水闸混凝土工程水下检修技术研究

(镇江市长江河道管理处， 江苏 镇江 212006)

水闸混凝土工程水下检修技术研究

朱亚东

(镇江市长江河道管理处， 江苏 镇江 212006)

本文对常用混凝土水下检查方案特点及适用范围进行了对比分析，并结合谏壁节制闸混凝土工程水下检修实践，介绍了PBM聚合物砂浆或混凝土的特性及其在水下混凝土修补应用中的技术要点。

水闸； 混凝土； 水下； 检修； 聚合物砂浆

根据水闸工程管理规定，需定期对水下工程进行检查；由于设计、施工、运行不当或水环境恶劣等原因，在合理使用寿命期内水闸水下混凝土工程可能会损坏，需进行检查和维修。受运行、时间、经费等限制，以上检查和维修通常需在水下进行。下面主要结合谏壁节制闸水下工程检修实践，对水闸水下混凝土工程水下检修技术做一初步研究。

1 水下检修方案研究

1.1 常见水下检修方案

水闸水下混凝土工程水下检修方案按作业环境不同大致可分为“有水”和“无水”两大类，目前常用水下检修方案见下页表。

1.2 水下检修方案的选择

由表1可知方案各有优缺点，需考虑适用范围，综合实际工况(空间尺寸、水位)、险情(损坏程度及可能危害)、检修目标、工期、经费等，经过技术经济分析论证后做出选择。

水闸全面安全鉴定或水下工程单项安全鉴定时，建议利用气压沉柜等创造“无水”环境进行水下检查；当水下工程局部发生或怀疑发生重特大险情时，也宜采用类似方案进行水下检修。潜水员水下摸查主要依赖于潜水员触摸感觉、专业经验和职业道德，检查时易遗漏或误判险情，维修时质量可控性相对较差，非临时紧急检修或年度例行水下检查一般不宜单独运用。只是由于潜水员水下摸查最便捷、经济，且基本不受水位、水深、检查部位等限制，该方案经常被优先单独选用或作为其他方案的必要补充。若运用该检修方案，宜安排多个潜水员相互轮换、监督，水体条件满足要求时应辅以水下摄像。如：整个闸室水下工程普遍大面积严重损坏，可采用整体浮箱封孔检修方案。

常见水下检修方案表

1.3 水下检修方案的发展与探索

以上几种水下检修方案在实践中不断被完善、创新、发展。如：1982年某大型集团公司自行设计制造1号气压沉柜，盾底7854mm×3964mm，适用水深12.5～2.5m和1∶12以下斜坡面，扩大了水下检修适用范围和一次检修面积；江苏射阳双洋闸除险加固中成功应用“U形浮式钢围堰”水下检修底板、门槽[4]；安徽省淮南市某处理厂水下设备安装中对DDC开敞式检修装置进行技术创新改造升级，扩大了适用范围(理论上适用水深能达十几米甚至几十米)，使用也更简便、安全、高效。[5]另外，还可直接利用闸上、下游检修门或检修门配合整体浮箱与闸墩一起形成局部封闭空间，用水泵抽排积水，然后对相关部位进行无水检修作业。

为查全、查清、查实水下混凝土工程内部结构安全隐患，还需其他应用技术的辅助，如：水下超声波检测、地质雷达检测等。近年来一些新兴技术也正在研究、试验并逐步应用、推广到水下工程检查中，如：水下自动测量导航定位技术，浑水水下目标高清成像技术，DIDSON双频识别声呐技术，水下多波束测深技术，以ROV(水下遥控潜水器)技术为载体，融合现代化的声、光、电、磁等先进检测技术的多用途水下机器人等。

2 水下混凝土工程修补技术研究

2.1 水下混凝土工程常见损坏

谏壁节制闸多次水下检查发现，水下工程损坏主要表现为：底板沉降缝两侧混凝土损坏、缝内止水填料流失；底板混凝土剥蚀，蜂窝麻面，石子外露，表面裂缝，局部钢筋外露或存在冲蚀坑；门槽混凝土损坏，预埋铁件松动、脱落等。

