，提(ti)出(chu)水(shui)下(xia)補(bu)強(qiang)加(jia)固(gu)新(xin)技(ji)術(shu)。由(you)現(xian)場(chang)模(mo)擬(ni)施(shi)工(gong)試(shi)驗(yan)並(bing)經(jing)工(gong)程(cheng)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)表(biao)明(ming)，這(zhe)一(yi)結(jie)合(he)防(fang)滲(shen)、整體補強水下施工技術切實可行，水下澆築薄層不分散混凝土各項力學性能指標，滿足工程加固設計要求

，新老混凝土結合良好。關鍵詞 混凝土
，水下修補，試驗研究。本文於1999年2月25日收到。   水工混凝土建築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[1]，而且改變結構受力狀況，不安全因素增多。如何修補加固水下病害混凝土建築物，提高修補質量，簡化施工工藝，降低工程費用，是一個值得研究的課題。隨著科學技術的發展，各種新材料的問世[2]
，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。為此，結合黃沙港閘反拱底板裂縫修補加固工程實際
，經多方案比較研究[3]，提出水下補強加固新技術。1 水下補強加固技術     反拱底板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(老混凝土表麵鑿毛)澆築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，並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

 
    文獻[4]表明，水下混凝土表麵強度損失較大，質量不易控製。特別是澆築厚度僅20cmdeshuixiabocengbufensanhunningtu
，muqianshangwuziliaojizai。weiletigaojiaozhushuixiabocengbufensanhunningtudezhiliang，shidangtigaohunningtudeshejibiaohao，bingcaiqujiagaimobanhebengsongjiyaliangtiaogongyicuoshi
，yibaozhenghunningtujiaozhudelianxuxinghejianshaohunningtuyushuidejiechujiemian，congerquebaojiaozhushuixiabocengbufensanhunningtudeqiangdu。    以上整個工藝均由施工人員(潛水員)在水下完成，並進行水下攝像，及時傳送到岸上，監理工程師可以根據錄像隨時了解和檢查施工情況，隨時發現和解決存在問題。2 現場試驗2.1 試驗概況2.1.1 試驗模擬條件 為了驗證水下施工的可行性
、gezhongxiubucailiaozaitedinghuanjingtiaojianxiadexingnengyijishigongzhiliangdekekaochengdu，quebaoshuixiaxiubujishuzaigongchengshijizhongyingyongchenggong，tezaihuangshagangzhajinxingxianchangmonishigongshiyan。shiyanshijinliangfangzhen。ruozhijiezaiyouliefengdezhakongshangjinxing，wanyishiyanbuchenggong，shanhouchulijiangbijiaomafan，tongshijianzhaceshiyebufangbian，gujuedingcaiyongjiaozhushikuaidebanfajinxingshiyan。shikuaichuizhishuiliufangxiangdechicunanfangongdibanyuanshigongshiliangjiajiaozhijiandechicunwanquanfangzhen
，shunshuiliufangxiangdechicunkaolvshikuaidezhongliangjishigongzuoyemian，shejiweichang4m
、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厚度澆築。試驗現場置於閘上遊側，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
，除澆築模擬反拱底板試塊，其它各道工序皆在水下4～5m處進行。2.1.2 試驗內容 (1)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製性
；(2)檢測水下澆築薄層不分散混凝土各項力學性能指標；(3)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。(4)驗證施工中所用各種新工程材料的性能，如不分散劑NNDC―2
、PBM聚合物混凝土、LW+HW裂縫灌漿材料及藥卷式錨固劑。2.1.3 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
、風鑽
、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2.2.1 外觀檢查及抗壓強度 模擬試塊與現場鑽孔試件芯樣外觀檢查表明水下不分散混凝土澆築表麵光滑、四周完整、neibumishi，shuomingshuixiabufensanhunningtuyoujiaohaodeliudongxinghezimishixing。weileduofangweicedingshuixiabufensanhunningtudeqiangdu，jiangmonishikuaidiaochushuimianfengganhoujinxingxianchanghuidanshiyanjianceqikangyaqiangdu
，cequ10個
，抗壓強度平均值25.2MPa(齡期48d)
，滿足設計要求。表1 水下不分散混凝土力學性能試驗成果 



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力學性能 試件尺寸/ 48d強度代表值/ 換算成28d強度值/ 
cm Mpa MPa 

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抗壓強度* 15×15×15 30.0 26.3 
抗壓強度 D=10 25.6 22.0 
劈拉強度 D=9.8，H=10 2.53   
剪切強度 D=10
，H=10 3.87   
握裹強度 D=15 3.90   

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注：抗壓強度為機口成型，自然狀態養護。 
2.2.2 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，試件為現場鑽孔取芯樣
，試件尺寸及其檢測結果見表1所示。由表中可見：(1)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
，強度表裏一致，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；(2)水下不散混凝土在水下澆築成型並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%

