將軍山渡槽缺陷及除險(xiǎn)加固技術(shù)

瞿大界

（安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局，安徽 六安 237000）

將軍山渡槽缺陷及除險(xiǎn)加固技術(shù)

瞿大界

（安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局，安徽 六安 237000）

本文淺述了將軍山渡槽槽身滲水、混凝土表面碳化、槽墩及腹拱和拱波裂縫處理、河床段槽墩防沖處理及主拱圈抗震加固等運(yùn)用的新技術(shù)和新材料，分析了新材料在運(yùn)用中出現(xiàn)的新特性和優(yōu)缺點(diǎn)，論述遇到的新難題，提出了切實(shí)可行的技術(shù)措施方案，克服了施工中各種困難，加固效果明顯，為今后類似工程加固積累經(jīng)驗(yàn)和提供借鑒。

渡槽；加固；新工藝；新材料；應(yīng)用

1 研究背景

將軍山渡槽是淠史杭灌區(qū)杭淠分干渠與張母橋河的交叉建筑物，地處江淮分水嶺之間，是溝通淮河水系和長江水系的重要樞紐。渡槽始建于1969年，1971年完工，建成時(shí)是全國最長的渡槽，現(xiàn)在仍是淠史杭灌區(qū)最大的渡槽。將軍山渡槽為雙曲拱結(jié)構(gòu)，全長894m，凈長840m，共16跨，中到中跨長52.5 m，槽身凈寬6 m，高2.9 m，原設(shè)計(jì)流量23 m3/s。渡槽南、北橋臺均以巖石為基礎(chǔ)，15個(gè)支承墩均建于巖基，3、6、9、12號槽墩為漿砌塊石加強(qiáng)墩，1、2號槽墩為漿砌塊石支墩，7、8號槽墩為混凝土沉井支墩，其余為混凝土支墩。將軍山渡槽運(yùn)行40多年來，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉發(fā)揮了巨大的作用，但主體工程老化嚴(yán)重，槽身滲漏、裂縫眾多，混凝土碳化嚴(yán)重，影響工程使用，需要除險(xiǎn)加固，恢復(fù)渡槽的安全性和耐久性，確保工程功能的發(fā)揮。

2 渡槽存在的老化病害問題及對工程安全的評估

針對將軍山渡槽存在的老化病害問題，進(jìn)行了全面、深入的檢測與評估，主要結(jié)論如下。

（1）混凝土表面碳化。槽身混凝土碳化程度比較嚴(yán)重，碳化深度均達(dá)25.48mm，已經(jīng)接近或大于鋼筋保護(hù)層的厚度，槽身局部存在鋼筋銹蝕。主拱拱肋碳化程度較淺，平均深度4.35mm，墩帽碳化平均深度2.22mm，沒有超過鋼筋保護(hù)層厚度［1］。鑒于槽身混凝土碳化深度較深，需采取防碳化措施延緩混凝土碳化的發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

（2）槽身內(nèi)壁剝蝕滲漏。槽身內(nèi)底板、側(cè)壁剝蝕嚴(yán)重，其中底板深度達(dá)5 cm左右。槽身內(nèi)側(cè)局部鋼筋外露銹蝕嚴(yán)重，局部混凝土脫空；槽身內(nèi)外壁裂縫較多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，槽身裂縫多達(dá)1 269處，且深度較大，貫穿性裂縫較多，伸縮縫普遍破損，滲漏嚴(yán)重［2］。渡槽槽身為均勻支承在漿砌石結(jié)構(gòu)上矩形薄壁結(jié)構(gòu)，縱向僅配置φ6@300的構(gòu)造鋼筋，底部受漿砌石強(qiáng)約束，溫度荷載是產(chǎn)生橫向裂縫的主要原因。渡槽的裂縫多為橫向裂縫，對槽身結(jié)構(gòu)影響不大，安全復(fù)核鋼筋銹蝕至斷面減小8%及槽中加大水深為1.86m（已出現(xiàn)的最大水深的1.2倍）的情況下，槽壁的抗彎與抗剪承載力仍滿足規(guī)范要求，槽身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性亦滿足要求。故槽身加固主要是裂縫修補(bǔ)、槽身防滲等，以延長其使用壽命。

