摘 要: 通过在水下制作仿真试块,对掺抗分散剂的水下不分散混凝土的各项力学性能和不分散混凝土与原混凝土底板结合性能以及制作标准养护试件对不分散混凝土进行全面试验的基础上,采用制作安装水下顶模和水下作业的方法,成功地将不分散混凝土用于水池底板的加固,为水下或其他不便直接施工混凝土的结构加固提供了一条新途径。
关键词: 不分散混凝土 水池底板 仿真试块 顶面模板 加固
水下结构的加固,往往由于地上、地下等因素的影响,易造成加固成本偏高,施工难度大,质量难以保证,对周围环境影响大等不良后果。由于不分散混凝土在水中具有较好的抗分散性能,且可自流平、自密实,因此,用该种混凝土对水下结构进行加固,不用排水,不降低地下水位,不挖土,可以达到较为理想的效果。
1 工程概况
某污水处理厂污水池建于20 世纪90 年代初,为一长30m、宽10m 的长方形水池, 墙体为浆砌块石, 底板为厚500mm的钢筋混凝土结构,埋深在地面以下5．5m 处,正常工作水深5m ,当初采用大开挖方法施工。由于长期使用,现发现在底板跨中有多条平行于长度方向或与长度方向成10°～15°角的斜裂缝,如不处理,将影响其正常使用和安全。由于该地区常年地下水仅在地面以下015m 处,且土质为典型的沿海软土,四周不远处有多座建(构) 筑物。如果采用将水抽干或采用大开挖等方法对其进行修补和加固,都由于场地不允许或可能对周围建筑影响,并且有可能对水池本身结构造成影响而变得非常困难和不经济。因此,经反复比较,决定采用浇筑水下不分散混凝土的方法对该水池底板进行加固。
2 加固设计
根据设计,在原有底板上,浇筑厚200mm、C20 钢筋混凝土,见图1。
3 加固前试验
为了保证加固效果,在实施加固前,需对水下浇筑的不分散混凝土的各项指标进行检测。
3.1 试块制作
由于该混凝土为用于对水池底板进行加固的水下自密实的不分散混凝土,所以对其进行检测的目的主要是不分散混凝土在水下成型后实体的力学性能;水下新老混凝土结合强度;水下浇筑的不分散混凝土的实体强度与其在地面制作的标准养护试块力学性能之间的关系,以便根据施工时制作的标准养护试件的强度判断水下混凝土的工程实体强度。所以本试验试块的制作为仿真试块和地面标准养护试块两种。仿真试块的制作除作为仿真的老混凝土在地面制作后吊入水中外,其余制作工艺均与实际施工时一样,在水下进行。试块所用的材料和配合比见415 节。试块尺寸见图2。标准养护试块使用与仿真试块同时拌制的混凝土,在地面上制作并进行标准养护。
3．2 试块检测
经养护28d 后对仿真试块及其钻孔取芯样进行外观检查,其表面及四周光滑完整,无缺棱掉角,内部无孔洞等不密实现象,说明水下浇筑的不分散混凝土有较好的流动性和自密实性。
试块实体的强度检测和新老混凝土结合强度检测均用在仿真试件上进行钻芯取样的方法检测。钻芯取样是将仿真试件吊至地面,并经自然风干后进行。标准养护试件试验结果见表1 ,不分散混凝土芯样检测结果见表2 ,新老混凝土结合面芯样检测结果见表3。
由上述检测结果可知,水下不分散混凝土实体抗压强度为标准试件抗压强度的87.5 %。新老混凝土劈拉强度达到实际混凝土劈拉强度的55 % ,剪切强度达到实际混凝土剪切强度的72 % ,比一般光面结合的强度要高,说明老混凝土面经凿毛以后,对新老混凝土的结合起一定的加强作用。
4 底板加固施工
4.1 连接钢筋的施工
连接钢筋与老混凝土底板的连接是通过在老混凝土底板上钻孔,用水中锚固剂进行锚固。连接钢筋施工分钻孔、清孔、插筋3 个工序。操作均由潜水员在水下进行。为了保证水下钻孔位置的正确,预先在地面上制作定位装置,定位装置如图3 所示。在孔中安放水中锚固剂(卷形) ,锚固剂泡水2～3min 后,将钢筋沿其中心打入,钢筋进入原混凝土深度为200mm ,外露160mm。
