U形混凝土渡槽維修技術(shù)及應(yīng)用

李學(xué)軍，段笑暉

（河南省陸渾水庫(kù)管理局，河南 洛陽(yáng) 471003）

1 工程概況

口孜渡槽位于陸渾灌區(qū)東一干渠中段，樁號(hào)82+833～83+457，屬于預(yù)制簡(jiǎn)支U形混凝土薄殼渡槽，單排架支承，板梁基礎(chǔ)，凈斷面面積為4.40 m×3.60 m，設(shè)計(jì)流量32.20 m3/s，共52孔，其中跨度12 m的50孔，跨度11.80 m的2孔。是陸渾灌區(qū)向偃師、鞏義供水的主要建筑物，建成于1985年，至今已運(yùn)行近40年，且受當(dāng)時(shí)條件所限，工程缺陷較多和老化滲漏嚴(yán)重，需對(duì)其進(jìn)行維修加固處理，滿足工程供水安全要求。

2 渡槽存在的問(wèn)題和維修內(nèi)容

渡槽主要存在的問(wèn)題：①伸縮縫充填聚乙烯膠泥止水老化，失去止水效果；②混凝土嚴(yán)重碳化，且較大面積剝蝕破損，鋼筋外露；③槽身上部維護(hù)通道及防護(hù)設(shè)施幾乎損壞殆盡（見(jiàn)圖1維修前渡槽原狀圖），已直接威脅工程安全運(yùn)行和影響工程效益的發(fā)揮。這次維修主要內(nèi)容有止水更換、槽身與下部結(jié)構(gòu)碳化破損混凝土修補(bǔ)防滲和上部欄桿修復(fù)。

圖1 維修前渡槽原狀圖

3 伸縮縫止水修復(fù)處理

3.1 原止水情況

原伸縮縫寬40 mm，內(nèi)部填充聚乙烯膠泥麻絲止水，上部為寬240 mm、深40 mm的矩形槽，槽內(nèi)填充水泥砂漿保護(hù)。在工程運(yùn)行期間，水泥砂漿不能與槽身伸縮膨脹變形同步，導(dǎo)致矩形槽周邊槽體混凝土擠壓破損和水泥砂漿破碎，起不到保護(hù)聚乙烯膠泥止水的作用，伸縮縫內(nèi)止水損壞老化，失去止水功能，致使渡槽滲漏嚴(yán)重，嚴(yán)重制約工程安全運(yùn)行。

3.2 止水更換方案

根據(jù)伸縮縫構(gòu)造及要求，并結(jié)合渡槽實(shí)際運(yùn)行情況，采取聚硫密封膠填充伸縮縫止水結(jié)構(gòu)型式，上部?jī)蓚?cè)矩形槽內(nèi)用環(huán)氧砂漿和聚脲防水涂料結(jié)合進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)保護(hù)。聚硫密封膠具有良好的黏結(jié)性、耐水性、耐輻射性、耐熱老化性，且無(wú)毒、耐酸、耐堿性強(qiáng)，不但具有很好的彈性，還有較好的氣密性，非常適合水利工程混凝土伸縮縫填充止水。

其技術(shù)要求為：拉伸強(qiáng)度不小于0.40 MPa、拉伸伸長(zhǎng)率不小于400%、下垂度不大于3 mm、表干時(shí)間不大于24 h、適用期不小于2 h、低溫柔性-40℃、彈性回復(fù)率不小于80%、密度±0.10 g/cm3。

3.3 維修施工工藝

①人工鑿除伸縮縫周邊破損松動(dòng)的混凝土和矩形槽內(nèi)的雜物，確保伸縮縫矩形槽的結(jié)構(gòu)尺寸為寬240 mm、深40 mm；②沿伸縮縫向下再清理50 mm原充填物；③使用高壓水沖洗干凈伸縮縫內(nèi)的雜物灰塵砂礫；④待伸縮縫干燥后，涂刷界面劑，并用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)破損處并填平矩形槽，界面劑保證修補(bǔ)體與槽身混凝土緊密黏結(jié)，矩形槽中間預(yù)留40 mm寬的伸縮縫；⑤待環(huán)氧砂漿凝固干燥，使用密封膠槍灌注聚硫密封膠至伸縮縫密實(shí)平整并進(jìn)行保護(hù)。

