水下混凝土结构损伤修补技术

宋旭青，迟俊兰

（1.青岛政益达实业有限公司，山东青岛266021；2.青岛太平洋海洋工程有限公司，山东青岛266100）

0 引言

随着运行时间的增长，大坝水下结构受到水流长时间冲刷和侵蚀，越来越容易产生缺陷和老化，并且难于观测和及时维护，水工结构的整体安全性也随之降低，以致不满足要求。因此，必须针对水下结构损伤的性质和程度，采取适当的修补措施，恢复结构的整体性，提高结构物的稳定性和耐久性，所采用的处理措施也应具有施工方便、成本低、工期短等特点。

1 水下混凝土结构病害分类

水下混凝土结构物损伤的主要表现形式有两种：一是由于各种作用引起的强度破坏，二是由于各种作用造成的裂缝或抗渗能力不足引起的渗漏。从现象上来看，主要可归纳为裂缝、渗漏和剥蚀三种形式。

1.1 裂缝

裂缝是混凝土建筑物最普遍的病害之一，它的形成往往是多种因素联合作用的结果。裂缝按成因可分为温度裂缝、干缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝、沉降裂缝、冻胀裂缝、碱骨料反应缝等；按裂缝开度变化分为稳定裂缝、张合裂缝、扩展缝等；按裂缝深度可分为表层缝、深层缝和贯穿缝等。

1.2 渗漏

水下结构物渗漏，按渗漏的形态可分为点渗漏、线渗漏、绕流渗漏等。

（1）点渗漏和绕流渗漏一般由混凝土施工质量差造成。点渗漏的源或是一点或是多点，多点渗漏是弥漫性的，渗漏点分散，范围较广；绕流渗漏是混凝土结构与另外介质的接触部位，水流沿阻力小的空间通道形成的渗漏。

（2）线渗漏的发生率高，可分为病害裂缝渗流、接触缝和伸缩缝渗漏。在裂缝渗漏中，贯穿性裂缝是产生渗漏的主要原因之一，而渗漏程度也与裂缝的性状（宽度、深度和分布）有关。伸缩缝渗漏主要是由于止水结构失效所致。

1.3 剥蚀

常见的混凝土剥蚀破坏有冻融破坏、冲刷与空蚀破坏、钢筋锈蚀破坏及化学侵蚀破坏四种。其中，冲刷破坏是水下混凝土结构物最常见的破坏形式之一。水工建筑物的过流部位，由于长时间受水流（特别是高速水流）的冲刷、侵蚀以及砂石的磨损，过流面往往容易发生冲刷破坏，易形成冲坑和掏洞（产生在平面的冲刷破坏称为冲坑，立面上的破坏称为掏洞），进而造成骨料、钢筋的裸露甚至缺失，发展下去将改变结构的受力性能，产生安全隐患。

2 裂缝修补技术

修补前要进行结构物水下检查，细致观察缺陷的特征，对其进行整体分析，找到破损原因，根据修补目的并针对不同的缺陷类型采取相应的修补措施。一般根据水下裂缝修补的目的性、针对性和适应性原则，修补方法的选择需要考虑以下几个因素：

（1）判断裂缝产生的原因是什么，裂缝是稳定缝还是张合缝；

（2）修补的主要目的是什么，是减少渗漏还是需要补强加固。

水工混凝土结构裂缝水下修补技术按其目的和适用条件，主要可分为柔性修补和刚性修补两类。

2.1 裂缝柔性修补

2.1.1 技术概要

属于防渗漏修补，着力于结构抗渗和止漏，同时不会对结构强度和功能造成损害，适用于张合裂缝，大坝的伸缩缝、沉降缝、温度缝均属此例。

柔性修补主要采用塑性止水填料进行嵌缝封堵，再加盖塑性止水盖片达到表面防渗的目的。其结构形式必须适应裂缝开度随外因的变化，防渗材料必须具有较好的弹塑性。柔性防渗止漏结构应具有二重以上的防渗措施，增加防渗止漏效果和耐久性；任何一个可能的渗漏部位、缝隙和局部点，都应采用水下密封胶进行封堵，使防渗止漏结构和原混凝土结构形成无任何渗漏路径的整体，见图1。

图中3种柔性修补结构均能满足防渗止漏的要求，实际工程中可根据损伤的性质和经济、技术要求进行选择。

2.1.2 主要工艺

根据设计要求，骑缝开凿一定深度的V型槽或U型槽。V型槽建议尺寸为宽50 mm,深40 mm；U型槽建议尺寸为上底宽80 mm，下底宽30 mm，深度60 mm。用高压水清理槽内杂物，槽内嵌填塑性止水材料，并形成高约20 mm的鼓包，然后沿缝粘贴防渗盖片，盖片宽度约为500 mm，并在盖片两侧用扁钢压条和不锈钢螺栓固定。螺栓间距不宜大于50 cm，扁钢压条排距不大于100 cm，可采用对接方式连续固定。最后用水下粘结胶封边，使防渗结构形成密闭的整体。

2.2 裂缝刚性修补

图1 柔性防渗止漏典型实例图Fig.1 Typical examples of flexible seepage prevention

2.2.1 技术概要

属于防渗加固修补，起到防渗止漏和补强加固的双重作用，即对水下混凝土结构进行防渗止漏修补的同时还要提高结构承载能力。两类修补同时构成防渗加固的统一体，一并进行设计与施工，适于稳定缝、散点渗漏的防渗加固。