2.2 PBM聚合物砂浆或混凝土

普通混凝土无法满足水下工程检修施工要求，目前水下混凝土工程修补常用PBM聚合物砂浆或混凝土。PBM聚合物砂浆或混凝土是由胶凝、骨料和PBM树脂添加剂混合搅拌而成，遇水不分散、离析，可用于有水或潮湿环境施工。其自流平、自密实，能快速凝固、强度增长迅速(远快于水下不分散混凝土)，早期强度较高(3d混凝土抗压强度可达30MPa)，黏结性能良好(3d黏结强度可达2MPa)，抗渗性能也较好(抗渗等级高于W15)[6]，养护周期短(硬化3～5天后即可过流)。PBM聚合物砂浆或混凝土不仅可对水下混凝土损坏进行薄层(可达厘米级)、大体积和快速的修补，还能水下粘贴钢板。因此，特别适用于水闸水下局部应急快速修补。该修补技术曾在葛洲坝大江电厂排砂底孔冲坑处理、云南漫湾电站水垫塘冲坑处理、宁夏青铜峡泄水孔底板淘空水下处理、浙江余姚陶家路闸消力池水下冲坑处理等工程中成功应用。谏壁节制闸在2009～2013年水下应急检修中也多次用PBM聚合物砂浆或混凝土成功修补水下混凝土工程、粘贴固定门槽预埋铁件。

2.3 PBM聚合物砂浆或混凝土水下修补施工要点

2.3.1 基层处理

试验[7]研究发现结合面是最薄弱面，水下混凝土工程修补的关键是新老结合面能否有效传递和承担应力。检修前如有可能宜提前开闸适当过流将闸底板表面冲刷干净，同时改善一下闸室附近水域水质。修补前应清除混凝土表面吸附物，凿毛混凝土表面并凿除松动、薄弱混凝土。为保持修补层厚度基本均匀，还需对相关部位(尤其是损坏部位四周)进行局部切割、凿除，以避免出现局部较薄修补层。裂缝处理前还应骑缝开凿U形槽增大结合面。基层凿除处理后应将结合面清理干净。

2.3.2 补充钢筋

如原有结构钢筋损伤或配筋数量不够，或为增强新老结合，防止修补结构层面层开裂等，可设计补充钢筋。试验[7]表明，相对陆上无水施工，新老结合面强度会由于水下施工而大幅降低；锚固增强是非常有效和必要的措施。钢筋锚固长度应符合设计和规范要求，外露锚固钢筋端部宜做成90°弯钩，以便与其他钢筋连接、加强钢筋与修补混凝土黏结。锚固钻孔前应利用钢筋检测定位技术查清原结构受力钢筋分布，尽可能避免损伤原结构层受力钢筋。锚固钢筋应使用适于水下施工的锚固剂，如：PBM聚合物砂浆、药卷式锚固剂、HK-983树脂锚固剂。面积较大的钢筋网片可在陆上制作成形后吊入水下就位安装，小面积的也可在水下现场制作安装。

2.3.3 模板制作安装

水平面上嵌填裂缝、修补冲蚀坑等可不立模。如加厚原有结构层或修补底板结构缝两边混凝土等，或在立面(如闸墩、门槽)、斜面(如消力池斜坡连接段)上修补作业，则应根据现场需要进行水下立模。模板固定好后应重视封堵模板底部与原结构层间缝隙、漏洞。混凝土或砂浆浇筑成型24h后即可拆模。模板拆除后应重视临时固定模板的铁件及钻孔等的封闭处理，避免产生次生工程安全隐患。

2.3.4 PBM聚合砂浆或混凝土水下修补作业

砂浆或混凝土可用于修补100mm以下的薄层；厚100mm以上的宜用混凝土修补。一般性水下修补可用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，有侵蚀性的水下修补宜用火山灰水泥或粉煤灰水泥。骨料应干净、干燥(含水量宜小于1%)，粗骨料粒径必须小于1/3修补厚度，强度也应满足要求。考虑水下施工可能造成的强度损失，施工配制强度应较设计强度适当增加(可提高一个强度等级)。不应直接采用相关经验数据配制PBM聚合砂浆或混凝土，而应根据原结构层及修补混凝土强度、现场温度(气温、水温)、骨料粒径、修补总耗时等通过多次现场试配确定配比；应以合适的稠度和固化时间来确定各组份比例及促进剂、引发剂用量。拌和物的稠度可通过树脂用量及砂率等来控制，平面修补时稠度可大些，树脂用量可少些。通过控制促进剂和引发剂的用量调节水中固化凝结时间(从十几分钟到数小时，一般以不超过60min为宜)。试配时，对重要结构除检测抗压强度外，还应根据实际受力情况同时检测黏结强度、抗拉强度、剪切强度等。