（3）槽墩、墩帽的裂縫及槽墩的沖刷侵蝕?；炷敛鄱樟芽p多達(dá)225條，均為豎向發(fā)展。槽墩未配置構(gòu)造鋼筋，在溫度及主拱圈推力作要下，上下游向聯(lián)系和約束不足是產(chǎn)生豎向裂縫的主要原因。這些裂縫影響了槽墩的整體性，必須進(jìn)行加固處理，恢復(fù)槽墩整體性。漿砌石槽墩勾縫砂漿局部脫落。穿渡槽張母橋河主河道河槽下切高程已至29.5m左右，主河槽部位重粉質(zhì)壤土及細(xì)砂層抗沖刷能力較差，河床中的2、3、4號槽墩需進(jìn)行保護(hù)。

（4）主拱、腹拱的裂縫。腹拱裂縫嚴(yán)重，每孔靠近中部的6個(gè)副拱普遍存在混凝土裂穿的現(xiàn)象。主拱拱波在沿水流方向普遍存在一條貫穿裂縫（滲漏），原設(shè)計(jì)中主拱圈拱肋截面積較小，主拱拱肋間設(shè)置的5根肋間橫向聯(lián)系光鋼拉條鋼筋銹蝕，銹蝕率約為3.5%左右。原設(shè)計(jì)中主拱圈拱肋截面積較小，僅為260mm×450mm（寬×高），原設(shè)置的5根肋間光鋼拉條不能滿足現(xiàn)有規(guī)范對渡槽采用雙曲拱時(shí)應(yīng)增設(shè)橫隔板以加強(qiáng)拱肋和拱波之間的連接強(qiáng)度的規(guī)定，雙曲拱橫向整體性差。主拱的拱波存在較規(guī)律的裂縫，分析計(jì)算表明，主拱拱肋間的橫向約束較薄弱，拱肋在拱波腳不平衡水平推力的作用下產(chǎn)生水平變位，由此在拱波頂部產(chǎn)生由拱腳變位引起的拉應(yīng)力，最終導(dǎo)致混凝土開裂。這種結(jié)構(gòu)性裂縫是整個(gè)渡槽安全的最大隱患，需進(jìn)行全面的修補(bǔ)加固來增強(qiáng)主拱圈的橫向穩(wěn)定性［3］。

3 渡槽加固

3.1 槽身滲漏處理方案及施工工藝

3.1.1 槽身滲漏處理方案選擇 槽身滲漏處理有剛性、柔性兩種處理方案，在綜合考慮施工簡便、適應(yīng)渡槽結(jié)構(gòu)再次變形、防滲效果顯著、工程減糙效果明顯、延緩結(jié)構(gòu)混凝土碳化時(shí)間等因素后，選擇用柔性貼膜方案進(jìn)行槽身防滲處理。擬采用的PVC復(fù)合防滲膜用于水利工程結(jié)構(gòu)修補(bǔ)的工程成功案例較多，且裸露型PVC復(fù)合防滲膜已在灌區(qū)杜店渡槽加固中取得良好效果。SCLW35054裸露型PVC復(fù)合防滲膜是一種性能優(yōu)異的高分子防水材料，以聚氯乙烯樹脂為主要原料，加入各類專用助劑和抗老化組份制成，具有極高的拉伸強(qiáng)度，能達(dá)到最佳延伸長度，與水泥防水粘結(jié)材料在剪切狀態(tài)下的粘合性檢查，常溫下應(yīng)大于等于1.8 N/mm2（即0.0018MPa）或卷材斷裂。非常適合用于槽身內(nèi)壁的防身處理，對槽身的非貼膜區(qū)混凝土面，則進(jìn)行防碳化處理。PVC復(fù)合防滲膜力學(xué)指標(biāo)如表1。