；(3)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；(4)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[5]。(5)握裹強度(3.90MPa)與文獻[5]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，這是由於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於3.9MPa.2.2.3 新老混凝土的結合性能 zailaohunningtudebiaomian，tongguojiaozhuxinhunningtulaijiagujiegou，shiqifahuizhengtijiegouxingneng，zhezhongxinlaohunningtujiehedeguanjianshijiehejiemiannengfouyouxiaodichuandihechengdanyingli。yibaneryan
，jiehemiannenggoujiaohaodichuandiyayingli，erchuandilalihejianlihuishouzhuduoyinsudeyingxiang，qieyibanqingkuangxiadouhuibeixueruo。weici
，zhezhongceshixinlaohunningtujiehemiandekanglahekangjianxingneng。    混凝土結合麵的結合性能試驗成果見表2.由表2可見
，所有試件的破壞麵均為新老混凝土的結合麵，用結合強度係數K(表示新老混凝土結合麵強度與整體新混凝土強度的比值)
，作為結合麵的粘結性能評定指標，可以得出劈拉結合強度係數為0.45，剪切結合強度係數為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麵的強度有一定影響，而錨固增強是非常有效和必要的措施。研究表明[5]，錨筋能提高劈拉強度70%左右，提高剪切強度50%左右。表2 新老混凝土結合性能試驗成果 



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力學性能 試件尺寸/ 齡期/ 破壞荷載/ 強度值/ 結合強度係數 破壞位置 
cm d kN MPa K 

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軸拉強度 D=10 48 8800 1.12   新老混凝 
劈拉強度 D=10,H=10 48 17900 1.14 0.45 土結合麵 
剪切強度 D=10,H=10 48 21650 2.16 0.56   

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2.2.4 PBM混凝土嵌槽的結合性能 PBM係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。由它製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，是為了達到恢複結構整體性
、防水性及耐久性的目的，並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麵上
，說明結合麵仍是強度薄弱環節。結合強度係數K(表示PBM混凝土結合麵的剪切強度、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%，對於裂縫修補而言，整體性能的恢複有了一定的改善。因此
，PBM不失為一種水下修補可選用的優良材料。表3 PBM混凝土嵌槽與老混凝土力學性能試驗成果 

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力學性能 試件尺寸/cm 破壞荷載/kN 強度值/MPa 結合強度係數K PBM破壞位置 

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D H L PBM OC PBM OC 

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軸拉強度 4.5 8.0 12.0 2810   0.78     PBM與老混凝土結合麵 
剪切強度 4.5 4.5 12.0 6680 12050 3.30 5.95 0.55 
抗彎強度 4.5 4.5 9.0 1610 3450 1.59 4.00 0.40 

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注：OC為老混凝土。 
2.2.5 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，特製備了一組直徑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 工程應用3.1 工程概況 黃沙港閘是淮河入海尾閭江蘇省裏下河地區四大港排澇擋潮的控製工程之一，1972年6月竣工，設計日均流量200m3/s，左岸第一孔為通航孔淨寬8m，其餘15個排水孔，每孔淨寬5m，排水孔中墩為混凝土與砌石混合結構
，厚0.9m
，閘底板采用素混凝土反拱底板型式，底板厚0.5m，底板與閘墩連成整體不分縫
，成為16跨連拱結構。運行至今已有多孔反拱底板出現裂縫，裂縫分布在底板拱頂順水流方向，縫寬1～2mm，嚴重的7號(hao)孔(kong)反(fan)拱(gong)底(di)板(ban)兩(liang)處(chu)向(xiang)上(shang)冒(mao)水(shui)。經(jing)過(guo)沉(chen)陷(xian)觀(guan)測(ce)資(zi)料(liao)的(de)分(fen)析(xi)計(ji)算(suan)，認(ren)為(wei)反(fan)拱(gong)底(di)板(ban)的(de)裂(lie)縫(feng)是(shi)由(you)於(yu)拱(gong)腳(jiao)不(bu)均(jun)勻(yun)沉(chen)陷(xian)引(yin)起(qi)的(de)，沉(chen)陷(xian)已(yi)基(ji)本(ben)趨(qu)於(yu)穩(wen)定(ding)。經(jing)多(duo)方(fang)案(an)比(bi)較(jiao)及(ji)模(mo)擬(ni)施(shi)工(gong)現(xian)場(chang)試(shi)驗(yan)
，決(jue)定(ding)采(cai)用(yong)水(shui)下(xia)修(xiu)補(bu)方(fang)案(an)。3.2 施工工藝3.2.1 底板裂縫處理 (1)沿縫鑿槽。沿底板裂縫走向用風鑽一個連接一個地鑽孔
，孔深為42mm，鑽孔直徑為42mm，然後修成42mm×42mm的U型槽。(2)鑽灌漿孔。沿裂縫走向騎縫鑽灌漿孔和出漿孔，每2m長為一個灌漿單元，布置灌漿孔和出漿孔各2個，孔距65cm,孔深20cm.(3)在灌漿孔內安裝灌漿塞
，並將灌漿管接至水麵以上與灌漿泵相連接。(4)嵌縫。采用PBM混凝土封縫膠嵌入鑿好的U型槽內並擠壓密實。固化前用壓板壓緊
，固化後拆掉壓板。(5)灌漿。由於閘底板下麵的粉砂層可能有淘空現象