每批次拌和量应以周期修补作业总需时、需用量进行控制。现场配制时应将水泥、骨料等拌和均匀后再进行配浆。配浆时应先按比例将A、B组份树脂混合均匀，再加入促进剂混合均匀，最后加入引发剂混合均匀。加完促进剂必须待搅匀后再加引发剂，否则容易出现剧烈反应，发生意外事故。配好的浆液必须立即倒入水泥、骨料拌和物中均匀拌和，否则将会因树脂快凝而来不及拌制。试验[6]表明，PBM聚合砂浆或混凝土和原有结构层的粘结体若一直保持在水下，则粘结良好；否则，新老结合面会脱开。因此修补完工后宜静水养护至少24h。虽然PBM聚合砂浆或混凝土具有自流平、自密实特点，但为确保水下修补质量，也宜尽可能用工具进行压(拍)实、抹平，插捣边角部位。

为便于质量控制、技术研究，应留置试块，区别水下同条件养护和陆上自然养护进行检测试验、统计分析。条件允许时，还应对水下检修过程录像，安排具备相应能力和资格的监理实行旁监。

2.3.5 其他

如果混凝土裂缝渗水，还需结合灌浆处理。水下修补部位表面高程和平整度应满足工程正常、安全运行需要，尤其是门槽、门槛等部位。另外水下混凝土工程修补并不仅限于PBM聚合物砂浆或混凝土，根据实际情况和修补设计也可采用SXM水下快速密封剂(可用于水下混凝土灌浆前的封缝、埋灌浆管、止浆孔封闭，也可用于水下混凝土裂缝、孔洞修补)、水下不分散混凝土(较多用于水下大体积混凝土的修补)、聚合物氯偏水泥砂浆(可用于30～50mm厚较大范围表面修补、局部坑深超过50mm的混凝土表面回填修补)、水下固化E44环氧树脂砂浆等。

谏壁节制闸水下检查还发现，经过1个汛期运用，以前检修过的个别部位有再次损坏现象，说明水下混凝土修补质量控制有一定难度和不确定性，远不同于陆上施工或实验室内试验；另外，原有结构层混凝土强度不能太低，以致新老结构层强度相差太大。

综上所述，水下混凝土工程水下检修技术还有待进一步研究、改进。另外，我们还应注意研究开发更多作业方便、安全可靠、技术经济的水下修补材料和技术，并重视全寿命跟踪研究水下混凝土检修项目，实事求是地总结推广水下检修新材料、新工艺、新技术。

[1] 镇江市水利志编辑委员会.镇江市水利志[M].上海：上海社会科学院出版社，1997：218-219.

[2] 王德俊.自浮式气压沉柜在谏壁闸水下检修中的应用与改进[J].江苏水利，2009(10)：21-24.

[3] 孙洪滨，周和平.DDC开敞式水下混凝土无水检修装置研究与应用[J].水利建设与管理，2008(10)：55-57.

[4] 何玉良，杨立怀.浮式钢围堰在闸孔水下检修加固中的应用[J].江苏水利，2005(5)：31，33.

[5] 周和平，刘兆正，房向阳，周立持，谢永军. 水下检修装置的新发展 [J].水利水电科技进展，2012(6)：64-83.

[6] 包银鸿，程红，陆志华.水下混凝土缺陷处理的工法研究——材料部分[J].大坝与安全，2005(2)：23-24.

[7] 顾强生，张小平.沿海港闸水下补强加固施工技术试验研究[J].水利水运科学研究，1999(2)：175-177.

StudyonUnderwaterTroubleshootingforSluiceConcreteProject

Zhu Ya-dong

(Zhenjiang Changjiang Rivercourse Management Office, Zhenjiang 212006, China)

Contrastive analysis is carried out on characteristics and application scope of commonly used concrete underwater inspection scheme in this paper. Based on the underwater troubleshooting practice of Jianbi sluice concrete project, the characteristics of PBM polymer mortar or concrete and the technical essentials of underwater concrete repatching are introduced.

sluice; concrete; underwater; troubleshooting; polymer mortar

TV544

A

1005-4774(2014)11-0056-04