多泥沙環(huán)境下反拱底板修補(bǔ)加固技術(shù)

多泥沙環(huán)境下反拱底板修補(bǔ)加固技術(shù)

黃沙港門位于射陽區(qū)黃沙港市。它于1972年6月竣工并開始運(yùn)營。共有16個孔，總寬96.6m，總凈寬度83m。門底板采用混凝土反弧，厚度為50cm（通航孔為70cm），地板與開槽臺之間沒有差異。這是一種16年前的連通式結(jié)構(gòu)。門碼頭是混凝土和石頭的混合結(jié)構(gòu)。黃沙港閘的閘基土質(zhì)為灰色粉砂,夾有少量壤土,貫入擊數(shù)N=10～30擊,滲透系數(shù)k=1.2×10-4?cm/s.從1981年開始,潛水檢查陸續(xù)發(fā)現(xiàn)7號孔、14號孔、1號孔、2號孔、16號孔反拱底板上發(fā)生彎曲狀裂縫,裂縫的位置和走向為偏于拱頂順?biāo)鞣较?其中7號孔出現(xiàn)裂縫最早,長度貫穿整個底板,縫寬2～3mm,縫口兩側(cè)有高差,1996年檢查發(fā)現(xiàn)這條縫上有兩段向上冒水.其它孔的裂縫縫寬較小,部分縫口有鈣質(zhì)覆蓋.反拱底板裂縫和滲水危及水閘安全,修補(bǔ)加固考慮過3種方案:①打土壩施工.因閘周圍及上下游河道兩側(cè)民房密布,無法取土,遠(yuǎn)處調(diào)土勢必耗費巨大人力物力,且打壩排水產(chǎn)生的荷載變化對水閘結(jié)構(gòu)影響很大,有可能使裂縫擴(kuò)展,故不可取.②鋼圍堰施工.由于反拱底板表面形狀復(fù)雜,為保持反拱受力特點,經(jīng)計算需做7套鋼圍堰,且分塊施工接縫處理工作量大,工期要2年以上,亦予以舍棄.③水下施工.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,各種新材料問世,以及潛水作業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,經(jīng)過充分調(diào)研論證,水下施工的可行性較好,不需排水施工,節(jié)約工期,減少投資,同時對水閘運(yùn)行干擾較小.為了克服多泥沙環(huán)境對施工的影響,確保反拱底板加固的質(zhì)量和工期,實施中采取了循序漸進(jìn)的謹(jǐn)慎步驟,先進(jìn)行模擬試驗,取樣檢測各種新材料的實際性能;再對有裂縫滲漏的7號孔和沒有裂縫的8號孔進(jìn)行試驗性修補(bǔ)加固;然后逐步向其余各孔推廣實施.施工中探索總結(jié)出的異型薄層鋼筋混凝土水下施工技術(shù),對混凝土水下病害整治有積極的指導(dǎo)意義.1反拱底板裂縫加固施工反拱底板裂縫破壞分為有滲水裂縫和不滲水裂縫兩種,有滲水裂縫修補(bǔ)方法如下:a.修補(bǔ)材料的選擇.黃沙港閘7號孔裂縫潛水檢查發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象,且縫開裂寬度較大,必須進(jìn)行封縫和灌漿堵漏.封縫材料選用PBM聚合物混凝土(砂漿),它具有快速固化,固化時間為幾分鐘至幾十分鐘可調(diào),早期強(qiáng)度高,粘結(jié)力強(qiáng),可在水下施工的特點.經(jīng)取樣實測,PBM封縫力學(xué)性能試驗結(jié)果為:軸拉強(qiáng)度0.78MPa,剪切強(qiáng)度3.3MPa,抗彎強(qiáng)度1.59MPa.灌漿材料選用了HW和LW水溶性聚氨酯,這是一種既能防滲堵漏又能固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)的灌漿材料,灌入裂縫后,在周邊密封的水環(huán)境中發(fā)泡膨脹,能有效地形成彈性體而充實裂縫,兩者可以任意比例互溶.黃沙港閘反拱底板為50cm厚的素混凝土,要求灌漿材料應(yīng)具有較好的堵漏性能,同時必須具備一定的粘結(jié)強(qiáng)度,模擬試驗時采用HW∶LW=8∶2,取樣檢測其劈拉強(qiáng)度為0.22MPa,后在實際施工中調(diào)整為HW∶LW=6∶4.b.施工工藝.