大圳灌區(qū)干渠渠系建筑物混凝土老化現(xiàn)狀及防治對策

楊軍 陽沛欽

（武岡市大圳灌區(qū)管理局邵陽市422400）（湘中水利水電工程建設(shè)有限公司婁底市417000）

1 工程概述

大圳灌區(qū)位于衡邵干旱走廊的高臺地帶，是一個設(shè)計灌溉面積3.57萬hm2（計53.56萬畝）農(nóng)田的大型灌區(qū)，兼有發(fā)電、防洪、航運、城鎮(zhèn)工礦供水和養(yǎng)殖等綜合利用的大型水利工程。灌區(qū)工程于1965年動工興建，1972年部分工程竣工投入運行，1979年主體工程基本建成并投入運行。灌區(qū)范圍涉及邵陽市新寧、武岡、洞口、隆回、邵陽5縣（市）32個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）632個村的2 680 km2，在灌區(qū)修建以前，基本上是十年九旱，灌區(qū)工程投運后，基本上改變了這一干旱地區(qū)的面貌，已成為干旱區(qū)80萬人民群眾的生活源泉，對促進這一地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起了巨大作用。

灌區(qū)干渠（含總干渠）上的主要建筑物有：渡槽57處，計長5 319 m；隧洞27處，計長11 878 m；倒虹吸管7處，計長8 978 m；暗涵59處；各類水閘（分水閘、節(jié)制閘、泄洪閘）103處；其它附屬建筑物399處。其中包括具有代表性，達到世界先進水平的新安鋪倒虹吸管，其最大水頭140 m，設(shè)計流量7.5 m3/s，總長5 562.5 m。湖南省最長的水工隧洞——萬峰隧洞，其設(shè)計流量14 m3/s，總長5 620 m。

2 存在的問題

大圳灌區(qū)工程是一個“三邊”工程，點多線長，200多km干渠大多處于高臺地帶，工程建設(shè)標準低、質(zhì)量差、險工隱患多。根據(jù)對渠系建筑物的老化觀測，總干渠及干渠上的渡槽、倒虹吸管、隧洞、閘門支排架等有80%以上的建筑物出現(xiàn)了不同程度的裂縫，碳化、凍融破壞。云里坳及大坪倒虹吸的部分地方混凝土碳化深度達30 mm，很多部位可看見白色的游離碳酸鈣，通水時可看到滲水。多數(shù)渡槽、閘門等也出現(xiàn)裂縫及老化破損，多處漏水。主要問題表現(xiàn)在以下幾點：

（1）裂縫。倒虹吸管身裂縫主要有三種：縱向縫、環(huán)向縫和斜向縫。縱向縫主要分布在管身兩側(cè)；環(huán)向縫主要分布在支座環(huán)的兩側(cè)；斜向縫主要分布在支座附近。裂縫處有白色的游離碳酸鈣滲出。

渡槽裂縫根據(jù)出現(xiàn)的數(shù)量和位置分為三種類型：雙懸臂渡槽裂縫、簡支渡槽裂縫及排架裂縫，滲水處可見白色的游離碳酸鈣。

（2）混凝土疏松、碳化較深。部分鋼筋混凝土保護層脫落，鋼筋銹蝕。

（3）凍融破壞主要表現(xiàn)在渠道混凝土，多處渠道混凝土表層脫落、開裂，漏水嚴重。

3 水工建筑物混凝土裂縫、碳化、凍融破壞成因分析

（1）混凝土的碳化。混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學腐蝕。空氣中CO2氣滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化，其化學反應(yīng)為：Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3＋H2O。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對鋼筋有良好的保護作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，稱為純化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當碳化超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹。可見，混凝土碳化作用一般不會直接引起其性能的劣化，對于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對于鋼筋混凝土來說，碳化會使混凝土的堿度降低，同時，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，因而會使混凝土對鋼筋的保護作用減弱。

（2）混凝土的裂縫。混凝土裂縫的成因：有溫度變化、收縮、不均勻沉陷引起的裂縫；有外載作用引起的裂縫；有環(huán)境不當和化學作用引起的裂縫；有設(shè)計、施工和養(yǎng)護等人為作用引起的裂縫等。像大坪及云里坳倒虹吸的裂縫主要是當時的施工條件引起的。

（3）混凝土的凍融破壞。混凝土凍融破壞的影響因素是多方面的。一是組成混凝土的主要材料性質(zhì)的影響；二是外加劑的影響；三是施工工藝影響；四是施工質(zhì)量沒控制好。凍融破壞在大圳總干渠及干渠渠墻可見到多處發(fā)生混凝土表層脫落、開裂。

