U形混凝土渡槽維修技術及應用

李學軍，段笑暉

（河南省陸渾水庫管理局，河南 洛陽 471003）

1 工程概況

口孜渡槽位于陸渾灌區東一干渠中段，樁號82+833～83+457，屬于預制簡支U形混凝土薄殼渡槽，單排架支承，板梁基礎，凈斷面面積為4.40 m×3.60 m，設計流量32.20 m3/s，共52孔，其中跨度12 m的50孔，跨度11.80 m的2孔。是陸渾灌區向偃師、鞏義供水的主要建筑物，建成于1985年，至今已運行近40年，且受當時條件所限，工程缺陷較多和老化滲漏嚴重，需對其進行維修加固處理，滿足工程供水安全要求。

2 渡槽存在的問題和維修內容

渡槽主要存在的問題：①伸縮縫充填聚乙烯膠泥止水老化，失去止水效果；②混凝土嚴重碳化，且較大面積剝蝕破損，鋼筋外露；③槽身上部維護通道及防護設施幾乎損壞殆盡（見圖1維修前渡槽原狀圖），已直接威脅工程安全運行和影響工程效益的發揮。這次維修主要內容有止水更換、槽身與下部結構碳化破損混凝土修補防滲和上部欄桿修復。

圖1 維修前渡槽原狀圖

3 伸縮縫止水修復處理

3.1 原止水情況

原伸縮縫寬40 mm，內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，槽內填充水泥砂漿保護。在工程運行期間，水泥砂漿不能與槽身伸縮膨脹變形同步，導致矩形槽周邊槽體混凝土擠壓破損和水泥砂漿破碎，起不到保護聚乙烯膠泥止水的作用，伸縮縫內止水損壞老化，失去止水功能，致使渡槽滲漏嚴重，嚴重制約工程安全運行。

3.2 止水更換方案

根據伸縮縫構造及要求，并結合渡槽實際運行情況，采取聚硫密封膠填充伸縮縫止水結構型式，上部兩側矩形槽內用環氧砂漿和聚脲防水涂料結合進行補強保護。聚硫密封膠具有良好的黏結性、耐水性、耐輻射性、耐熱老化性，且無毒、耐酸、耐堿性強，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。

其技術要求為：拉伸強度不小于0.40 MPa、拉伸伸長率不小于400%、下垂度不大于3 mm、表干時間不大于24 h、適用期不小于2 h、低溫柔性-40℃、彈性回復率不小于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的混凝土和矩形槽內的雜物，確保伸縮縫矩形槽的結構尺寸為寬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的雜物灰塵砂礫；④待伸縮縫干燥后，涂刷界面劑，并用環氧砂漿修補破損處并填平矩形槽，界面劑保證修補體與槽身混凝土緊密黏結，矩形槽中間預留40 mm寬的伸縮縫；⑤待環氧砂漿凝固干燥，使用密封膠槍灌注聚硫密封膠至伸縮縫密實平整并進行保護。

3.4 該止水具有的特性

該止水結構的特點：①根據伸縮縫的變形量設計，聚硫密封膠可適應渡槽伸縮縫的位移；②聚硫密封膠伸縮縫表面可以受到上部環氧砂漿的有效保護，可有效延緩其老化時間；③表面Ⅱ型聚脲防水防護涂料在保護止水的同時，本身也能獨立起到滲水作用，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層

以人工鑿除為主，清除大面積不穩定的混凝土部分和表面劣質層，機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硬基面，周邊盡量垂直。若鋼筋發生銹蝕，應進行除銹，必要時需補強處理后，再涂刷阻銹劑。

4.2 清洗

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

4.3 修補體的施工

采用環氧砂漿材料處理渡槽混凝土結構的露筋、破損部位。首先應在修補位置涂刷環氧類界面劑，提高修補體與原混凝土間的黏接強度；再用環氧砂漿進行修補，修補體厚度一般不大于30 mm，并將修補體表面壓抹平整。環氧樹脂材料技術指標為：抗壓強度不小于50 MPa；與水泥基層膠泥粘結強度不小于2MPa；收縮率不大于0.20%。

4.4 養護

對修補體及時進行覆蓋養護和避免二次傷害，進行成品保護，是修補體良好發育，獲得足夠強度的至關重要的環節。養護周期應不小于7 d，期間應做好覆蓋，且標識明顯，防止人為對修補體二次傷害和暴曬、雨淋等自然損壞。

5 水平拉桿修復技術

5.1 混凝土基面處理

利用角向磨光機對拉桿混凝土（含修補體）表面進行打磨，將基面錯臺和凸起部位磨平整，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，用高壓空氣清除吹凈。利用找平膠對混凝土表面細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行底膠涂刷。

5.2 涂刷底膠

底膠即適宜在水利工程建設中使用的碳纖維布粘貼常用的結構膠，按產品說明書中配合比進行配置，用特制攪拌機攪拌均勻即可，但是一次拌合量要在規定時間內使用完，嚴禁超過時間使用。人工用滾筒或者軟毛刷進行均勻涂刷，厚度宜控制在1 mm以內，涂刷時應避免漏刷和流淌現象。

