上海某地下混凝土箱涵的防腐蝕修復(fù)施工

於林鋒，王霽新，樊俊江（1.上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 201108；2.上海工業(yè)固體廢棄物資源化利用工程技術(shù)研究中心，上海 201108）

1 工程概況

上海市目前正大規(guī)模開展水系綜合治理，本項目涉及的工程位于楊浦區(qū)，全長 2 120 m，該區(qū)段為單箱三室的箱涵結(jié)構(gòu)，箱涵截面形式為矩形，尺寸為 5 800 mm×4 300 mm 和 4 800 mm×5 300 mm 兩種形式，壁厚為 400 mm。該工程前期開展了河道疏浚施工，疏浚之前淤泥厚度約 1.5 m，疏浚之后箱涵內(nèi)污水深度在 50～80 cm 之間。河道疏浚過程中發(fā)現(xiàn)箱涵內(nèi)壁由于長期與河道污水接觸，出現(xiàn)了腐蝕破壞現(xiàn)象。在系統(tǒng)對該地下箱涵開展混凝土結(jié)構(gòu)耐久性腐蝕破壞現(xiàn)狀檢測評估后，針對性地制定了防腐蝕修復(fù)方案，并進行了修復(fù)施工。

2 腐蝕破壞現(xiàn)狀及原因分析

為了解箱涵混凝土的腐蝕破壞程度及原因，開展了混凝土箱涵外觀狀態(tài)的現(xiàn)場檢查，對污水、污泥和箱涵側(cè)壁與頂部表層的附著物、表層砂漿和混凝土進行了現(xiàn)場取樣，現(xiàn)場對箱涵的回彈強度、保護厚度等基本參數(shù)進行了檢測，采用鉆芯法鉆取了不同區(qū)域的混凝土芯樣。同時，在試驗室對現(xiàn)場采取的樣品進行了強度、煮沸壓蒸安定性、XRD、熒光、SEM、能譜、X-CT 和化學(xué)組分等測試分析。基于檢測結(jié)果，對地下箱涵的腐蝕破壞現(xiàn)狀及原因分析如下。

(1) 箱涵頂部混凝土存在較重的腐蝕破壞，混凝土表層粉化、剝落情況較為嚴重，較多區(qū)域發(fā)現(xiàn)石子外露；箱涵側(cè)壁存在一定的腐蝕破壞，表面附著一層污泥，將污泥剔除后發(fā)現(xiàn)混凝土存在一定粉化，但未發(fā)現(xiàn)明顯的石子外露情況。

(2) 箱涵混凝土腐蝕層下混凝土實測抗壓強度平均值為 60.0～70.0 MPa，單塊芯樣的抗壓強度最小值為 50.0～66.0 MPa，劈裂抗拉強度約為 3.2～6.2 MPa，混凝土整體力學(xué)性能良好；箱涵混凝土經(jīng)煮沸、壓蒸試驗后，未出現(xiàn)明顯的膨脹、開裂、變形、剝落、破損和強度損失現(xiàn)象，混凝土整體安定性良好。

(3) 箱涵混凝土長期服役于呈弱酸性的污水環(huán)境中，其腐蝕破壞的主要原因為酸侵蝕環(huán)境下的鈣溶蝕。箱涵側(cè)壁靠上及頂部區(qū)域處于污水的水位變化區(qū)，干濕循環(huán)的耦合作用會加快腐蝕破壞速度；箱涵頂部為受彎構(gòu)件，頂部表層混凝土在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生的肉眼不可見的微裂紋也會加劇鈣溶蝕的速率。箱涵混凝土中整體未發(fā)現(xiàn)明顯的凍融、堿-集料反應(yīng)、硫酸鹽侵蝕、碳化和氯離子侵蝕引起鋼筋銹蝕的跡象。

(4) 箱涵混凝土設(shè)計保護層厚度按 45～50 mm 計算，頂部混凝土腐蝕破壞程度最高，腐蝕總深度達到 21～26 mm，剩余未被腐蝕的保護層厚度為 24 mm；側(cè)壁上部混凝土腐蝕破壞程度次之，腐蝕總深度為 9～14 mm，剩余未被腐蝕的保護層厚度為 36 mm；側(cè)壁下部混凝土腐蝕破壞程度相對較輕，腐蝕總深度為 3～8 mm，剩余未被腐蝕的保護層厚度為 42 mm。

3 修復(fù)總體思路

針對楊浦區(qū)地下箱涵的腐蝕破壞現(xiàn)狀，提出了兩種修復(fù)思路：一種是長期性、整體性修復(fù)思路，如表 1 所示；另一種是短期應(yīng)急性、局部性修復(fù)思路，即對已有的缺陷（箱涵頂部）進行相應(yīng)維修處理，防止現(xiàn)有混凝土進一步受侵蝕，保證構(gòu)件在目前狀態(tài)下具有一定的耐久性。

