淺談某攔河壩堰面破損的修補(bǔ)措施及施工方法

孫澤仁

(遼寧澤峰水利工程規(guī)劃設(shè)計有限公司，沈陽 110000)

1 工程概況

干河子攔河壩位于遼寧省沈陽市渾北灌區(qū)渠首上游1.2km處，改建于1996年，與渾北壩組成渾北灌區(qū)渠首引水樞紐工程，承擔(dān)著沈陽市于洪區(qū)、新民市近22萬畝水田灌溉，渾河城市段景觀用水和南北運(yùn)河、衛(wèi)工明渠以及蒲河、丁香湖的環(huán)境供水任務(wù)。

現(xiàn)狀干河子攔河壩為實(shí)用堰型溢流式混凝土殼壩，其內(nèi)部充填當(dāng)?shù)厣暗[料。壩長360m，分為12個壩段，每個壩段長30m，壩高4.1m，壩頂高程52.6m?；炷翂螝ず?.5m。壩底板厚1.0m，壩底板向上游端伸出1.1m。壩體寬度為9.8m。壩體上游迎水面垂直，壩頂為曲線型，下游面為WES型堰面曲線，以半徑R=4m與下游消力池底板直線段相切銜接。

2 堰面破損情況調(diào)查

經(jīng)調(diào)查和檢測，攔河壩堰面存在的破損現(xiàn)象主要有以下5類：

1)壩頂混凝土表面局部剝蝕、脫落，剝蝕深度1-3cm，粗骨料外露。

2)壩段伸縮縫處表層嵌縫砂漿及混凝土脫落，混凝土表面開口最大寬度8cm。

3)多個壩段壩頂面存在裂縫，裂縫長度范圍在2-5m不等，裂縫寬度范圍主要在1-8mm之間。

4)壩體下游曲線堰面多處水平施工縫混凝土開裂脫落，脫落深度1-4.5cm，粗骨料外露。

5)壩體下游曲線堰面局部表面混凝土脫落，最大寬度20cm，最大深度3.0cm，鋼筋外露。

3 破損原因分析

干河子攔河壩為溢流壩，改建于1996年，工程已運(yùn)行二十余年，目前不同部位均出現(xiàn)不同程度的損壞，分析主要原因是由于工程建設(shè)時受施工技術(shù)與施工質(zhì)量的限制，混凝土抗凍標(biāo)號偏低，發(fā)生凍融破壞，同時，溢流堰外表面粗糙不平，過流時產(chǎn)生負(fù)壓，受到氣蝕侵蝕，導(dǎo)致混凝土表面剝蝕；伸縮縫外部砂漿強(qiáng)度低，黏結(jié)性差，受水流及凍融影響發(fā)生脫落，致使伸縮縫處混凝土局部脫落；由于混凝土施工質(zhì)量較低，壩頂面已出現(xiàn)多處細(xì)微的裂縫，若不及時處理將威脅工程運(yùn)行的安全，局部鋼筋保護(hù)層亦脫落，鋼筋保護(hù)層破壞，鋼筋外露；施工中沒有做好施工縫的銜接，對冷縫處理不當(dāng)，下游堰面施工縫基本全部存在裂縫，且多處存在滲水問題；受滲水凍融影響，部分施工縫處混凝土已發(fā)生脫落。

4 維修材料選擇

現(xiàn)今水工混凝土表面薄層維修運(yùn)用比較成熟的的材料主要有：聚合物砂漿、普通砂漿、硅粉砂漿、環(huán)氧砂漿等。

4.1 普通砂漿

普通砂漿用無機(jī)膠凝材料與細(xì)集料和水按比例拌和而成，也稱灰漿。相比于參加外加劑砂漿，其受環(huán)境影響較大，穩(wěn)定性較差，故不推薦使用。

