摘 要: 通過(guò)在水下制作仿真試塊,對(duì)摻抗分散劑的水下不分散混凝土的各項(xiàng)力學(xué)性能和不分散混凝土與原混凝土底板結(jié)合性能以及制作標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件對(duì)不分散混凝土進(jìn)行全面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用制作安裝水下頂模和水下作業(yè)的方法,成功地將不分散混凝土用于水池底板的加固,為水下或其他不便直接施工混凝土的結(jié)構(gòu)加固提供了一條新途徑。
關(guān)鍵詞: 不分散混凝土 水池底板 仿真試塊 頂面模板 加固
水下結(jié)構(gòu)的加固,往往由于地上、地下等因素的影響,易造成加固成本偏高,施工難度大,質(zhì)量難以保證,對(duì)周?chē)h(huán)境影響大等不良后果。由于不分散混凝土在水中具有較好的抗分散性能,且可自流平、自密實(shí),因此,用該種混凝土對(duì)水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,不用排水,不降低地下水位,不挖土,可以達(dá)到較為理想的效果。
1 工程概況
某污水處理廠污水池建于20 世紀(jì)90 年代初,為一長(zhǎng)30m、寬10m 的長(zhǎng)方形水池, 墻體為漿砌塊石, 底板為厚500mm的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),埋深在地面以下5．5m 處,正常工作水深5m ,當(dāng)初采用大開(kāi)挖方法施工。由于長(zhǎng)期使用,現(xiàn)發(fā)現(xiàn)在底板跨中有多條平行于長(zhǎng)度方向或與長(zhǎng)度方向成10°～15°角的斜裂縫,如不處理,將影響其正常使用和安全。由于該地區(qū)常年地下水僅在地面以下015m 處,且土質(zhì)為典型的沿海軟土,四周不遠(yuǎn)處有多座建(構(gòu)) 筑物。如果采用將水抽干或采用大開(kāi)挖等方法對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)和加固,都由于場(chǎng)地不允許或可能對(duì)周?chē)ㄖ绊?并且有可能對(duì)水池本身結(jié)構(gòu)造成影響而變得非常困難和不經(jīng)濟(jì)。因此,經(jīng)反復(fù)比較,決定采用澆筑水下不分散混凝土的方法對(duì)該水池底板進(jìn)行加固。
2 加固設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì),在原有底板上,澆筑厚200mm、C20 鋼筋混凝土,見(jiàn)圖1。
3 加固前試驗(yàn)
為了保證加固效果,在實(shí)施加固前,需對(duì)水下澆筑的不分散混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。
3.1 試塊制作
由于該混凝土為用于對(duì)水池底板進(jìn)行加固的水下自密實(shí)的不分散混凝土,所以對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)的目的主要是不分散混凝土在水下成型后實(shí)體的力學(xué)性能;水下新老混凝土結(jié)合強(qiáng)度;水下澆筑的不分散混凝土的實(shí)體強(qiáng)度與其在地面制作的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊力學(xué)性能之間的關(guān)系,以便根據(jù)施工時(shí)制作的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度判斷水下混凝土的工程實(shí)體強(qiáng)度。所以本試驗(yàn)試塊的制作為仿真試塊和地面標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊兩種。仿真試塊的制作除作為仿真的老混凝土在地面制作后吊入水中外,其余制作工藝均與實(shí)際施工時(shí)一樣,在水下進(jìn)行。試塊所用的材料和配合比見(jiàn)415 節(jié)。試塊尺寸見(jiàn)圖2。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊使用與仿真試塊同時(shí)拌制的混凝土,在地面上制作并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。
3．2 試塊檢測(cè)
經(jīng)養(yǎng)護(hù)28d 后對(duì)仿真試塊及其鉆孔取芯樣進(jìn)行外觀檢查,其表面及四周光滑完整,無(wú)缺棱掉角,內(nèi)部無(wú)孔洞等不密實(shí)現(xiàn)象,說(shuō)明水下澆筑的不分散混凝土有較好的流動(dòng)性和自密實(shí)性。
試塊實(shí)體的強(qiáng)度檢測(cè)和新老混凝土結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)均用在仿真試件上進(jìn)行鉆芯取樣的方法檢測(cè)。鉆芯取樣是將仿真試件吊至地面,并經(jīng)自然風(fēng)干后進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1 ,不分散混凝土芯樣檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2 ,新老混凝土結(jié)合面芯樣檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。
由上述檢測(cè)結(jié)果可知,水下不分散混凝土實(shí)體抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度的87.5 %。新老混凝土劈拉強(qiáng)度達(dá)到實(shí)際混凝土劈拉強(qiáng)度的55 % ,剪切強(qiáng)度達(dá)到實(shí)際混凝土剪切強(qiáng)度的72 % ,比一般光面結(jié)合的強(qiáng)度要高,說(shuō)明老混凝土面經(jīng)鑿毛以后,對(duì)新老混凝土的結(jié)合起一定的加強(qiáng)作用。
