中国农业百科全书:水利卷中国农业百科全书:水利卷
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水工建筑物水下维修

    对遭受破坏或有缺陷的水工建筑物水下部分进行的检查、维护和修理。由于水下作业比陆上作业工作条件复杂,操作技术要求高,通常只有在无法进行陆上作业的情况下,或形成陆上作业的环境损失太大或耗资过多时,才采用水下维修。

    水下检查 进行水下维修首先要查明缺陷的具体位置和遭受破坏的范围和程度,根据实际情况,制订切实可行的维修方案。中国在静水深小于2米的水平部位及坡度较缓的斜面部位,使用图1的水下检查筒沉放至水下结构表面进行检查。静水深大于2米者,一般由潜水员进行直接检查,也有采用闭路电视或水下摄影进行水下检查。

    

图1 水下检查筒示意图

    水下清基 不论是混凝土或金属结构,在对破坏或缺陷情况做全面检查之前,或是在实施水下维修方案之前,都要对表面进行清理。清理方法视基面情况而异:当水生物覆盖或水垢、水锈较轻时,用钢丝刷、刮刀、砍斧、凿子、风动砂轮等手工工具清理;较重时则用高速射流水清理,它不仅能把混凝土冲成骨料露出的表面,而且可在混凝土中切出孔洞或剔出槽子。对水下结构维修前后的基坑清理工作,在中国一般是由潜水员辅以其他提升、运输工具进行。当基坑工作面和清基工作量大时,视水的深浅选用挖掘机、挖泥船或图2所示吸泥管进行清理。

    

图2 吸泥管结构示意图

    水下钻孔 根据维修部位和钻孔用途的不同,选用不同的方法。当孔深及孔径较小,或在竖直面上钻孔时,如锚筋孔、爆破孔等,可用风动凿岩机——风钻钻孔,由潜水员在水下直接操作。由于水下钻孔还要克服钻孔处的静水压力,要求供气压力比陆上作业大,且供气压力随着水深而增加。当在闸坝上游进行帷幕补强灌浆、修复水下排水孔、以及需要在水下岩层上钻孔进行大孔径爆破时,一般采用设在船台或浮排组成的工作台上的回转钻机钻孔。欧美各国和日本广泛采用OD法(Overburden Drilling Method)进行水下钻孔,它是深水域中一种主要的钻孔方法,其特点是采用了双套管,外套管的作用是固定钻孔位置,保护钻具在钻孔过程中免受流水的冲击影响;内套管头部镶有环形钻头,可钻过覆盖层达基岩中一定深度,作为钻凿深孔和装填炸药包的导管。在内套管中,用十字形钻头旋转冲击钻孔。

    水下爆破 在水工建筑物水下维修作业中,为了水下清基,或清除水下临时和废弃的结构,有时需要采用水下爆破的方法。

    水下修补混凝土结构 对于漏水裂缝及孔洞,可用浸油麻丝、桐油灰嵌堵,或瓷泥、水下环氧材料粘堵;对结构强度没有影响的蜂窝、麻面、浅坑、细沟等表层轻微损坏,可用水下环氧材料修补;对较严重的结构破坏,可用混凝土或喷射砂浆修补。水下环氧材料一般用无空气喷涂、刷涂或滚涂方法施工,并要分层涂抹。当水深较浅时,也可将环氧材料一次装入有边框的模板内粘贴到修补部位,并加压支撑,待其凝固后再脱模。当水下能见度很差时,则可采用油灰状的环氧胶泥修补,由潜水员用手细致地抹填到修补部位。水下浇筑混凝土见水下混凝土浇筑。

    水下焊接 1917年英国开始应用水下焊接技术以后,这种方法得到广泛采用和发展提高。中国与世界很多国家常用的水下焊接方法是湿法手工金属极电弧焊,其所需防水焊条、焊钳和辅助设备都有专门产品,这种方法由于能见度差和紊流扰动而妨碍了操作和焊缝的成形,可能导致在正常情况下产生层间夹渣的危险。60年代初,苏联开始采用熔化系数高的铁粉焊条进行水下焊接,它使电弧能获得较好的保护,并导致焊接过程更加稳定和熔敷金属的高质量,不但对操作技术的要求较低,而且允许焊条接触工件,从而可以在能见度差的条件下使用。1961年,苏联开始发展湿法半自动焊接工艺,由于它使用连续焊丝,与金属极电弧焊相比,节省了换焊条所损失的时间。目前,湿法焊接的工作水深只能达到50米,焊缝的机械性能比大气中的低。近年来,美国研究了一种在工作室中操作的水下干法焊接方法,可用于特殊情况,焊出优质焊缝,缺点是成本高、操作难度大、需要高压潜水员、焊接工和焊接工作室,因而应用条件受到了限制。为此,美国又研制了“水罩”和手提式“干燥点焊罩”两套焊接设备,其工作原理是固定在焊接区,靠连续供给惰性气体排水,在焊接点周围形成一个小的干燥环境,由潜水员将手提式MIG型焊枪插入干燥环境里进行焊接。由于这两种设备体型小、适合单人操作,不仅降低了成本,而且操作简便。此外,为了适应海洋开发的需要,许多国家正在研究等离子焊、爆炸焊和钎焊等水下焊接新方法及水下焊接自动化装置。

    水下切割 水下切割技术是1908年在德国开始应用的,其方法是用一般的氧——乙炔切割,如同在大气中一样来进行水下火焰切割。以后,随着生产发展的需要,美国、英国、苏联和意大利等国又陆续研创了氧——氢、氧——丙炔丙二稀、氧——汽油等氧——可燃气体切割方法,和氧——弧切割、金属——电弧切割、熔化极水喷射金属电弧切割、爆炸切割、热割矛切割、机械切割、液压切割,等离子弧切割等水下切割方法。其中氧——弧水下切割是目前应用最普遍的一种方法,其原理与氧——可燃气体切割相同,只是用空心割条与工件之间产生的电弧来代替火焰对金属进行预热,割条用陶瓷或钢管外涂能改善电弧作用的绝缘层制成,此法设备简单、操作容易,但是割口比较粗糙。对于一般方法不易切割的大断面金属,可采用热割矛切割,它主要是使用了一根装满钢丝的钢管,当钢管的出气端从外部预热到足够的温度时,就将氧气从钢管的中心吹出去,高温的钢管就会放热发生燃烧,并维持连续燃烧过程和对其他物质进行燃烧切割。它既可以切割金属,也可切割非金属,目前已广泛应用于切割混凝土,而且可能是水下切割钢筋混凝土最适用的方法。热割矛切割虽不是一种电切割方法,但它的切割过程也有一定的危险性。因为未燃烧掉的氧与分解出来的氢反应后,会产生所谓“蒸气爆炸”,威胁潜水员的安全,这是此法还不能在深潜应用的主要原因之一。

【参考书目】:

    水利电力部水文水利管理司主编:《水工建筑物养护修理工作手册》,水利电力出版社,1979。

    R.古德费洛著,陈德源等译:《水下工程》,科学出版社,1980。(Ron Goodfellow,Underwater Engineering,Pefroleum Publishing Company,1977).

    〔英〕菲利浦、H.珀金斯著,杜文华、蔡行健译:《混凝土结构:修补、防水与防护》,中国建筑工业出版社,1982。(Philip.H.Perkins,Structures,Repair,Concrete Waterproofing and Protection.Applied science publishers Ltd 1976.)

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