4.2 環(huán)氧砂漿

環(huán)氧砂漿適用于水利水電工程混凝土結(jié)構(gòu)表觀維修加固處理，其具有與原結(jié)構(gòu)混凝土黏結(jié)強(qiáng)度好的優(yōu)點(diǎn)，但也存在缺點(diǎn)，有以下4方面：

1)長時間處于紫外線照射，其易老化和變脆。

2)在較大溫差變化以及產(chǎn)生較大變形情況時，容易在結(jié)合處出現(xiàn)脫落跡象，彈性較差。

3)工藝上較復(fù)雜，施工難度較大，其內(nèi)含有大量的有機(jī)溶劑，對皮膚傷害較大。

4)材料費(fèi)用較高。

綜上所述，環(huán)氧砂漿基本不太適應(yīng)野外環(huán)境下的混凝土維修。

4.3 硅粉砂漿

硅粉砂漿是將硅粉和普通砂漿進(jìn)行摻和，達(dá)到提高砂漿性能的效果，當(dāng)用于混凝土結(jié)構(gòu)表觀修復(fù)中，可以明顯改善表面的黏合度，對混凝土抗沖磨、抗凍融性、抗腐蝕等性能都得以提高。

硅粉砂漿的主要缺點(diǎn)是受外界影響相對較大，易發(fā)生塑性收縮、早期干縮偏大，易開裂。

4.4 SPC聚合物砂漿

SPC聚合物水泥砂漿是一種一種聚合物水泥砂漿，主要由高分子聚合物乳液、水泥、石英砂、膨脹劑等按照一定比例拌制而成，具有優(yōu)良的黏結(jié)、抗?jié)B、抗裂、抗凍、抗氯離子滲透及耐沖磨、耐老化性能，在混凝土外觀表面上能形成致密、彈性、抗?jié)B、抗凍性能良好的保護(hù)層，是理想的修補(bǔ)材料。

相對于其他維修材料，SPC砂漿具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)與基底混凝土具有較高的黏結(jié)強(qiáng)度，可保證維修層與基礎(chǔ)形成一體而不脫落。

2)彈模低，能夠適應(yīng)溫度變形。

3)抗裂性能較好，即使薄層涂刷亦不至于開裂。

4)抗?jié)B和抗凍能力較高，在惡劣環(huán)境下能夠維持較好的耐久性。

5)耐腐蝕性較好，能夠有效防止腐蝕破壞。

6)具有無毒性、污染低、易施工。

7)耐久性較好，對惡劣環(huán)境更加適應(yīng)。

通過以上幾種材料分析比較，可以看出其物理力學(xué)性能都較好，但環(huán)氧砂漿費(fèi)用較高、工藝要求高，硅粉砂漿存在易裂等弱點(diǎn)。聚合物乳液水泥砂漿是通過向水泥砂漿中參加聚合物乳液改性而制成的一類有機(jī)—無機(jī)復(fù)合材料。這類砂漿與普通水泥砂漿相比，改性后的砂漿性能：抗壓強(qiáng)度約降低約10%；極限拉伸約提高約1.5倍；彈性模量約降低約20%；干縮變形約減小約25%；與老混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度提高約2倍。

丙烯酸酯及VEA乳液作為聚合物砂漿是的主要材料，摻入特定化工材料經(jīng)過科學(xué)配置而成，是一種新型的復(fù)合膠凝材料。先后在國內(nèi)水利工程維修上得到應(yīng)用，運(yùn)用效果良好。SPC砂漿與普通砂漿物理力學(xué)性能指標(biāo)對比見表1。

表1 SPC聚合物水泥砂漿的物理力學(xué)性能指標(biāo)

SPC砂漿抗裂性能比普通砂漿提高約6-7倍，抗裂、抗?jié)B性能大幅度提高。故選擇SPC聚合物砂漿作為修補(bǔ)材料。

5 堰面維修措施

5.1 SPC聚合物配比

干河子攔河壩堰面主要問題有：混凝土表面剝蝕、伸縮縫混凝土局部脫落、頂面存在裂縫、施工縫混凝土破碎脫落、鋼筋外露幾個主要問題，工程維修材料是以SPC聚合物砂漿為主。