4 底板加固施工
4.1 連接鋼筋的施工
連接鋼筋與老混凝土底板的連接是通過(guò)在老混凝土底板上鉆孔,用水中錨固劑進(jìn)行錨固。連接鋼筋施工分鉆孔、清孔、插筋3 個(gè)工序。操作均由潛水員在水下進(jìn)行。為了保證水下鉆孔位置的正確,預(yù)先在地面上制作定位裝置,定位裝置如圖3 所示。在孔中安放水中錨固劑(卷形) ,錨固劑泡水2～3min 后,將鋼筋沿其中心打入,鋼筋進(jìn)入原混凝土深度為200mm ,外露160mm。
4．2 鋼筋網(wǎng)就位
鋼筋網(wǎng)片在地面制作,然后整體吊裝到位,橫向不分段,縱向分6 段,與頂模和分塊澆筑一致。網(wǎng)片之間同一斷面有鋼筋接頭面積為50 % ,鋼筋搭接長(zhǎng)度為鋼筋直徑的12 倍,由潛水員在水下焊接,鋼筋支架間距縱橫均為1 000mm。
4.3 頂面模制作與安裝
由于本工程新加混凝土厚度較薄,同時(shí)為保證澆筑混凝土表面光滑,在水下不分散混凝土澆筑之前,必須設(shè)置頂面模板。本工程頂面模板用3mm 厚的鋼板(面板) 和└80 ×8角鋼(龍骨) 以及角鋼└60 ×6 (支架) 角鋼焊接而成,共兩套(塊) ,每塊模板長(zhǎng)10m(同池寬) ,寬5m(1P6 池長(zhǎng)) ,鋼模的進(jìn)料口設(shè)在每塊模板的中心。另在模板長(zhǎng)邊每邊每隔215m、短邊每邊中間設(shè)溢出水口,用以排除混凝土澆筑過(guò)程中模板內(nèi)的水。當(dāng)側(cè)模用木模和頂面模板就位后,由潛水員在水下安裝。頂面模板與池壁、先澆底板的縫隙用木條塞緊。由于在混凝土澆筑過(guò)程中,對(duì)模板擠壓力太大,所以模板必須有可靠的固定措施,以防止混凝土澆筑過(guò)程中模板上抬。本工程對(duì)頂面模板采用的是植筋錨固方法,即利用在制作頂模時(shí)預(yù)留的錨固孔作為定位孔,通過(guò)定位孔在原底板上鉆孔,按連接鋼筋的方法植入用于錨固頂面模板、端部帶有加工好螺紋的<—32 鋼筋,錨固筋與頂模通過(guò)螺栓連接,見(jiàn)圖4。錨固筋孔深260mm ,孔徑60mm ,間距為1 000mm(縱橫) 。側(cè)面木模固定是采用在鋼模上加插銷(xiāo)孔的方法進(jìn)行的。
4.4 施工工況及要求
由于該水池為污水池,且為不排水施工,所以,在底板加固施工前,用清水置換,并由人工用高壓水槍沖洗,使水池加固在清水狀態(tài)下進(jìn)行。清底后,由潛水員在水下對(duì)原混凝土的表面進(jìn)行鑿毛,鑿毛后用清水沖洗干凈,經(jīng)潛水員進(jìn)行水下錄像,地面人員觀看同意后再進(jìn)行下道工序的施工。
4.5 水下不分散混凝土的配置與生產(chǎn)
經(jīng)過(guò)反復(fù)試配,本工程水下不分散混凝土的具體配合比為:水泥∶黃砂∶石子∶水= 1∶1.02∶1.605∶0.476。外加劑采用NNDC - 2 型抗分散劑,其粉劑摻量為水泥用量的718 % ,水劑摻量為水泥用量2 % ,用這種外加劑配置的混凝土具有極好的流動(dòng)性,可自流平并能自密實(shí)。攪拌時(shí),粉劑和水泥一起投入機(jī)內(nèi),水劑經(jīng)拌合水稀釋后隨水放入攪拌機(jī)內(nèi)。每機(jī)攪拌時(shí)間不少于2.5min。施工中,在機(jī)口處取樣測(cè)得混凝土的坍落度為210～ 250mm ,擴(kuò)展度為480 ～ 560mm , 泌水率為0.055 %。
4.6 水下不分散混凝土的澆筑
混凝土采用分塊澆筑方法,采用兩套模板,分塊及澆筑順序、日期如圖5?；炷凛斔筒捎肞TF650 型混凝土泵。在初始時(shí)混凝土充滿整個(gè)輸送管道,開(kāi)啟管道末端閘閥后,混凝土連續(xù)不斷地進(jìn)入模內(nèi),靠泵的壓力向四周擴(kuò)展,當(dāng)混凝土從頂面模板的溢出孔溢出時(shí),由潛水員及時(shí)關(guān)閉該溢出孔,當(dāng)所有溢出孔關(guān)閉時(shí),混凝土澆筑結(jié)束。
4.7 拆 模
每塊混凝土澆筑完畢后,按該種混凝土的特性,在3d 后拆模。拆模后混凝土繼續(xù)在水中養(yǎng)護(hù)。每塊澆筑6d 后,將固定模板用螺栓全部割除,并用專用的防水砂漿封閉。
5 結(jié) 語(yǔ)
本工程拆模后,經(jīng)水下攝相機(jī)錄像與潛水員探摸,混凝土表面光滑,無(wú)麻面、蜂窩及孔洞現(xiàn)象。根據(jù)每塊混凝土澆筑時(shí)留置的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊所測(cè)得的強(qiáng)度推斷,所澆筑的水下混凝土的強(qiáng)度均不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度,說(shuō)明對(duì)于水中混凝土結(jié)構(gòu),在不便用其他方法加固時(shí),用不分散混凝土的方法是實(shí)用、可靠的。
參考文獻(xiàn)
1 宋運(yùn)來(lái). 水下不分散混凝土配合比的設(shè)計(jì). 水運(yùn)工程,1994 (8)
2 陳立明,馮 微,鐘少全,等. 水下不分散混凝土施工技術(shù)與應(yīng)用.廣東水利水電,2001 (5) :74 - 77
3 Sonebi M, Khayat K H. Effect of Mixture Composition on RelativeStrength of Highly Flowable Underwater Concrete. ACI Materials Journal ,2001 ,98 (3)
4 買(mǎi)淑芳. 混凝土聚合物復(fù)合材料及其應(yīng)用. 北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1996