5.3 粘貼碳纖維布

涂刷底膠2 h后（視現場氣象條件而定），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，排除內部氣泡，使膠液充分滲透浸潤碳纖維布表面，保證碳纖維布與膠體結合質量，待固化后，在其表面涂刷一層防紫外線油漆，提高其耐久性。碳纖維布性能指標為：質量300 g/m2、寬度500 mm、厚度0.17 mm、抗拉強度不小于3 400 MPa、彈性模量不小于230 GPa。

6 混凝土防滲防碳化技術

6.1 迎水面防滲防碳化處理

渡槽槽內迎水面不僅考慮碳化，還應考慮防滲功能。采用Ⅱ型聚脲防水涂料對口孜渡槽槽內迎水面進行全斷面防護處理。渡槽預制施工時，受當時條件所限，內壁利用木模支護，拼接較零碎，接縫處凹凸、氣孔、模板內襯褶皺痕跡較多。為保證聚脲防水涂料噴涂質量，故在噴涂前使用聚合物砂漿對迎水面進行全斷面處理。

6.1.1 涂刷聚合物砂漿找平

首先利用高壓水氣進行清洗，必要時，配合人工用鋼絲刷來回刷洗，使基面潔凈。然后涂刷聚合物砂漿。聚合物砂漿配合比按產品使用說明進行配置，采用機械拌制，直至拌制均勻且無結塊，一次拌制量應控制在半小時以內，否則禁止使用。涂刷聚合物砂漿時，需用力壓實，確保砂漿與基面緊密結合，無空鼓現象，厚度控制在約10 mm，表面光滑平整。一般在8 h（視當地環境可適當調整）以后，砂漿會初步固結，開始灑水養護，養護期不小于14 d，期間保證砂漿表面濕潤。

6.1.2 噴涂聚脲防水涂料

采用專用噴涂設備噴涂設備將涂料噴涂混凝土表面，固化反應后形成柔性防護膜，具有防滲、防混凝土碳化、耐化學腐蝕、抗沖擊特性。這種噴涂施工工藝簡單，可操作性強，涂層厚度均勻易控，工程質量容易保證。只要施工條件允許，可在多個工作面同時開展施工，有利于工程施工進度管理。

渡槽內壁大面積施工前，應在聚合物砂漿表面涂刷一道環氧樹脂界面劑。Ⅱ型聚脲防水涂料應在界面劑涂刷12-24 h內進行噴涂，一般噴涂3～4遍，涂層厚度不小于1.50 mm。對于邊角處斷面面積較小的結構部位，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圖2。Ⅱ型聚脲防水防護涂料主要技術指標見表1。

表1 Ⅱ型聚脲防水防護涂料主要技術指標表

圖2 維修后渡槽效果圖

6.2 排架及槽體外側混凝土防碳化技術

排架及槽體外側混凝土采用滲透性涂料進行表面防護噴涂處理。該涂料為混凝土結構防護專用滲透性涂料，噴涂于混凝土結構部位表面后可滲透進入混凝土內，形成隔離防護涂層，可抵御周圍環境中二氧化碳侵入混凝土內部，有效預防混凝土碳化。滲透型涂料用量施工工藝：混凝土表面處理→噴涂作業→養護。

6.2.1 混凝土結構表面處理

混凝土結構表面使用高壓水沖洗，結合人工利用鋼絲刷反復涂刷，徹底清除混凝土結構表面灰塵和油污等雜物。混凝土結構表面溫度應在5℃～45℃之間為宜；下雨或有強風天氣不能噴涂作業，確保工程施工質量和安全。

6.2.2 滲透型涂料的噴涂作業

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

6.2.3 養護

防滲涂料噴涂后能不能形成有效的防護涂層，養護至關重要，故在噴涂前，要關注當地的天氣預報，避免在大風和下雨天施工，確保噴涂后自然風干，才能達到理想效果。自然風干控制時間：夏季不低于36 h；冬季不低于72 h。

7 問題與建議

①當地政府在河道綜合整治過程中，要結合河道流域水文條件、地質地貌特征，順應河勢，因河制宜，考慮其防洪排澇規劃，提高行洪排澇能力，并及時健全新建工程管理體制，明確管理職責；②在水利建筑物維修加固時，其周圍環境和運行條件應與原設計進行對比，是否發生改變，并論證是否影響安全運行，提出補救措施；③管理單位應轉變觀念，跟上時代發展步伐，對主要建筑物進行定期安全評價，確保建筑物運行安全。

8 結語

綜上所述，U形混凝土渡槽在使用過程中，特別是20世紀六七十年代興建的老灌區，不可避免會產生混凝土碳化破損、止水老化等現象，因此需要采用合適有效技術進行維修加固。通過對口孜渡槽維修加固技術應用、施工工藝、所用材料主要技術參數要求進行系統分析和總結。該工程維修加固后，經過兩次通水，四十余天滿負荷運行和一個汛期，均無任何滲漏現象且伸縮縫完好，達到了預期效果。事實證明，這種綜合維修技術對于U形混凝土薄殼渡槽維修防滲是行之有效的，以期為陸渾灌區剩余17座渡槽及其他相似水利工程維修加固提供技術參考。