表1 PVC復(fù)合防滲膜力學(xué)指標(biāo)

PVC復(fù)合防滲膜處理渡槽滲漏方法見圖1～圖3。

3.1.2 施工工藝及相關(guān)措施 對槽身滲漏采用PVC復(fù)合防滲膜處理時(shí)，首先需對對槽身底板和墻側(cè)內(nèi)壁采用砂漿或細(xì)石混凝土修補(bǔ)，對伸縮縫進(jìn)行處理，對混凝土剝蝕深度小于3 cm或剝蝕面積小于0.5m2的底板，鑿除表層剝蝕的混凝土，采用丙乳砂漿修補(bǔ)。槽身內(nèi)壁及底板處理后，再貼裸露型PVC復(fù)合防滲膜進(jìn)行防滲處理。對槽身外壁裂縫采用水溶性聚氨脂和SK-E改性環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌漿處理［4］。SK-E改性環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿材料及丙乳的主要性能指標(biāo)見表2、表3。

圖1 渡槽防滲膜的做法

圖2 周邊固定的做法

圖3 伸縮縫的做法（單位：mm）

表2 SK-E改性環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿材料性能指標(biāo)

表3 丙乳材料主要性能指標(biāo)

施工步驟：SK-E改性環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿→底板和側(cè)壁丙乳砂漿修補(bǔ)→伸縮縫處理→布置刻痕鋼絲網(wǎng)→澆筑細(xì)石混凝土→鋪設(shè)PVC復(fù)合防滲膜。

鋪設(shè)PVC復(fù)合防滲膜，關(guān)鍵是保證渡槽槽身粘貼后膜不出現(xiàn)空鼓、漏焊等，為此，各施工工序必須按工藝要求嚴(yán)格操作。

（1）首先須用貼嘴法對槽身外壁裂縫寬度大于0.2mm的裂縫進(jìn)行SK-E改性環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿；對剝蝕和沖刷嚴(yán)重的槽身底板，用混凝土清渣機(jī)鑿除至新鮮混凝土，插錨筋并布置φ4@100刻痕鋼絲網(wǎng)，然后澆筑強(qiáng)度等級C30細(xì)石混凝土。細(xì)石混凝土骨料最大粒徑10mm，平均厚度8 cm，最薄處不小于5 cm，以保證渡槽設(shè)計(jì)斷面體形及平整度。

（2）對渡槽槽身止水帶斷裂漏水的伸縮縫進(jìn)行加固處理。伸縮縫處理方案如圖3所示，止水帶采用GB板與底部混凝土粘結(jié)，提高止水效果，接口的采用聚硫密封膏膠結(jié)，U型復(fù)合止水帶受聚合物水泥砂漿保護(hù)，可有效提高其抗老化性。

（3）鋪設(shè)PVC復(fù)合防滲膜。在槽內(nèi)壁大面采用PVC專用聚合物水泥粘接材料以全粘方式與槽身進(jìn)行固定，參照《地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50208-2011）對全粘結(jié)質(zhì)量進(jìn)行檢查。