3.4 該止水具有的特性

該止水結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：①根據(jù)伸縮縫的變形量設(shè)計(jì)，聚硫密封膠可適應(yīng)渡槽伸縮縫的位移；②聚硫密封膠伸縮縫表面可以受到上部環(huán)氧砂漿的有效保護(hù)，可有效延緩其老化時(shí)間；③表面Ⅱ型聚脲防水防護(hù)涂料在保護(hù)止水的同時(shí)，本身也能獨(dú)立起到滲水作用，且效果良好。

4 渡槽混凝土剝蝕破損維修處理

4.1 剔除破損混凝土及表面劣質(zhì)層

以人工鑿除為主，清除大面積不穩(wěn)定的混凝土部分和表面劣質(zhì)層，機(jī)械配合不易鑿除部位，深度宜控制在10～30 mm之間，使混凝土露出新鮮堅(jiān)硬基面，周邊盡量垂直。若鋼筋發(fā)生銹蝕，應(yīng)進(jìn)行除銹，必要時(shí)需補(bǔ)強(qiáng)處理后，再涂刷阻銹劑。

4.2 清洗

采用高壓水槍清洗渡槽混凝土結(jié)構(gòu)表面附著的灰塵和污垢，沖洗壓力調(diào)整為5 MPa至10 MPa為宜。必要時(shí)，可用鋼刷來(lái)回刷擦，直至混凝土表面及氣孔、皺紋內(nèi)潔凈，待表面干燥后才能進(jìn)行下一道施工工序。

4.3 修補(bǔ)體的施工

采用環(huán)氧砂漿材料處理渡槽混凝土結(jié)構(gòu)的露筋、破損部位。首先應(yīng)在修補(bǔ)位置涂刷環(huán)氧類界面劑，提高修補(bǔ)體與原混凝土間的黏接強(qiáng)度；再用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)體厚度一般不大于30 mm，并將修補(bǔ)體表面壓抹平整。環(huán)氧樹(shù)脂材料技術(shù)指標(biāo)為：抗壓強(qiáng)度不小于50 MPa；與水泥基層膠泥粘結(jié)強(qiáng)度不小于2MPa；收縮率不大于0.20%。

4.4 養(yǎng)護(hù)

對(duì)修補(bǔ)體及時(shí)進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)和避免二次傷害，進(jìn)行成品保護(hù)，是修補(bǔ)體良好發(fā)育，獲得足夠強(qiáng)度的至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。養(yǎng)護(hù)周期應(yīng)不小于7 d，期間應(yīng)做好覆蓋，且標(biāo)識(shí)明顯，防止人為對(duì)修補(bǔ)體二次傷害和暴曬、雨淋等自然損壞。

5 水平拉桿修復(fù)技術(shù)

5.1 混凝土基面處理

利用角向磨光機(jī)對(duì)拉桿混凝土（含修補(bǔ)體）表面進(jìn)行打磨，將基面錯(cuò)臺(tái)和凸起部位磨平整，拉桿直角部位打磨成圓弧狀，并清除混凝土表面浮漿等雜質(zhì)，用高壓空氣清除吹凈。利用找平膠對(duì)混凝土表面細(xì)小氣孔和凹入部位找平，待找平膠干燥后，使用砂紙將基面浮渣刷去，再用高壓空氣清除吹凈，待基面充分干燥后進(jìn)行底膠涂刷。

5.2 涂刷底膠

底膠即適宜在水利工程建設(shè)中使用的碳纖維布粘貼常用的結(jié)構(gòu)膠，按產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中配合比進(jìn)行配置，用特制攪拌機(jī)攪拌均勻即可，但是一次拌合量要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使用完，嚴(yán)禁超過(guò)時(shí)間使用。人工用滾筒或者軟毛刷進(jìn)行均勻涂刷，厚度宜控制在1 mm以內(nèi)，涂刷時(shí)應(yīng)避免漏刷和流淌現(xiàn)象。