4 水工建筑物混凝土裂縫、碳化、凍融破壞的對策

（1）針對混凝土碳化。對于混凝土的碳化破壞，我們在施工中總結(jié)出了一系列治理措施：一是在施工中應(yīng)根據(jù)建筑物所處的地理位置、周圍環(huán)境，選擇合適的水泥品種；二是分析骨料的性質(zhì)，如抗酸性骨料與水、水泥的作用對混凝土的碳化有一定的延緩作用；三是要選好配合比，適量的外加劑，高質(zhì)量的原材料；另外，若建筑物地處環(huán)境惡劣的地區(qū)，宜采取環(huán)氧基液涂層保護效果較好，對建筑物地下部分在其周圍設(shè)置保護層；用各種溶注液浸注混凝土，若建筑物一旦發(fā)生了混凝土碳化，最好采用環(huán)氧材料修補，若碳化深度較大，可鑿除混凝土松散部分，洗凈進入的有害物質(zhì)，將混凝土銜接面鑿毛，用環(huán)氧砂漿或細石混凝土填補，最后以環(huán)氧基液做涂基保護。像大圳新安鋪倒虹吸管內(nèi)壁因水流引起的蜂窩、麻面采用環(huán)氧砂漿進行了修補，大圳白洋坪渡槽采用SPC聚合物砂漿對槽內(nèi)的沖坑進行了修補，經(jīng)過近10年的運行后檢查未發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象。

（2）針對混凝土裂縫。對于倒虹吸與渡槽的裂縫可采取環(huán)氧樹脂貼玻璃布修補或內(nèi)襯鋼板；修補后可以增加混凝土的抗裂強度及起到防滲作用，從而保護鋼筋不銹蝕，阻止裂縫繼續(xù)擴展。環(huán)氧樹脂貼玻璃布修補施工流程如下：

●對裂縫所在部位的混凝土進行鑿毛，然后用高壓水沖洗干凈；

●將玻璃布脫蠟處理后，放入烤爐加溫至（300～400）°C，烘烤（3～5）min，待顏色由白變黃，再由黃變白即可，視裂縫的長寬情況加搭接長度（不小于10 cm）裁剪下備用；

●將環(huán)氧樹脂E44，聚酰胺樹脂“650”、二丁酯、丙酮按100∶80∶5∶20的比例配成基液；

●將環(huán)氧樹脂基液均勻刷在經(jīng)過處理后的混凝土表面，貼上第一層玻璃布，壓實、整平、排氣后再均勻涂上基液，貼上第二層玻璃布，按上述工藝直到粘貼需要層數(shù)（一般3～4層），最后一層表面涂刷一次基液。每貼一層，一般各間隔2 h以上；

大圳云里坳及大坪倒虹吸的裂縫滲水問題分別在1988年、1999年采用了內(nèi)襯鋼板，目前一直運行良好。

排架裂縫可用環(huán)氧砂漿及NUS水泥砂漿等進行修補。

（3）針對混凝土凍融破壞。對于混凝土凍融破壞的對策，結(jié)合大圳的渠道混凝土施工，總結(jié)出了如下幾點：

●預防措施。一是在混凝土施工中應(yīng)根據(jù)不同情況選擇含有不同礦物成份和不同性能的水泥、骨料和外加劑；二是嚴格混凝土制作配合比；三是人為地優(yōu)化建筑物混凝土構(gòu)件周圍的環(huán)境條件。

●治理措施。①高標號水泥砂漿修補，適用于輕微的表層破壞；②預縮砂漿修補，所謂預縮砂漿是指經(jīng)拌和好之后再歸堆放置（30～90）min后才使用的干硬性砂漿，此種方法適高速水流區(qū)混凝土表面的損壞；③噴漿修補，多用于混凝土凍融破壞化較嚴重的部位；④環(huán)氧材料修補，一般有環(huán)氧基液、環(huán)氧砂漿和環(huán)氧混凝土等。大圳總干渠上段多處混凝土的修補采用了高標號砂漿抹面，經(jīng)過近幾年的觀察，發(fā)現(xiàn)防滲，防沖及防凍效果良好。

5 結(jié)語

本文簡要概括了大圳灌區(qū)水工干渠渠系建筑物混凝土老化破壞的現(xiàn)狀及其防治的主要措施，我們的原則應(yīng)該是防重于治，首先應(yīng)根據(jù)混凝土所處的環(huán)境，合理進行配合比設(shè)計；其次是嚴把施工質(zhì)量關(guān)，加強工程運行中科學管理，發(fā)現(xiàn)碳化，裂縫、凍融破壞及時采取防范保護和修補措施，以達到或延長工程的使用壽命。