刚性防渗止漏结构必须具有防渗结构和补强结构，如果处于过流面，其外形应和原结构表面保持一致，为了增强修补结构与原结构的结合强度，还应植锚固筋加固。详见图2。

2.2.2 主要工艺

潜水检查、标识裂缝位置和范围，再用液压锯沿开凿线开凿成一定宽度和深度的矩形槽。为了提高结构物应有的抗裂性能，在槽内植入锚筋加以锚固，同时焊接钢筋网，增强新老混凝土的整体性。最后浇筑强度等级不低于C30的水下混凝土，以恢复其结构原来的状态。

图2 裂缝刚性修补典型实例图（单位：mm）Fig.2 Typical example of rigid rehabilitation for cracks

3 冲刷破坏修补技术

冲刷破坏的修补着力于结构强度的提高，同时也不造成结构防渗止漏性能的损害。按照修补目的还可分为维修性修补和补强加固性修补。

3.1 维修性修补

3.1.1 技术概要

属于水下混凝土结构修复性修补，要求恢复到原结构形态和结构形式，使其达到原设定的功能和可靠性，维护原可靠度水平。详见图3。

图3 冲坑维修性修补实例图Fig.3 Maintenance of scour hole

3.1.2 主要工艺

沿破损边缘线外至少50 mm切割凿除损伤、松动、强度低下的混凝土，达到坑内任何部位的深度都≥50 mm，以增加修补结构的强度。对待浇筑面进行清洗、打毛处理，以增强新老混凝土的粘结强度，最后浇筑强度等级不低于C30的水下混凝土，恢复至原有状态。

3.2 补强加固修补

3.2.1 技术概要

补强加固修补不仅要达到原结构的设计标准，还要使原结构的可靠标准得到提高，增加结构的可靠性和可靠度。因此，所用水下混凝土强度等级不应小于C30，宜用聚合物类水下混凝土和水下不分散混凝土。补强加固性修补应铺设钢筋网并加锚筋锚固。详见图4。

图4 冲坑补强加固修补实例图（单位：mm）Fig.4 Rehabilitation of scour hole

3.2.2 主要工艺

掏洞和冲坑加固修补采用锚固钢筋网水下混凝土结构。首先用液压锯在冲坑（掏洞）边缘线外50 mm进行切割，形成整齐规则的边缘。凿除、清理损坏部位的松散混凝土、钢筋头。为了克服新老混凝土结合强度低这一薄弱环节，内配双向钢筋网，并通过锚固钢筋把新老混凝土连成整体，以提高结构整体受力性能。锚筋钻孔除另有要求外，应沿锚筋受力主向或设计方向施钻，偏角宜≤3°。水平锚孔可以向上仰角2°～4°施钻，以便能填充达到要求数量的锚固剂填充量。最后在坑内浇筑水下混凝土。对于立面掏洞的加固修补，在浇筑前还要架立模板，材料终凝后拆模，并将露出的钢筋头等切除。详见图5。

图5 掏洞补强加固修补实例图（单位：mm）Fig.5 Rehabilitation of scour hole

4 结语

（1）混凝土渗漏及冲刷破坏是水下结构物常见的病害，对大坝整体结构的安全和稳定有很大的影响，发现问题必须及时修复。以上介绍的几种修补加固技术已在很多座水库大坝中应用，都取得了良好的修补效果，确保了水工建筑物的安全运行。

（2）水下混凝土结构损伤的修补应遵循目的性、针对性和适应性的原则，避免修补无效或因修补造成新的损伤。目的性原则要明确是维护性修补还是增强性修补；针对性原则是要确定防渗漏修补、加固修补还是防渗加固修补；适应性原则是要使所采用的防渗措施具有“前堵后排”的作用，适应原结构的形式和功能。

（3）所用水下混凝土材料目前分为两大类：一是水下不分散混凝土（NDC），它实际是陆用混凝土的改性，即在陆用混凝土中添加絮凝剂，使其适于水下浇筑，提高水陆强度比；二是聚酯混凝土，由不饱和树脂、高强环氧剂加上其它添加剂、砂石和水泥拌制而成。前者称为水下聚合物混凝土，后者称为水下环氧混凝土。以上两大类水下混凝土都具有水下浇筑不分散、自流平、自密实、不需振捣等特点，可根据需要配制成水下强度为C20～C50的不同抗压等级的混凝土，可以充分满足工程要求。

（4）一般来说，加固修补、防渗加固修补所用的钢筋网和锚筋材料性能与规格应根据具体结构通过计算分析确定，或者根据以往工程经验确定，而且必须满足可靠性的要求。■

[1]21世纪中国水库大坝建设管理中的若干问题[M].中华人民共和国水利部.2004.

[2]SDJ 207-82，水工混凝土施工规范[S].中华人民共和国水利部，电力工业部.

[3]SL230－98，混凝土坝养护修理规程[S].中华人民共和国水利部.

[4]鲁一晖，孙志恒.水工混凝土建筑物检测与修补[M].海洋出版社，2007.

[5]黄国兴，纪国晋.混凝土建筑物修补材料及应用[M].中国电力出版社，2009.