SPC聚合物砂漿的配比為：525號水泥∶中砂∶SPC乳液∶水=1∶2∶0.4∶0.1，一般先將稱量好的水泥、中砂干拌均勻(兩遍)，再將稱好的乳液、水混合后加到灰砂中，調(diào)拌均勻，用人工將聚合物水泥砂漿攪拌好。拌和物要求在1h內(nèi)用完。

SPC凈漿的配比為：SPC乳液∶525號水泥=1∶0.8，將稱量好的水泥緩緩加到稱好的乳液中，用木棒不斷攪拌，使其無水泥粉團(tuán)才能使用，并在使用中不斷攪拌，防止水泥沉淀。

5.2 維修措施

1)混凝土表面剝蝕處理措施：

首先，進(jìn)行人工鑿毛，鑿毛深度控制在2-3cm，然后清理鑿毛界面，保證清潔無雜質(zhì)，再涂抹SPC砂漿界面劑(凈漿)，在界面劑凝結(jié)固化前涂抹SPC砂漿，外表面與現(xiàn)有曲線堰面良好銜接，保證堰面曲線質(zhì)量，外表面涂抹水泥基防碳化涂料，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2)伸縮縫混凝土局部脫落處理措施：

首先，對伸縮縫內(nèi)脫落混凝土殘?jiān)M(jìn)行清理，人工鑿除易碎混凝土部分，再進(jìn)行鑿毛，鑿毛范圍較破壞脫落范圍可適當(dāng)擴(kuò)大，外延5cm，鑿除深度控制≥10cm，鑿毛過程中應(yīng)小心謹(jǐn)慎，避免對原伸縮縫木板的擾動，保證其完好，清理鑿毛界面，保證清潔無雜質(zhì)，涂抹一二期混凝土界面黏結(jié)劑，采用C30細(xì)石混凝土(F300 W4)進(jìn)行填充，保證細(xì)石混凝土與伸縮縫銜接良好，細(xì)石混凝土抹面外輪廓與溢流堰曲線輪廓保證順暢銜接，避免低坑及凸鼓，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3)頂面裂縫處理措施：

根據(jù)現(xiàn)場查勘，頂部裂縫寬度很小，但長度較長，人工鑿毛深度控制在1cm即可，裂縫長度范圍均進(jìn)行鑿毛，然后清理鑿毛界面，保證清潔無雜質(zhì)，再涂抹SPC砂漿界面劑(凈漿)，在界面劑凝結(jié)固化前涂抹SPC砂漿，保證堰面曲線質(zhì)量，外表面涂抹水泥基防碳化涂料，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4)下游曲線堰面施工縫混凝土脫落處理措施：

下游曲線堰面施工縫裂縫基本貫穿整個壩長，部分施工縫已開裂，縫寬約0.5-2.0cm。

首先，對有明顯裂縫的部位進(jìn)行人工鑿角，人工鑿毛深度控制在3cm即可，局部混凝土脫落部位鑿毛深度可適當(dāng)減小，所有已開裂的施工縫均進(jìn)行鑿角處理，鑿角后向縫內(nèi)灌壓改性環(huán)氧灌漿材料，灌注點(diǎn)相距30cm-50cm，保證裂縫縫隙空間內(nèi)均有漿液灌入。

然后清理鑿角界面，保證清潔無雜質(zhì)，在界面上涂抹SPC砂漿界面劑(凈漿)，在凈漿凝結(jié)固化前涂抹SPC砂漿進(jìn)行封口，保證堰面曲線質(zhì)量，最后用進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；局部施工縫混凝土脫落較深部位，鑿毛后先在界面上涂抹期混凝土黏結(jié)劑，然后采用C30細(xì)石混凝土進(jìn)行填充，亦應(yīng)保證堰面曲線質(zhì)量。在外表面涂抹水泥基防碳化涂料，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5)鋼筋外露處理措施：

