摘要:某水闸长期运行,年久失修,为一病害工程。本文介绍该水闸检测结果及对存在病害的具体分析,还介绍了对该闸除险加固设计的要点及施工程序及施工工艺。

  关键词:水闸 混凝土碳化 裂缝 加固
  
  1.基本概况
  
  某水闸长60m、宽25m、进水口高6m,由6孔净宽8m的泄水孔组成。该闸建成几十年,因长期运行,年久失修,水闸主要结构混凝土碳化严重,闸顶、底板多处裂缝,为一个具有多种病害的工程。为确保该水闸能安全、正常的运行,2008年12月对该闸进行了全面的检查与检测,以便查清病害的程度、原因,分析可能造成的后果,为除险加固处理提供科学依据。
  本次检测包括水闸底板、闸墩、闸门、胸墙、闸室顶板与上部结构和进出水池的底板。
  
  2.水闸检测结果及综合分析
  
  经对水闸各结构全面、仔细地检查、检测,发现主要病害是钢筋混凝土结构的混凝土碳化和裂缝。
  2.1 混凝土碳化
  闸室的底板、闸墩、闸室顶板、胸墙的混凝土面层都存在不同程度的碳化现象。碳化深度一般为5-30mm之间,局部处混凝土破损、剥落、钢筋外露。
  混凝土的水泥凝胶体中含有大约25%的氢氧化钙,混凝土的PH值为12-13,呈强碱性。混凝土中的钢筋在这种强碱性环境中,表面会形成钝化保护膜,可以有效地抑制钢筋锈蚀。但混凝土碳化现象就是使氢氧化钙转变为碳酸钙,混凝土的PH值为8.5-10,接近中性,破坏了混凝土中保护钢筋的碱性环境,导致钢筋容易被腐蚀。
  2.2 裂缝
  裂缝主要出现在闸底板下游的中部、胸墙及闸室下游闸墩的中下部都有裂缝,裂缝的走向不确定,在胸墙和闸墩部位大多为网状,中部各跨闸底板多为顺水流方向裂缝,缝长1-3m不等,裂缝宽度不一,一般在0.15-2.0mm,裂缝深度为0.1-0.5m不等。
  裂缝产生的原因比较复杂。在检查中未发现基础有不均匀沉降的现象,底板下游中部的裂缝有可能是几十年来受温度反复变化作用的结果。水闸底板跨度大,在底板上闸墩区的刚度远大于跨中区。当环境温度发生剧烈变化导致闸底板伸缩变形时,底板下游跨中部是相对的薄弱区,这就是闸底板下游中部面层裂缝的主要原因。
  钢筋混凝土中的裂缝是很难避免的,但对裂缝的宽度必须加以限制。裂缝的存在很易使大气中的水分的有害气体、物质传入缝隙深处,腐蚀混凝土和钢筋,严重时不仅影响结构正常使用,还可能破坏结构的整体性,影响结构的承载能力。
  2.3 伸缩缝止水破损严重
  闸室及底板伸缩缝大都损坏。部分橡胶止水带老化、破损严重。
  经对水闸各主要结构全面、细致地检查,结果,该水闸存在不同程度的病害,已经严重影响水闸的安全,必须采取有效的措施对该闸进行除险加固处理,确保水闸的安全运行。
  
  3.水闸的加固设计
  
  3.1 加固设计要求
  根据已查明的水闸的病害和存在的问题,对该水闸进行加固设计。设计要求如下:
  ⑴ 消除混凝土碳化层,增强混凝土的抗碳化能力;
  ⑵ 封闭裂缝,确保结构的整体性和设计工作性能;
  ⑶ 更换已损坏和老化的止水材料,确保止水的可靠性。
  3.2 加固设计要点
  经对水闸检查结果表明,该闸启闭室底板以上部分尚未发现有病害的反映,所以维修加固主要是针对下部结构的病害进行处理。
  ⑴ 闸室
  对闸室底板、闸墩、胸墙及顶板的混凝土进行防碳化处理。首先除去原有的混凝土碳化层,然后涂抹一层聚合物纤维砂浆,增强混凝土的抗碳化能力。
  对胸墙和闸墩部位的网状裂缝及底板的裂缝分别处理。当裂缝宽度b≤0.2mm,在混凝土表面涂抹结构胶封闭裂缝;当裂缝宽度b>0.2mm时,采用压力注浆法封闭裂缝。
  ⑵ 进出口导水翼墙
  进出口导水翼墙是水闸重要的连接建筑物。主要对其做防碳化处理,除去碳化层,表面涂抹聚合物纤维砂浆,然后再涂抹一层侵入型混凝土防护胶,这样既可长期防备有害物质的侵蚀,又有美观的作用。
  ⑶ 防冲池
  防冲池是将经过消力池消能后的洪水进一步消能,送入下游河道的最后一道结构物。应在原设计基础上适当增厚加长,确保其防冲作用。
  3.3 加固材料
  3.3.1 聚合物纤维砂浆
  聚合物纤维砂浆是一种高性能的水泥砂浆,与普通水泥砂浆相比它具有固结快、强度高、抗裂、抗折、抗冲击、抗疲劳、与混凝土粘结力强等特点。
  聚合物纤维砂浆主要用来修补碳化处混凝土或其它破损混凝土,可提高混凝土的抗碳化的能力。
  3.3.2 YZJ-5裂缝修补胶(注射剂)
  YZJ-5裂缝修补胶为混凝土裂缝灌注专用胶。它具有粘结强度高,可灌性好的特点。
  主要性能指标如下:
  胶体性能:
  抗拉强度≥20MPa抗压强度≥50MPa
  受拉弹性模量≥1500MPa抗弯强度≥45MPa
  粘结性能:
  钢-钢拉伸强度≥10MPa
  钢-混凝土粘接正拉强度≥2.5MPa,且为混凝土内聚破坏
  3.3.3 YZJ-T浸入型混凝土防护涂料
  YZJ-T为具有浸入混凝土裂缝、微细孔内的性能,将其涂抹在混凝土表面,它可浸入混凝土内,在混凝土的表层形成防护层,具有抗酸、碱盐及其它有害气体的侵蚀作用,达到保护混凝土。防止碳化的目的。
  
