混凝土建筑物水下补强加固技术研究

概要： 2.2.3 新老混凝土的结合性能 在老混凝土的表面，通过浇筑新混凝土来加固结构，使其发挥整体结构性能，这种新老混凝土结合的关键是结合界面能否有效地传递和承担应力。一般而言，结合面能够较好地传递压应力，而传递拉力和剪力会受诸多因素的影响，且一般情况下都会被削弱。为此，着重测试新老混凝土结合面的抗拉和抗剪性能。 混凝土结合面的结合性能试验成果见表2.由表2可见，所有试件的破坏面均为新老混凝土的结合面，用结合强度系数K(表示新老混凝土结合面强度与整体新混凝土强度的比值)，作为结合面的粘结性能评定指标，可以得出劈拉结合强度系数为0.45，剪切结合强度系数为0.56.由此可见，新老混凝土的结合强度约为整体新混凝土强度的一半(不包含锚筋作用)，表明水下施工环境对新老混凝土结合面的强度有一定影响，而锚固增强是非常有效和必要的措施。研究表明[5]，锚筋能提高劈拉强度70%左右，提高剪切强度50%左右。 表2 新老混凝土结合性能试验成果 力学性能 试件尺寸/ 龄期/ 破坏荷载/ 强度值/ 结合强度系数 破坏位置 cm d kN MPa K 轴拉强度 D=10 48

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    2.2.3 新老混凝土的结合性能 在老混凝土的表面，通过浇筑新混凝土来加固结构，使其发挥整体结构性能，这种新老混凝土结合的关键是结合界面能否有效地传递和承担应力。一般而言，结合面能够较好地传递压应力，而传递拉力和剪力会受诸多因素的影响，且一般情况下都会被削弱。为此，着重测试新老混凝土结合面的抗拉和抗剪性能。
    混凝土结合面的结合性能试验成果见表2.由表2可见，所有试件的破坏面均为新老混凝土的结合面，用结合强度系数K(表示新老混凝土结合面强度与整体新混凝土强度的比值)，作为结合面的粘结性能评定指标，可以得出劈拉结合强度系数为0.45，剪切结合强度系数为0.56.由此可见，新老混凝土的结合强度约为整体新混凝土强度的一半(不包含锚筋作用)，表明水下施工环境对新老混凝土结合面的强度有一定影响，而锚固增强是非常有效和必要的措施。研究表明[5]，锚筋能提高劈拉强度70%左右，提高剪切强度50%左右。
    表2 新老混凝土结合性能试验成果 
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力学性能 试件尺寸/ 龄期/ 破坏荷载/ 强度值/ 结合强度系数 破坏位置 
cm d kN MPa K 
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轴拉强度 D=10 48 8800 1.12 新老混凝 
劈拉强度 D=10,H=10 48 17900 1.14 0.45 土结合面 
剪切强度 D=10,H=10 48 21650 2.16 0.56 
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    2.2.4 PBM混凝土嵌槽的结合性能 PBM系互穿网络高分子材料，拥有不同高分子的互补和协同效应，体现出高分子合金性能。由它制备的砂浆或混凝土具有优越的性能。用PBM混凝土嵌槽修补裂缝，是为了达到恢复结构整体性、防水性及耐久性的目的，并为裂缝灌浆做好准备。PBM嵌槽的力学性能试验成果见表3，其破坏位置皆在PBM混凝土与老混凝土的结合面上，说明结合面仍是强度薄弱环节。结合强度系数K(表示PBM混凝土结合面的剪切强度、抗弯强度与整体老混凝土的剪切强度、抗弯强度比值)值为0.4～0.55，可见其总体粘结性能约为老混凝土的50%，对于裂缝修补而言，整体性能的恢复有了一定的改善。因此，PBM不失为一种水下修补可选用的优良材料。
    表3 PBM混凝土嵌槽与老混凝土力学性能试验成果 
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力学性能 试件尺寸/cm 破坏荷载/kN 强度值/MPa 结合强度系数K PBM破坏位置 
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D H L PBM OC PBM OC 
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轴拉强度 4.5 8.0 12.0 2810 0.78 PBM与老混凝土结合面 
剪切强度 4.5 4.5 12.0 6680 12050 3.30 5.95 0.55 
抗弯强度 4.5 4.5 9.0 1610 3450 1.59 4.00 0.40 
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注：OC为老混凝土。

    2.2.5 LW+HW混合液灌缝的粘结强度及防渗效果 LW、HW为水溶性聚氨酯化学灌浆材料，LW具有快速高效的防渗堵漏性能，HW具有防渗堵漏和固结补强的双重性能，两者可视工程需要以任意比例互溶。为了检验其堵漏和补强效果，特制备了一组直径D=15cm，含有LW+HW混合液灌缝的劈拉试件，该混合液灌缝的劈拉强度为0.22MPa.根据测试，堵漏效果良好。
    3 工程应用
    3.1 工程概况 黄沙港闸是淮河入海尾闾江苏省里下河地区四大港排涝挡潮的控制工程之一，1972年6月竣工，设计日均流量200m3/s，左岸第一孔为通航孔净宽8m，其余15个排水孔，每孔净宽5m，排水孔中墩为混凝土与砌石混合结构，厚0.9m，闸底板采用素混凝土反拱底板型式，底板厚0.5m，底板与闸墩连成整体不分缝，成为16跨连拱结构。运行至今已有多孔反拱底板出现裂缝，裂缝分布在底板拱顶顺水流方向，缝宽1～2mm，严重的7号孔反拱底板两处向上冒水。经过沉陷观测资料的分析计算，认为反拱底板的裂缝是由于拱脚不均匀沉陷引起的，沉陷已基本趋于稳定。经多方案比较及模拟施工现场试验，决定采用水下修补方案。
    3.2 施工工艺
    3.2.1 底板裂缝处理 (1)沿缝凿槽。沿底板裂缝走向用风钻一个连接一个地钻孔，孔深为42mm，钻孔直径为42mm，然后修成42mm×42mm的U型槽。(2)钻灌浆孔。沿裂缝走向骑缝钻灌浆孔和出浆孔，每2m长为一个灌浆单元，布置灌浆孔和出浆孔各2个，孔距65cm,孔深20cm.(3)在灌浆孔内安装灌浆塞，并将灌浆管接至水面以上与灌浆泵相连接。(4)嵌缝。采用PBM混凝土封缝胶嵌入凿好的U型槽内并挤压密实。固化前用压板压紧，固化后拆掉压板。(5)灌浆。由于闸底板下面的粉砂层可能有淘空现象，故用压力泵通过灌浆孔向裂缝及底板下灌LW与HW混合液，由稀到稠。压力控制在0.1～0.15MPa.待出浆管溢出LW与HW混合液时将其扎紧封堵，保持压力3min，第一次灌浆完成。间隔1～2d后进行第二次灌浆。

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