根據(jù)現(xiàn)場查勘，下游堰面局部有鋼筋混凝土保護(hù)層脫落，鋼筋外露情況，先對鋼筋外露部位的混凝土進(jìn)行人工鑿毛，鑿除深度控制在1cm即可，鑿毛寬度可適當(dāng)加大，以便于鋼筋除銹，鑿毛邊界為立面，然后清理鑿毛界面，在外露鋼筋上手刮聚脲防腐材料(滿足凍融、附著力及耐久性要求)后，清理鑿毛截面保證清潔無雜質(zhì)，再涂抹SPC砂漿界面劑(凈漿)，在界面劑凝結(jié)固化前涂抹SPC砂漿，保證堰面曲線質(zhì)量，外表面涂抹水泥基防碳化涂料，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

6 主要施工方法

6.1 鑿毛施工

堰面破損部位進(jìn)行人工鑿毛，鑿毛要輕微細(xì)致，骨料外露75%，即可達(dá)到要求效果，同時，把混凝土表面殘?jiān)壳宄?，鑿毛過程中不能把粗骨料踢松散，避免條狀，在澆筑混凝土底板前應(yīng)做好清潔工作，確保混凝土鑿毛界面干凈無灰塵或雜質(zhì)等，界面應(yīng)保持適量水份，表面濕潤且無積水，并應(yīng)時刻注意表面清潔處理，從而達(dá)到能夠更好地使界面黏合的目的。

6.2 SPC聚合物砂漿施工

界面處理：先用噴霧器使混凝土鑿毛界面濕潤，隨后用刷子涂刷SPC凈漿，凈漿涂刷用量約1kg/m2，凈漿涂刷應(yīng)保持好力度，涂層盡量均勻且不宜過厚，嚴(yán)禁有少涂遺漏、多涂流液現(xiàn)象。SPC凈漿是涂抹在界面上的黏結(jié)涂層，須在其凝結(jié)固化前完成維修材料的澆筑。

本工程砂漿維修平均厚度為4cm，砂漿抹面分兩層施工。第一層抹2cm厚，表面壓實(shí)、抹平，隨后養(yǎng)護(hù)5至7d，表面保持濕潤。隨后在其表面涂刷一層SPC凈漿，第二層再抹2cm厚，表面再次壓實(shí)、抹平。

6.3 改性環(huán)氧灌漿料施工

1)鉆孔：鉆孔間距宜按照0.3-0.5m布置，傾斜打孔，鉆孔直徑1.6cm，深度控制在0.2-0.3m之間，并穿透裂縫面，清理鉆孔內(nèi)的灰塵。

2)安裝灌漿噴頭：將灌漿噴頭在擰緊置于鉆孔內(nèi)，使灌漿噴頭與鉆孔之間接觸緊密，防止漏漿。

3)封縫：采用SPC砂漿封堵，封縫寬度3-5cm。

4)灌漿：壓力應(yīng)控制在0.15-0.35MPa范圍內(nèi)，灌漿順序遵循由低向高、由一側(cè)向另一側(cè)逐漸進(jìn)行灌漿。

5)表觀處理：在灌漿完成4-8d后將灌漿嘴去除，在坑洼處利用聚合物水泥砂漿進(jìn)行填充并抹平，并將其表面打磨平整。

改性環(huán)氧灌漿料宜在8℃-32℃的環(huán)境下施工，當(dāng)遇到溫度過高或過低時，需暫停施工，或采取特殊措施。

7 結(jié) 語

通過干河子攔河壩堰面維修工程的實(shí)施，有效解決了混凝土表面剝蝕、伸縮縫混凝土脫落、壩頂裂縫、施工縫混凝土破碎脫落和鋼筋外露等問題，顯著提高了工程使用的可靠性，延長了攔河壩的使用壽命。工程經(jīng)修補(bǔ)后運(yùn)用效果良好，可為將來類似混凝土堰面維修工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。