首先，墻面敷設(shè)膜前用丙乳砂漿將渡槽內(nèi)壁抹平，保證堅(jiān)固平整，使之與膜料能充分接觸；然后，防滲膜之間搭接采用熱風(fēng)焊接，周邊采用不銹鋼壓條加螺桿固定，并采用耐候密膠進(jìn)行封口，上口保持在一條直線上，確保美觀。粘接順序根據(jù)渡槽實(shí)際形狀和尺寸，針對將軍山渡槽鋪膜高度不高，施工時(shí)采用先鋪立面，后鋪平面的方法。鋪設(shè)時(shí)，膜料搭接長度應(yīng)滿足要求，搭接尺寸要準(zhǔn)確，膜料預(yù)留搭接長度10 cm，焊接縫的結(jié)合面應(yīng)清掃干凈，鋪膜時(shí)要盡量對齊，若因施工誤差，搭接長度最小不少于8 cm。焊接按照先長邊再短邊順序的要求進(jìn)行，用大功率扁嘴熱風(fēng)焊槍依序加熱膜料，焊接部分無氣泡、無漏焊現(xiàn)象，且注意調(diào)節(jié)熱風(fēng)加熱溫度和時(shí)間，不得漏焊、跳焊或焊接不牢，注意膜料不能燒壞、起皺、打折。每條焊縫焊接完成后，用平口小起子對焊縫進(jìn)行沿縫檢查，如未達(dá)到要求，應(yīng)立刻進(jìn)行返工重焊；最后，施工中用手棍反復(fù)壓合密實(shí)，用毛巾對表面滲出的漿體和垃圾進(jìn)行清理，保證其粘結(jié)面積不應(yīng)小于90%，手刮涂粘結(jié)料應(yīng)均勻，不得露底、堆積、流淌，粘結(jié)料在固化前不得行走和后續(xù)作業(yè)［4-6］。

3.2 槽墩、墩帽的加固

3.2.1 加固方案 對混凝土槽墩剝蝕或剝落的部位采用丙乳砂漿進(jìn)行修補(bǔ)；對各墩帽鉛直段進(jìn)行環(huán)向植筋，并新澆筑C25鋼筋混凝土環(huán)向包箍梁；對位于張母河的河床中1#、2#、3#、4#槽墩進(jìn)行格賓石籠固腳防護(hù)，防護(hù)范圍為渡槽中心線上、下游各18m。

3.2.2 技術(shù)要求 采用格賓石籠材料對河床1#、2#、3#、4#槽墩固腳防護(hù)。格賓石籠是水利工程專用材料，耐腐蝕，防沖刷，超長使用壽命。本工程所用格賓網(wǎng)箱材料規(guī)格：高抗腐蝕PE膜+鋅鋁合金網(wǎng)，網(wǎng)孔8×10cm，網(wǎng)絲φ2.5mm，涂塑后φ3.5mm，邊絲φ3.5mm，涂塑后φ4.5mm，鋼絲材質(zhì)符合GB/T700-1988標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。石籠設(shè)計(jì)使用30年，PE符合GBT1040-1992規(guī)定。施工順序：網(wǎng)片組裝成箱籠→裝入塊石填充→封口。

格賓網(wǎng)的鋼絲具有抗拉強(qiáng)度，不易被破壞拉斷，又因箱籠系柔軟性結(jié)構(gòu)，不會(huì)因發(fā)生小的變異而發(fā)生裂縫、網(wǎng)箱被拉斷的現(xiàn)象。施工過程中要求選用填充料必須是堅(jiān)固密實(shí)耐風(fēng)化好的石材，網(wǎng)箱內(nèi)填充石塊需加工，直徑均控制在20～30 cm之間，大于網(wǎng)孔孔徑等要求［4］。

漕渡采格賓石籠材料加固后，經(jīng)上游降雨洪水檢驗(yàn)，效果明顯。

3.3 主拱、腹拱裂縫的加固處理 增設(shè)拱肋間對拉螺栓鋼板焊接150mm×150mm×5mm橫向聯(lián)系鍍鋅方鋼梁，限制拱肋水平變位，增強(qiáng)主拱圈的橫向穩(wěn)定性。對每跨主拱圈增加6根橫系梁。新增主拱連系梁布置見圖4。