，故用壓力泵通過灌漿孔向裂縫及底板下灌LW與HW混合液，由稀到稠。壓力控製在0.1～0.15MPa.待出漿管溢出LW與HW混合液時將其紮緊封堵，保持壓力3min
，第一次灌漿完成。間隔1～2d後進行第二次灌漿。3.2.2 反拱底板補強 (1)打毛。由潛水員在水下用風鎬將底板混凝土表麵打毛
，露出粗骨料，並用高壓水槍把碴屑衝除幹淨。(2)鑽插筋孔。按孔距60cm用風鑽鑽插筋孔
，孔深20cm，孔徑φ42mm.用高壓水槍把屑衝除幹淨
，並用真空吸管將孔內砂粒吸幹淨。(3)錨固插筋。在插筋孔內安放藥卷式水下錨固劑，並插入φ20長40cm的鋼筋(錨筋外露20cm)和φ20長45cm的螺栓(螺栓外露25cm)，螺紋長不小於5cm

，既可作錨筋用，又可作固定鋼模板用)
，錨筋和螺栓間隔布置。(4)鋼筋就位。將在岸上綁好的φ12@150鋼筋網整體吊裝下水就位，鋼筋網布置在新澆水下混凝土的上部
，混凝土保護層為6cm.鋼筋與插筋之間用水下電焊聯接。(5)架立鋼模。模板采用4mm鋼板和∠75×8角鋼拚接而成
，用螺帽固定鋼模板
，並控製模板與反拱底板之間的距離符合設計要求(20cm)。在模板的適當位置預留混凝土進料口和溢出口。進料口設在反拱底板頂部
，溢出口設在模板四角，溢出口設活頁蓋板
，並可封牢。(6)澆築混凝土。在岸上按事先通過試驗確定的配合比攪拌C25水下不分散混凝土(考慮水下澆築混凝土強度損失，提高一個等級配置)
，用(yong)混(hun)凝(ning)土(tu)泵(beng)直(zhi)接(jie)送(song)到(dao)澆(jiao)築(zhu)倉(cang)內(nei)

，待(dai)模(mo)板(ban)四(si)角(jiao)預(yu)留(liu)的(de)孔(kong)洞(dong)中(zhong)溢(yi)出(chu)混(hun)凝(ning)土(tu)後(hou)，把(ba)預(yu)留(liu)洞(dong)封(feng)堵(du)，直(zhi)到(dao)最(zui)後(hou)一(yi)個(ge)預(yu)留(liu)孔(kong)洞(dong)中(zhong)溢(yi)出(chu)混(hun)凝(ning)土(tu)並(bing)把(ba)預(yu)留(liu)洞(dong)封(feng)堵(du)為(wei)止(zhi)。(7)拆模。在混凝土澆築3～5d後進行拆膜，拆膜後對混凝土進行檢查

，將露出混凝土表麵的螺栓進行割除。    黃沙港閘7號

、8號兩孔反拱底板修補加固完工後，經檢測各項指標滿足設計要求。4 結 論    本文研究提出的混凝土建築物水下補強加固技術，通過現場模擬施工試驗和工程的實際應用，驗證了這一新技術是可行、實用的
、經濟的。所采用的水下不分散混凝土、PBM聚合物混凝土、LW+HW漿液等作為水下加固修補的原材料是有效的
，與之相應的施工方案和施工工藝是科學的，水下修補加固技術施工質量是可以控製的。檢測得到的成果足以表明經加固修補後的混凝土結構各項力學性能指標皆滿足預期的工程要求。水下修補加固技術已成功地應用於黃沙港閘反拱底板的裂縫修補，該項技術適用於所有水工
、海hai岸an工gong程cheng等deng結jie構gou的de混hun凝ning土tu水shui下xia補bu強qiang加jia固gu或huo興xing建jian，尤you其qi在zai無wu法fa或huo難nan於yu修xiu築zhu圍wei堰yan的de情qing況kuang下xia，運yun用yong該gai項xiang技ji術shu更geng是shi切qie實shi可ke行xing。由you於yu不bu須xu棄qi水shui施shi工gong，大da大da節jie約yue工gong期qi，減jian少shao投tou資zi。混hun凝ning土tu水shui下xia補bu強qiang加固技術
，是混凝土水下病害整治的一條新途徑，具有顯著的經濟效益，推廣應用前景廣闊。