表1 混凝土箱涵修復(fù)總體思路

3.1 整體性修復(fù)施工

(1) 箱涵頂部混凝土修復(fù)。箱涵頂部混凝土存在較為嚴重的腐蝕破壞，保護層厚度僅有原設(shè)計厚度一半左右。可采用 2.5 cm 耐腐蝕聚合物修補砂漿修復(fù)混凝土原有保護層厚度。

修復(fù)步驟：① 基層處理：使用高壓水槍輔助人工，去除混凝土面層的污泥，清洗基層面，并去除混凝土粉化層至混凝土密實面。② 耐腐蝕聚合物修補砂漿修復(fù)：抹壓耐腐蝕聚合物修補砂漿，面層厚度為 2.5 cm，修補砂漿應(yīng)進行分層施工，砂漿內(nèi)應(yīng)布置一定數(shù)量的不銹鋼絲（網(wǎng)）。③ 養(yǎng)護：箱涵側(cè)壁上部施工完畢后應(yīng)采取適當(dāng)方式對混凝土表面耐腐蝕防護修復(fù)材料進行養(yǎng)護，確保修復(fù)材料自施工到接觸服役污水環(huán)境的時間 ≥ 3 d。

(2) 箱涵側(cè)壁上部混凝土修復(fù)。箱涵側(cè)壁上部混凝土存在一定腐蝕破壞，混凝土有粉化情況。主要考慮鏟除粉化部分后混凝土表面重新抹平。修復(fù)材料建議選用耐腐蝕聚合物修補砂漿。

修復(fù)步驟：① 基層處理：使用高壓水槍輔助人工，去除混凝土面層的污泥，清洗基層面，并去除混凝土粉化層至混凝土密實面。② 耐腐蝕聚合物修補砂漿修復(fù)：抹耐腐蝕聚合物修補砂漿，面層厚度 ≥1.5 cm。若局部修補厚度 ＞2 cm，應(yīng)分層施工。③ 養(yǎng)護：箱涵側(cè)壁上部施工完畢后應(yīng)采取適當(dāng)方式對混凝土表面耐腐蝕防護修復(fù)材料進行養(yǎng)護，確保修復(fù)材料自施工到接觸服役污水環(huán)境的時間 ≥ 3 d。

(3) 箱涵側(cè)壁下部及底部混凝土修復(fù)。箱涵側(cè)壁下部及底部混凝土腐蝕破壞較輕，只有局部混凝土有粉化情況，未出現(xiàn)石子外露現(xiàn)象，故對側(cè)壁下部及底部區(qū)域可采用表層涂敷修復(fù)。現(xiàn)箱涵內(nèi)積存水較高，在進行側(cè)壁下部及底部修復(fù)施工前，必須進行兩次圍堰降水，以達到基層面不存明水的施工要求。因本次降水要求較高，在普通圍堰降水無法排除所有明水時，考慮人工拷浜配合施工。同時使用快速水泥封閉圍堰內(nèi)壁，防止圍堰外向堰內(nèi)的滲水。

修復(fù)材料建議選用快硬硫鋁酸鹽水泥（雙快水泥）。

修復(fù)步驟：① 基層處理：使用高壓水槍輔助人工，去除混凝土面層的污泥，清洗基層面，并去除混凝土粉化層至混凝土密實面。② 抹雙快水泥：面層厚度 ≥0.5 cm。③ 養(yǎng)護：箱涵側(cè)壁下部及底部施工完畢后應(yīng)采取適當(dāng)方式對混凝土表面耐腐蝕防護修復(fù)材料進行養(yǎng)護，確保該類修復(fù)材料自施工到接觸服役污水環(huán)境的時間 ≥24 h。

(4) 箱涵變形縫嵌縫修復(fù)。對在箱涵交界部位已經(jīng)破損、脫粘的密封膠，采用彈性密封膠在原位進行處理，確保所有箱涵交界部位可靠的柔性密封。

3.2 應(yīng)急局部性修復(fù)施工

應(yīng)急局部性修復(fù)主要針對缺陷最為嚴重的箱涵頂部進行，修復(fù)步驟為：① 基層處理：使用人工去除混凝土面層的污泥，清理基層面，并去除混凝土粉化層至混凝土密實面。② 表面涂膜防護：箱涵側(cè)壁上部施工完畢后應(yīng)采取混凝土保護劑對混凝土表面進行大面積噴涂，本次使用機械噴涂作業(yè)，在保證施工質(zhì)量的同時，加快施工速度，保證工期。③ 養(yǎng)護：確保修復(fù)材料自施工到接觸河水環(huán)境的時間≥24 h。

4 修復(fù)施工質(zhì)量與安全控制

4.1 修復(fù)施工質(zhì)量控制

(1) 現(xiàn)場項目部根據(jù)項目質(zhì)量保證計劃的要求，制訂一個更具體的質(zhì)量控制體系，確保工程中每個分項的施工質(zhì)量，來保證最終的工程質(zhì)量目標。