圖4 新增主拱肋和槽壁間連系梁位置

方鋼連系梁在施工安裝過程中難度較高，考慮到特殊工種和高空作業(yè)，需配合滿堂腳手架施工。根據(jù)渡槽槽內(nèi)壁尺寸大小不同，需提前測量并制作連系梁長度，剪割時(shí)防止過短而造成二次焊接，不但影響鋼片質(zhì)量且浪費(fèi)材料、工時(shí)。因方鋼連系梁長期露空并置于水面，空氣濕度大，容易腐蝕，選鋼材料必須符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并涂刷2層以上環(huán)氧樹脂富鋅防腐漆。

3.4 混凝土表面防碳化處理 根據(jù)安全鑒定和檢測結(jié)果，槽身已經(jīng)接近或大于鋼筋保護(hù)層的厚度，主拱拱肋、墩帽等構(gòu)件碳化程度雖然沒有超過鋼筋保護(hù)層厚度，但考慮到其為主要受力構(gòu)件，本次除險(xiǎn)加固亦進(jìn)行防碳化處理，以增強(qiáng)混凝土構(gòu)件的耐久性［7］。本次表面防碳化處理部位為槽身未貼PVC膜內(nèi)壁、外壁、人行道板頂?shù)酌妗跅U、主拱圈、腹拱圈、主拱拱波、槽墩、腹拱墩等混凝土表面，綜合采用噴涂新材料PCS防碳化柔性涂料進(jìn)行防護(hù)。

PCS混凝土防碳化涂料由高性能聚合物乳液，多種助劑（液料A組分）與改性水泥基材料（粉料B組分）雙組分組成。其產(chǎn)生化學(xué)與機(jī)械結(jié)合的內(nèi)聚力與附著力，提高拉伸強(qiáng)度和黏結(jié)強(qiáng)度。其優(yōu)點(diǎn)：（1）良好的黏結(jié)強(qiáng)度與黏結(jié)能力，可涂刷在多種建筑材料表面；（2）抵抗大氣侵蝕，抗紫外線照射、耐磨損，正常使用條件下，使用壽命可以達(dá)20年以上；（3）優(yōu)良的柔韌性，既可封閉微細(xì)裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，又可抵抗由于混凝土基體膨脹、收縮而引起的新的開裂的產(chǎn)生，阻止水份進(jìn)入混凝土內(nèi)部；（4）具有良好的防水和密封性能，防止外界雨水對結(jié)構(gòu)的侵蝕；（5）良好的抗有害氣體，如二氧化碳、氧氣、鹽霧等的滲透性能，防止混凝土中性化，又耐輕度化學(xué)腐蝕，阻止氯離子及酸、堿、鹽物質(zhì)滲入混凝土內(nèi)部，防止鋼筋銹蝕；（6）為水性涂料，無毒、無味、無污染［7］。

PCS防碳化涂刷對工藝要求非常高，對環(huán)境要求苛刻，適宜溫度5～25℃，相對濕度不大于85%。加固施工過程期間恰逢冬季，當(dāng)?shù)貧鉁伢E降接近零度，陰雨天連連，導(dǎo)致渡槽8～14跨（東面）槽壁主拱圈、腹拱圈（裂縫滲水處）、人行道欄桿等部位涂層表面出現(xiàn)規(guī)律性“泛白”現(xiàn)象，其析出物質(zhì)為氫氧化鈣，該物質(zhì)易于溶解并在原混凝土碳化區(qū)沉淀。在“泛白”部位重新涂刷PCS防碳化涂料，加上防凍劑、快速凝結(jié)劑，采取薄膜鋪蓋保護(hù)等相關(guān)措施，加之春季溫度回升等有利條件，“泛白”現(xiàn)象沒有出現(xiàn)。

表4 PCS混凝土防碳化涂料性能指標(biāo)