  4.施工程序及工艺要求
  
  4.1 混凝土防碳化处理
  ⑴ 划定处理范围
  根据检测结果,划定混凝土碳化的部位,确定需处理的范围。
  ⑵ 清除混凝土碳化层
  根据混凝土碳化的不同程度,采取不同的清除方法。
  ① 碳化严重,碳化部位混凝土破损,钢筋外露,需将松散、破损混凝土凿除,露出钢筋,以便对钢筋除锈处理。
  ② 碳化不严重,混凝土表面轻微破损,可采用手提角磨机打磨。若需处理的面积大,用冲砂机处理更好。将纯净干燥的天然石英粗砂装入冲砂机中,用高压气将石英砂喷到混凝土表面,这种对混凝土表面打磨的方法效果好,效率高。
  ⑶ 清洗
  用高压水对打磨后的混凝土表面冲洗干净。
  ⑷ 修补
  对混凝土破损严重的部位,先用高标号砂浆或细石混凝土修补、填平,对外露的钢筋 除锈处理或焊接,重新植筋补强。
  ⑸ 涂抹聚合物纤维砂浆和YZJ-T混凝土防护胶
  对碳化严重部位可在混凝土表涂抹一层聚合物纤维砂浆,厚度2-3cm。要求混凝土表湿润,但无积水,先涂刷一层混凝土界面剂,然后再涂抹砂浆。为增强混凝土的抗碳化的能力,待砂浆固化后,可在其表面涂刷一层YZJ-T浸入型混凝土防护胶。
  对混凝土碳化轻微的部位可在混凝土表面直接涂刷YZJ-T混凝土防护胶
  4.2 裂缝处理
  4.2.1 表面封闭
  对网状微细裂缝、宽度≤0.2mm的裂缝均采用表面封闭法。
  ①混凝土表面处理。除去混凝土表面松散劣质混凝土,用高压气吹除混凝土碎屑和粉尘,用水清洗混凝土表面。
  ②涂胶。待混凝土表面干燥后用专用的裂缝封闭胶涂抹在裂缝区域内,涂胶时应用力压抹,一般涂抹2-3遍为宜。
  ③表面防护。按设计要求,在混凝土表面再涂刷表面防护胶或涂抹砂浆进行表面防护。
  4.2.2 压力注浆
  对宽度>0.2mm的裂缝采用压力注浆法对裂缝进行处理。
  ①表面处理。沿裂缝凿槽,清除劣质混凝土、碎屑及粉尘,并清洗干净。
  ②埋设灌浆嘴。沿裂缝走向布置灌浆嘴,间距为300-500mm.
  埋设灌浆嘴时,应使其中心对准裂缝。
  ③密封。用密封材料将裂缝顶部封闭,使之形成密闭的裂缝空腔,以便注胶。
  ④ 裂缝封闭后应通气检查,检查裂缝顶部是否封闭密实,凡漏气处都应进行处理,直至完全密封为止。
  ⑤ 制胶。按YZJ-5裂缝修补胶使用说明书中的配比配制。一般用搅拌机拌胶,要充分搅拌,使两组分胶液搅拌均匀。
  ⑥ 灌胶。沿裂缝一端的灌胶嘴加压灌胶,按序依次逐一灌胶,直至最后一个灌胶孔出胶,再恒压10分钟左右停灌,灌胶结束。灌胶压力一般控制在0.3MPa左右。
  ⑦ 检查。灌胶结束后,采用压气或压水的方法检查灌胶的效果和质量,必要时还可钻孔取蕊检查裂缝内灌胶的密实度。
  
  5.结束语
  
  该水闸主要结构的混凝土碳化严重,钢筋外露锈蚀,多处裂缝破坏了结构的整体性,该水闸为一病害工程,已影响正常安全运行。经采取一系列措施,对该水闸的病害进行处理后,消除了潜在的安全隐患,增强了该水闸的抗碳化能力,提高了运行的安全性。
  
  参考文献:
  【1】 黄国兴 陈凯新 水工混凝土建筑物修补技术及应用,北京,中国水利水电出版社,2000年4月
  【2】 中华人民共和国国家标准,混凝土结构加固设计规范 GB50367-2006