5.3 粘貼碳纖維布

涂刷底膠2 h后（視現(xiàn)場(chǎng)氣象條件而定），不粘手為宜，再次涂刷底膠，碳纖維布由上而下、由左至右均勻粘貼在水平拉桿表面，利用刮板刀同一方向用力刮擦，排除內(nèi)部氣泡，使膠液充分滲透浸潤(rùn)碳纖維布表面，保證碳纖維布與膠體結(jié)合質(zhì)量，待固化后，在其表面涂刷一層防紫外線油漆，提高其耐久性。碳纖維布性能指標(biāo)為：質(zhì)量300 g/m2、寬度500 mm、厚度0.17 mm、抗拉強(qiáng)度不小于3 400 MPa、彈性模量不小于230 GPa。

6 混凝土防滲防碳化技術(shù)

6.1 迎水面防滲防碳化處理

渡槽槽內(nèi)迎水面不僅考慮碳化，還應(yīng)考慮防滲功能。采用Ⅱ型聚脲防水涂料對(duì)口孜渡槽槽內(nèi)迎水面進(jìn)行全斷面防護(hù)處理。渡槽預(yù)制施工時(shí)，受當(dāng)時(shí)條件所限，內(nèi)壁利用木模支護(hù)，拼接較零碎，接縫處凹凸、氣孔、模板內(nèi)襯褶皺痕跡較多。為保證聚脲防水涂料噴涂質(zhì)量，故在噴涂前使用聚合物砂漿對(duì)迎水面進(jìn)行全斷面處理。

6.1.1 涂刷聚合物砂漿找平

首先利用高壓水氣進(jìn)行清洗，必要時(shí)，配合人工用鋼絲刷來(lái)回刷洗，使基面潔凈。然后涂刷聚合物砂漿。聚合物砂漿配合比按產(chǎn)品使用說(shuō)明進(jìn)行配置，采用機(jī)械拌制，直至拌制均勻且無(wú)結(jié)塊，一次拌制量應(yīng)控制在半小時(shí)以內(nèi)，否則禁止使用。涂刷聚合物砂漿時(shí)，需用力壓實(shí)，確保砂漿與基面緊密結(jié)合，無(wú)空鼓現(xiàn)象，厚度控制在約10 mm，表面光滑平整。一般在8 h（視當(dāng)?shù)丨h(huán)境可適當(dāng)調(diào)整）以后，砂漿會(huì)初步固結(jié)，開(kāi)始灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不小于14 d，期間保證砂漿表面濕潤(rùn)。

6.1.2 噴涂聚脲防水涂料

采用專用噴涂設(shè)備噴涂設(shè)備將涂料噴涂混凝土表面，固化反應(yīng)后形成柔性防護(hù)膜，具有防滲、防混凝土碳化、耐化學(xué)腐蝕、抗沖擊特性。這種噴涂施工工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，涂層厚度均勻易控，工程質(zhì)量容易保證。只要施工條件允許，可在多個(gè)工作面同時(shí)開(kāi)展施工，有利于工程施工進(jìn)度管理。

渡槽內(nèi)壁大面積施工前，應(yīng)在聚合物砂漿表面涂刷一道環(huán)氧樹(shù)脂界面劑。Ⅱ型聚脲防水涂料應(yīng)在界面劑涂刷12-24 h內(nèi)進(jìn)行噴涂，一般噴涂3～4遍，涂層厚度不小于1.50 mm。對(duì)于邊角處斷面面積較小的結(jié)構(gòu)部位，采用涂刷或輥涂的施工效果更好，維修后渡槽混凝土外觀效果見(jiàn)圖2。Ⅱ型聚脲防水防護(hù)涂料主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 Ⅱ型聚脲防水防護(hù)涂料主要技術(shù)指標(biāo)表

圖2 維修后渡槽效果圖

6.2 排架及槽體外側(cè)混凝土防碳化技術(shù)