(2) 加強施工現(xiàn)場質(zhì)量管理工作，各分項管理人員都必須對本分項的質(zhì)量要求明確了解，從管理體制上保證工程的施工質(zhì)量。

(3) 工程施工過程中，必須加強計量工作和工程技術(shù)資料的整理歸檔工作，在抓好工程施工硬件的同時，必須抓好軟件的管理工作，做到及時、正確、規(guī)范，從而保證工程的施工質(zhì)量。

(4) 加強材料的質(zhì)量控制，各類施工材料到現(xiàn)場后必須組織有關(guān)人員進行抽樣檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時書面通知供應(yīng)相關(guān)單位。

(5) 合理組織材料供應(yīng)和材料使用并做好儲運、保管工作，在材料進場后應(yīng)安排適當(dāng)?shù)亩逊艌龅丶皞}儲用房，指定專人妥善保管，并做好原材料的復(fù)試取樣、送樣工作。

(6) 所有材料供應(yīng)部門必須提供所有所供產(chǎn)品的合格證，質(zhì)量管理人員對提供產(chǎn)品進行抽查監(jiān)督，凡不符合質(zhì)量標準、無合格證明的產(chǎn)品一律不準使用，并采取必要的封存措施，及時退場。

4.2 修復(fù)施工安全控制

(1) 嚴格執(zhí)行政府及上級有關(guān)部門頒發(fā)的各項安全規(guī)章制度及文件，并在具體管理中將嚴格按照 JGJ 59—2011《建筑施工安全檢查標準》對現(xiàn)場施工安全嚴格管理，健全和落實以項目經(jīng)理為主的安全責(zé)任制，切實做好安全生產(chǎn)。

(2) 認真做好安全生產(chǎn)教育，對所有參加施工的職工均應(yīng)進行入場生產(chǎn)安全和消防安全教育，與每位職工簽訂三級安全教育記錄，未經(jīng)教育不得上崗。

(3) 專職安全員根據(jù)本工程施工特點，結(jié)合安全生產(chǎn)制度和有關(guān)規(guī)定，經(jīng)常進行現(xiàn)場檢查督促整改，如發(fā)現(xiàn)事故隱患時，有權(quán)指令停止施工，并立即報告項目經(jīng)理，經(jīng)處理后方可繼續(xù)施工。

(4) 現(xiàn)場施工場地積水，應(yīng)在施工前編制針對性的用電方案。

(5) 所有進入施工現(xiàn)場人員必須戴好安全帽。

(6) 施工人員必須戴口罩、戴手套、穿水褲，同時配必要數(shù)量的氧氣袋。

(7) 配備一套送風(fēng)設(shè)備把外部空氣送至工作地點。送風(fēng)工作貫穿于整個施工過程。

5 修復(fù)施工過程

考慮到施工工期、施工預(yù)算的限制，再加上箱涵在運行 3～5 d 后，將會對箱涵頂部覆土鏟除，并將箱涵頂部削掉后敞開運營，因此該工程最終選用應(yīng)急局部性修復(fù)方案進行施工。

6 結(jié) 語

(1) 箱涵頂部混凝土存在較重的腐蝕破壞，混凝土表層粉化、剝落情況較為嚴重，較多區(qū)域發(fā)現(xiàn)石子外露；箱涵側(cè)壁存在一定的腐蝕破壞，表面附著一層污泥，將污泥剔除后發(fā)現(xiàn)混凝土存在一定粉化，但未發(fā)現(xiàn)明顯的石子外露情況。

(2) 箱涵混凝土長期服役于呈弱酸性的污水環(huán)境中，其腐蝕破壞的主要原因為酸侵蝕環(huán)境下的鈣溶蝕。箱涵側(cè)壁靠上及頂部區(qū)域處于污水的水位變化區(qū)，干濕循環(huán)的耦合作用會加快腐蝕破壞速度；箱涵頂部為受彎構(gòu)件，頂部表層混凝土在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生的肉眼不可見的微裂紋也會加劇鈣溶蝕的速率。箱涵混凝土中整體未發(fā)現(xiàn)明顯的凍融、堿-集料反應(yīng)、硫酸鹽侵蝕、碳化和氯離子侵蝕引起鋼筋銹蝕的跡象。

(3) 針對地下箱涵的腐蝕破壞現(xiàn)狀，提出了 2 種修復(fù)方案：一種是長期性、整體性修復(fù)方案；另一種是短期應(yīng)急性、局部性修復(fù)方案，即對已有的缺陷（箱涵頂部）進行相應(yīng)維修處理，防止現(xiàn)有混凝土進一步受侵蝕，保證構(gòu)件在目前狀態(tài)下具有一定的耐久性。

(4) 考慮到施工工期、施工預(yù)算的限制，再加上箱涵在運行 3～5 d 后，將會對箱涵頂部覆土鏟除，并將箱涵頂部削掉后敞開運營，因此該工程最終選用應(yīng)急局部性修復(fù)方案進行施工，施工效果良好。