4 結(jié)束語

本次新工藝、新材料在將軍山渡槽工程中的運(yùn)用，起到了良好的加固效果。主要有：（1）大大增強(qiáng)了主拱肋間橫向的整體性；（2）增強(qiáng)了槽壁在受到橫向外部荷載情況下的整體性，限制了槽壁的橫向變位；（3）采用SK-E改性環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿，恢復(fù)了原結(jié)構(gòu)的整體性；（4）采用丙乳砂漿修補(bǔ)剝蝕嚴(yán)重的混凝土表面，恢復(fù)了原混凝土結(jié)構(gòu)尺寸；（5）槽身內(nèi)壁鋪貼了PVC復(fù)合防滲膜，解決了現(xiàn)狀渡槽裂縫滲漏嚴(yán)重的問題；（6）利用格賓石籠完成了河床內(nèi)的槽墩防沖有效地保護(hù)了槽墩；（7）新型涂料PCS防碳化涂料涂刷阻止了環(huán)境腐蝕性介質(zhì)對結(jié)構(gòu)材料的侵蝕，完成了對渡槽主體外露面的保護(hù)。

對PCS施工中出現(xiàn)的“泛白”想象，建議今后在類似工程加固中考慮先實(shí)施防滲處理，有效地避免雨水對下部結(jié)構(gòu)加固處理的影響，為碳化等處理提供必要條件，并按要求選擇合適的天氣、溫度、濕度等條件下實(shí)施。

在將軍山渡槽修補(bǔ)加固中，新材料及新技術(shù)的應(yīng)用，提高了工程的安全性和耐久性，節(jié)省了工程造價(jià)，縮短了工期，取得了良好的效果。通過對SK-E改性環(huán)氧、丙乳砂漿、PCS防碳化涂料和PVC復(fù)合防滲膜等諸多新材料特性的掌握，為今后的水利工程建設(shè)中運(yùn)用新材料積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 胡明.將軍山渡槽裂縫現(xiàn)狀及成因分析［J］.吉林水利，2010，341（10）：35-38.

［2］ 陳邦圣.淠史杭灌區(qū)將軍山渡槽病害成因及加固方案探討［J］.水電站設(shè)計(jì)，2002，18（1）：57-59.

［3］ 竺慧珠，管楓年，陳德亮.渡槽［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.

［4］ 王茂松.淠史杭灌區(qū)將軍山渡槽除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)［J］.工程與建設(shè)，2014，28（2）：192-194.

［5］ 朱蓉.PVC復(fù)合防滲膜在將軍山渡槽槽身防滲處理中的應(yīng)用［J］.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，14（2）：55-57.

［6］ 劉現(xiàn)鋒，昝玉鳳.外露型PVC防滲膜在高巖水庫大壩防滲維修工程中的應(yīng)用［J］.中國建筑防水，2007，28（2）：30-31.

［7］ 嚴(yán)嘉國.PCS防碳化及丙乳砂漿防風(fēng)化施工工藝在紅石嘴樞紐洪河泄水閘除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用［J］.治淮，2013，54（10）：31-32.

The engineering defects and technologies for danger elimination and reinforcement of Jiangjunshan Aqueduct

QU Dajie
（The General Administration of Pishihang Irrigation District in Anhui Province，Liuan 327000，China）

We introduced the new technologies and materials used in the seepage of Jiangjunshan Aqueduct，carbonation of the concrete surface，crack treatment of groove pier，spandrel arch and two way cured arch tile，impingement processing of groove pier in the river segment and the strengthening measure for earthquake resistance of main arch rings.The new features，advantages and disadvantages of the new materials were analyzed.The new challenges of the new materials were also descirbed.For dealing with these challenges，the viable technical proposals were put forward and thereby various difficulties in construction have been overcome.The results show that there is a significant strengthening effect.This paper can provide the experience and reference for the reinforcement of similar future projects.

reinforcement of the aqueduct；new processes；new materials；applications

TV672

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.01.012

1672-3031（2016）01-0073-06

（責(zé)任編輯：王冰偉）

2015-07-24

瞿大界（1964-），安徽樅陽人，高級工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)研究。E-mail：pshgq@ahsl.gov.cn