排架及槽體外側(cè)混凝土采用滲透性涂料進(jìn)行表面防護(hù)噴涂處理。該涂料為混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)專用滲透性涂料，噴涂于混凝土結(jié)構(gòu)部位表面后可滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)，形成隔離防護(hù)涂層，可抵御周圍環(huán)境中二氧化碳侵入混凝土內(nèi)部，有效預(yù)防混凝土碳化。滲透型涂料用量施工工藝：混凝土表面處理→噴涂作業(yè)→養(yǎng)護(hù)。

6.2.1 混凝土結(jié)構(gòu)表面處理

混凝土結(jié)構(gòu)表面使用高壓水沖洗，結(jié)合人工利用鋼絲刷反復(fù)涂刷，徹底清除混凝土結(jié)構(gòu)表面灰塵和油污等雜物?；炷两Y(jié)構(gòu)表面溫度應(yīng)在5℃～45℃之間為宜；下雨或有強(qiáng)風(fēng)天氣不能噴涂作業(yè)，確保工程施工質(zhì)量和安全。

6.2.2 滲透型涂料的噴涂作業(yè)

涂料噴涂時(shí)應(yīng)自下而上，連續(xù)噴涂，避免中間停頓，直到混凝土表面飽和溢流，且溢流長(zhǎng)度控制在150～200 mm范圍之內(nèi)；排架系梁等水平位置噴涂或涂刷都可以，但應(yīng)保持混凝土基面幾分鐘濕潤(rùn)或成鏡面狀，目的是確保滲透型涂料徹底滲透入混凝土內(nèi)。滲透型涂料噴涂量不小于400 g/m2，待噴涂完成經(jīng)過(guò)滲透干燥后，形成防護(hù)涂層，隔離二氧化碳，預(yù)防混凝土碳化。

6.2.3 養(yǎng)護(hù)

防滲涂料噴涂后能不能形成有效的防護(hù)涂層，養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要，故在噴涂前，要關(guān)注當(dāng)?shù)氐奶鞖忸A(yù)報(bào)，避免在大風(fēng)和下雨天施工，確保噴涂后自然風(fēng)干，才能達(dá)到理想效果。自然風(fēng)干控制時(shí)間：夏季不低于36 h；冬季不低于72 h。

7 問(wèn)題與建議

①當(dāng)?shù)卣诤拥谰C合整治過(guò)程中，要結(jié)合河道流域水文條件、地質(zhì)地貌特征，順應(yīng)河勢(shì)，因河制宜，考慮其防洪排澇規(guī)劃，提高行洪排澇能力，并及時(shí)健全新建工程管理體制，明確管理職責(zé)；②在水利建筑物維修加固時(shí)，其周圍環(huán)境和運(yùn)行條件應(yīng)與原設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，是否發(fā)生改變，并論證是否影響安全運(yùn)行，提出補(bǔ)救措施；③管理單位應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，跟上時(shí)代發(fā)展步伐，對(duì)主要建筑物進(jìn)行定期安全評(píng)價(jià)，確保建筑物運(yùn)行安全。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，U形混凝土渡槽在使用過(guò)程中，特別是20世紀(jì)六七十年代興建的老灌區(qū)，不可避免會(huì)產(chǎn)生混凝土碳化破損、止水老化等現(xiàn)象，因此需要采用合適有效技術(shù)進(jìn)行維修加固。通過(guò)對(duì)口孜渡槽維修加固技術(shù)應(yīng)用、施工工藝、所用材料主要技術(shù)參數(shù)要求進(jìn)行系統(tǒng)分析和總結(jié)。該工程維修加固后，經(jīng)過(guò)兩次通水，四十余天滿負(fù)荷運(yùn)行和一個(gè)汛期，均無(wú)任何滲漏現(xiàn)象且伸縮縫完好，達(dá)到了預(yù)期效果。事實(shí)證明，這種綜合維修技術(shù)對(duì)于U形混凝土薄殼渡槽維修防滲是行之有效的，以期為陸渾灌區(qū)剩余17座渡槽及其他相似水利工程維修加固提供技術(shù)參考。