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水下加固灌浆,说白了就是要在有水流动或静态水的环境里,把浆料顺利灌进去并且能正常硬化、撑得住力。这跟普通灌浆完全是两码事,核心难点在于抗分散性——浆料入水不分离、不离析,强度才能有保障。
普通灌浆料只要控制好流动度和膨胀率就行,但水下加固面对的是水的冲刷和稀释。以某跨海大桥桥墩基础加固为例,当时潮汐流速达到0.8m/s,普通灌浆料下去不到两分钟就被冲散了,骨料和水泥浆完全分离,根本谈不上强度。
从材料机理上说,水下灌浆料必须添加专用的抗分散剂,让浆体遇水后表面形成一层柔性膜,阻止水分子侵入。同时要调整颗粒级配,把最大骨料粒径控制在2.36mm以下,这样浆体在水中的自流平性才好,不会出现堆积或空洞。
实际操作中,水下加固灌浆料的初始流动度通常要控制在280mm±20mm,30分钟流动度损失不能超过30mm。低于这个值,浆料在水下无法均匀填充;高于这个值,抗分散性又会打折扣。这是经验数据,也是GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》里对水下施工的特殊要求。
水下环境温度低、湿度大,水泥水化反应比陆地上慢。以12℃的常温水下施工为例,普通灌浆料7天强度只能达到设计值的60%左右,而专用的水下加固灌浆料通过掺入早强型矿物掺合料,7天抗压强度能稳定在35MPa以上,28天达到55MPa以上。
养护时间也要调整。水下灌浆后,不能像陆地那样洒水养护,因为水压会把养护水挤走。正确做法是灌浆后保持静水环境至少72小时,期间避免任何振动。有个码头桩基修补项目,施工队图省事,灌完6小时就开泵抽水,结果强度直接掉了20%。
温度影响更直接。水下灌浆料的施工温度范围是5℃到35℃,低于5℃要加热拌合水,高于35℃要加冰降温。经验上来说,水温每降低10℃,初凝时间会延长2-3小时,这直接关系到拆模和后续工序的安排。
第一步是清理基面。水下加固的基面往往附着淤泥、海生物或松散混凝土,必须用高压水枪或钢丝刷彻底清除。有个教训:某水闸底板修复时,基面没清干净,灌浆后新老混凝土之间出现了0.5mm的缝隙,后期渗水严重。
第二步是立模和封堵。水下模板必须用钢模或特制木模,接缝处用止水条或快干水泥封死,防止漏浆。模板顶部要留排气孔,灌浆时浆料从底部注入,把水从顶部排出。实际操作中,灌浆压力控制在0.2-0.5MPa,压力太大容易撑破模板,太小又排不干净水。
第三步是连续灌浆。水下加固灌浆必须一次完成,不能中断。以每立方米灌浆量计算,灌浆速度控制在10-15L/min比较合适。如果中途停机超过10分钟,浆料开始初凝,再接着灌就会出现冷缝,这个冷缝就是未来的渗水通道。
最头疼的问题是灌浆不密实。原因通常有两个:一是排气不彻底,气泡残留在浆体里;二是流动度损失太快,浆料还没流到位就变稠了。解决办法是在灌浆前做流动度试验,确保30分钟流动度不低于250mm,同时模板上多开几个排气孔。
另一个问题是收缩开裂。水下环境虽然湿度大,但浆体在水化过程中会产生自收缩,如果膨胀剂掺量不够,硬化后就会产生微裂缝。按GB/T 50448-2015的要求,水下加固灌浆料的竖向膨胀率应控制在0.02%-0.05%之间,这个值既能补偿收缩,又不会撑坏模板。
以某污水处理厂池壁加固项目为例,当时用了普通膨胀剂,28天后发现表面有头发丝般的裂缝。后来换成复合型膨胀剂,掺量从8%调整到10%,裂缝问题才解决。所以选材时不能只看说明书,一定要根据现场水温、水深做适配试验。
去年参与的一个船闸底板加固项目,水深4.5米,水流速度0.3m/s,设计要求水下灌浆料28天强度不低于50MPa。我们对比了三种配方:第一种是纯硅酸盐水泥加抗分散剂,第二种是硫铝酸盐水泥体系,第三种是普通硅酸盐水泥掺硅灰和高效减水剂。
试验结果很说明问题:第一种配方抗分散性最好,但后期强度只有42MPa;第二种早期强度高,但流动度损失快,30分钟就降到220mm以下;第三种综合性能最优,抗分散性达标,28天强度达到53MPa,流动度损失也在可控范围内。
最终选的是第三种方案。这个案例告诉我们,水下加固灌浆料没有万能配方,必须根据水深、水温、流速、强度要求来定制。作为技术负责人,我建议采购前先做小规模模拟试验,把浆料放到实际水环境里测一下流动度和抗压强度,别光看厂家提供的实验室数据。
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