①攝像檢查,采用水下攝像機(jī)(渾水鏡頭)對裂縫的形狀、走向、寬度進(jìn)行攝像檢查并進(jìn)行標(biāo)識;②騎縫鑿槽,沿裂縫走向用手風(fēng)鉆一個連一個地鉆孔,再用風(fēng)鉆將孔與孔之間未鑿?fù)ǖ牟糠中尥?形成一條4cm×4cm的“U”形槽;③鉆孔插管,7號孔上游裂縫長1.96m,一次灌漿.下游裂縫長9.1m,分為4段灌漿,5個封邊孔孔徑?38mm,孔深0.4m,21個灌漿孔孔深0.2m,門檻底部封邊孔外再鉆一個灌漿孔,以備對門檻下的裂縫灌漿,灌漿管采用硬質(zhì)管加軟木塞,外露約10cm長;④封縫灌漿,將“U”形槽內(nèi)的渣屑淤泥用高壓水槍清理干凈后用橡皮泥嵌封裂縫,以避免PBM漿液流入封堵灌漿通道,就緒后將PMB聚合物倒入槽內(nèi)和封邊孔內(nèi),與底板面平即可,封縫完成4h以后即可進(jìn)行灌漿.裂縫灌漿在上、下游兩側(cè)分別進(jìn)行,在下游潮水位高于上游水位時灌下游側(cè);在下游潮水位低于上游水位時灌上游側(cè).灌漿時按順序進(jìn)行,當(dāng)某孔灌漿時,待鄰孔出漿后,將出漿管套上軟管扎緊,然后保持壓力2～3min即完成,灌漿壓力控制在0.1～0.15MPa為宜.第一次灌漿完成后,間隔1～2d進(jìn)行第二次灌漿,以保證密實(圖1).c.質(zhì)量保證措施.反拱底板裂縫修補(bǔ)的每道工序均在水下作業(yè),質(zhì)量控制主要采取以下措施:①在施工前制定周密的施工方案,對每道工序使用的工具、材料、作業(yè)方式都力求詳盡、合理、可行,例如鉆孔深度控制、“U”形槽成形檢測、封縫灌漿材料來源及配比、灌漿順序等都作出具體明確的控制要求;②在施工過程中全過程進(jìn)行水下攝像,由監(jiān)理工程師實時監(jiān)控;③切實做好清淤,黃沙港閘河水懸移質(zhì)較多,回淤較嚴(yán)重,在整個工期內(nèi),清淤工作貫穿始終,清淤工作使用各種方法綜合進(jìn)行,包括負(fù)壓吸泥、高壓水沖洗和開閘沖淤換水等.對有裂縫但不滲水的閘孔底板,按設(shè)計要求僅需沿裂縫寬度20cm范圍內(nèi)用PBM砂漿涂層3遍.該道工序是在清淤后用水下錄像確定縫隙位置后,在縫隙上做好標(biāo)記(用細(xì)鐵絲插入縫隙內(nèi)),然后用風(fēng)鎬將沿縫隙20cm范圍內(nèi)混凝土表面打毛并清碴,這時即可進(jìn)行涂層作業(yè).涂層時,PBM砂漿在盆內(nèi)拌制好后送到水下,由潛水員沿裂縫將PBM砂漿倒在底板上,再用刮板將其刮平,直到每層厚度在0.5～1cm即可.2土壤加固和加固方法2.1分散混凝土支護(hù)設(shè)計要求在原反拱底板上澆筑一層標(biāo)號為C25厚20cm的水下不分散混凝土(NNDC),內(nèi)配?20@60長為40cm的錨筋使新老混凝土連成整體,提高反拱底板的受力性能.并要求新澆的混凝土成形后仍為反拱曲面,達(dá)到表里強(qiáng)度相等且與老混凝土之間良好結(jié)合.2.2鋼筋網(wǎng)安裝及安裝施工步驟如下:①打毛,由潛水員在水下用風(fēng)鎬將底板混凝土表面打毛,露出粗骨料;②鉆錨筋孔,用風(fēng)鉆水下鉆孔,孔距60cm,孔深20cm,孔徑?40mm;③安裝錨固劑及錨筋,在錨筋孔內(nèi)安放藥卷式錨固劑,并插入?20長40cm的螺紋鋼筋,注意控制好錨桿與底板表面的垂直度;④鋼筋網(wǎng)片制作安裝,鋼筋網(wǎng)片按?12@500的要求在陸上制作,完成后吊裝至水下焊接到錨固筋上,鋼筋網(wǎng)片置于新澆混凝土的上部,保護(hù)層厚度為6cm,下游部分分為兩塊澆筑.順?biāo)飨虻匿摻钤诮宇^一端先制成垂直彎鉤,待拆模后鑿除端部混凝土露出鋼筋,在水下扳直后,與下一片鋼筋網(wǎng)在水下焊接,搭接長度為12d.為方便施工,順?biāo)飨蜾摻畈捎霉饷驿摻?垂直水流方向主筋采用螺紋鋼筋;⑤頂模制作與安裝(圖2),為保證新澆混凝土的曲面形狀,采用4mm鋼板和L75×8角鋼拼焊成頂模,每孔共3塊,共制作兩套周轉(zhuǎn)使用,頂模的進(jìn)料口設(shè)在模板的幾何中心,位于拱頂?shù)淖畹吞?