4．2 钢筋网就位
钢筋网片在地面制作,然后整体吊装到位,横向不分段,纵向分6 段,与顶模和分块浇筑一致。网片之间同一断面有钢筋接头面积为50 % ,钢筋搭接长度为钢筋直径的12 倍,由潜水员在水下焊接,钢筋支架间距纵横均为1 000mm。
4.3 顶面模制作与安装
由于本工程新加混凝土厚度较薄,同时为保证浇筑混凝土表面光滑,在水下不分散混凝土浇筑之前,必须设置顶面模板。本工程顶面模板用3mm 厚的钢板(面板) 和└80 ×8角钢(龙骨) 以及角钢└60 ×6 (支架) 角钢焊接而成,共两套(块) ,每块模板长10m(同池宽) ,宽5m(1P6 池长) ,钢模的进料口设在每块模板的中心。另在模板长边每边每隔215m、短边每边中间设溢出水口,用以排除混凝土浇筑过程中模板内的水。当侧模用木模和顶面模板就位后,由潜水员在水下安装。顶面模板与池壁、先浇底板的缝隙用木条塞紧。由于在混凝土浇筑过程中,对模板挤压力太大,所以模板必须有可靠的固定措施,以防止混凝土浇筑过程中模板上抬。本工程对顶面模板采用的是植筋锚固方法,即利用在制作顶模时预留的锚固孔作为定位孔,通过定位孔在原底板上钻孔,按连接钢筋的方法植入用于锚固顶面模板、端部带有加工好螺纹的<—32 钢筋,锚固筋与顶模通过螺栓连接,见图4。锚固筋孔深260mm ,孔径60mm ,间距为1 000mm(纵横) 。侧面木模固定是采用在钢模上加插销孔的方法进行的。
4.4 施工工况及要求
由于该水池为污水池,且为不排水施工,所以,在底板加固施工前,用清水置换,并由人工用高压水枪冲洗,使水池加固在清水状态下进行。清底后,由潜水员在水下对原混凝土的表面进行凿毛,凿毛后用清水冲洗干净,经潜水员进行水下录像,地面人员观看同意后再进行下道工序的施工。
4.5 水下不分散混凝土的配置与生产
经过反复试配,本工程水下不分散混凝土的具体配合比为:水泥∶黄砂∶石子∶水= 1∶1.02∶1.605∶0.476。外加剂采用NNDC - 2 型抗分散剂,其粉剂掺量为水泥用量的718 % ,水剂掺量为水泥用量2 % ,用这种外加剂配置的混凝土具有极好的流动性,可自流平并能自密实。搅拌时,粉剂和水泥一起投入机内,水剂经拌合水稀释后随水放入搅拌机内。每机搅拌时间不少于2.5min。施工中,在机口处取样测得混凝土的坍落度为210～ 250mm ,扩展度为480 ～ 560mm , 泌水率为0.055 %。
4.6 水下不分散混凝土的浇筑
混凝土采用分块浇筑方法,采用两套模板,分块及浇筑顺序、日期如图5。混凝土输送采用PTF650 型混凝土泵。在初始时混凝土充满整个输送管道,开启管道末端闸阀后,混凝土连续不断地进入模内,靠泵的压力向四周扩展,当混凝土从顶面模板的溢出孔溢出时,由潜水员及时关闭该溢出孔,当所有溢出孔关闭时,混凝土浇筑结束。
4.7 拆 模
每块混凝土浇筑完毕后,按该种混凝土的特性,在3d 后拆模。拆模后混凝土继续在水中养护。每块浇筑6d 后,将固定模板用螺栓全部割除,并用专用的防水砂浆封闭。
5 结 语
本工程拆模后,经水下摄相机录像与潜水员探摸,混凝土表面光滑,无麻面、蜂窝及孔洞现象。根据每块混凝土浇筑时留置的标准养护试块所测得的强度推断,所浇筑的水下混凝土的强度均不低于设计强度,说明对于水中混凝土结构,在不便用其他方法加固时,用不分散混凝土的方法是实用、可靠的。
参考文献
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4 买淑芳. 混凝土聚合物复合材料及其应用. 北京:科学技术文献出版社,1996