另在模板的四角(最高處)設(shè)4個溢出口,由于泵送混凝土入倉后,壓力很大,頂模固定不牢,會被擠壓上抬,導(dǎo)致澆筑失敗,因此,頂模安裝固定較為關(guān)鍵,實際施工中,采用螺栓燕尾錨孔固定、加壓重的辦法;⑥澆筑混凝土,采用一臺500L立式強(qiáng)制攪拌機(jī)攪拌,與HB30型混凝土泵配套供料入倉,待模板四角預(yù)留的溢出口溢出混凝土后,把溢出口封堵,3～5d后即可拆模,并水下割除露出混凝土表面錨固模板的螺栓(圖3).2.3混凝土澆筑工藝a.藥卷式錨固劑.錨固技術(shù)在底板加固中是提高新老混凝土結(jié)合強(qiáng)度必不可少的施工技術(shù),而目前常用注漿式錨桿充填密實度差、固化速度慢、錨度強(qiáng)度低等,且不適宜在水下作業(yè).施工中采用了中國水利水電科學(xué)研究院研制的藥卷式錨固劑,錨固力強(qiáng),使用方便而且價格低廉,對安裝好的錨桿,經(jīng)任意抽樣用配重法進(jìn)行拉拔試驗,每根錨桿在承受1～1.2t拉力時,無任何松動現(xiàn)象.在每塊底板上使用了錨桿180根,以保證新老混凝土結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求.b.不分散混凝土.為了有效限制水下混凝土澆筑過程中分散和離析,避免水泥流失,提高混凝土的粘聚力,保證質(zhì)量,在混凝土中摻用了南京水利科學(xué)研究院研制的NNDC2型抗分散劑,這種混凝土有極好的流動性,可自流平、自密實,不需振搗,坍落度為20～25cm,塌落擴(kuò)展度為48～58cm,泌水率為0.005%,即基本不泌水,且抗?jié)B性能好,其鋼筋握裹力達(dá)6.92MPa,抗鋼筋銹蝕性能良好.c.泵送擠壓澆筑混凝土工藝.混凝土澆筑入倉,吸取了泵送法、導(dǎo)管法和推移法的優(yōu)點.由于澆筑厚度只有20cm,而且倉型是反拱型,所以混凝土向四周的推移力只有靠輸送泵來完成.為了使導(dǎo)管口在一開始就被埋入混凝土中,又必須采用導(dǎo)管法的原理,先將豎向管裝滿混凝土后,再接上泵管,并連續(xù)將混凝土送入澆筑倉內(nèi),管口混凝土便迅速向四周攤鋪,很快就抬高至鋼頂模,管口被埋入混凝土內(nèi).隨著混凝土陸續(xù)入倉,混凝土就向四周不斷擴(kuò)展范圍,空箱內(nèi)的水被混凝土擠出,通過排水孔排出倉外,空箱內(nèi)水的位置不斷地被混凝土占領(lǐng),達(dá)到全部被混凝土置換,混凝土澆筑完成.拆模后,水下攝像檢查混凝土表面光滑密實,無蜂窩麻面現(xiàn)象,經(jīng)檢測強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn).2.4混凝土配合性試驗a.混凝土的標(biāo)號與強(qiáng)度.底板新澆混凝土設(shè)計標(biāo)號為C25,在模擬試驗時,取樣試驗的水下混凝土試件強(qiáng)度較機(jī)口取樣的試件強(qiáng)度損失約16%,為滿足設(shè)計要求,實際施工中提高一個等級(按C30配制).混凝土的配合比,由南京水利科學(xué)研究院按現(xiàn)場所用的原材料試配提供.b.新老混凝土的結(jié)合強(qiáng)度.保證新老混凝土的結(jié)合強(qiáng)度,關(guān)鍵在控制好打毛質(zhì)量及澆筑前清倉干凈,但水下打毛不可能達(dá)到陸上打毛的質(zhì)量,頂模蓋上之前,必須開閘放水沖淤,結(jié)合水下作業(yè)將底板表面徹底清理.模擬試驗時取樣試驗結(jié)果顯示單純混凝土結(jié)合強(qiáng)度僅及整體強(qiáng)度的50%左右,錨固增強(qiáng)是有效方法之一.研究成果表明,錨筋能夠提高劈拉強(qiáng)度70%左右,提高剪切強(qiáng)度50%左右.c.模板密封.頂模是保證新澆薄層混凝土強(qiáng)度的條件,因在水下架立鋼模,加之底板表面形狀復(fù)雜,模板尺寸不能一步到位,鋼模安裝就位后兩則留有5cm的間隙,模板兩端的空隙為保證澆筑厚度準(zhǔn)確,使用木板拼接成形,以便于在水下調(diào)整,在