碳纤维补强技术在闸墩排架裂缝修复中应用

柳春阳

（盐城市黄沙港闸管理所，江苏 盐城 224300）

黄沙港闸是苏北里下河地区“四大港”排水挡潮的主要控制工程之一，建于1972年，设计排涝流域面积865 km2，日平均流量200 m3/s。黄沙岗闸共有16 孔，其中，15 孔为排水孔，北岸一孔为通航孔；边墩排架长2.6 m，高8.5 m，宽0.7 m（包括门槽），钢筋混凝土结构，边墩除门槽配筋外，其余均为素块石砌筑；边墩排架为变截面，其中，在真高3.0 m 处排架截面厚度从80 cm 变化至100 cm，在真高▽5.95 m 处排架厚度从50 cm 变化为80 cm。根据1973～2013年沉陷观测资料，整个闸基沉陷基本趋于稳定，但边墩两道横向裂缝较为严重，危及闸身安全。对裂缝采用化学压力注浆法修补，并对裂缝处进行碳纤维补强后，目前闸身趋于稳定。

1 边墩排架裂缝损坏情况及原因分析

1.1 边墩排架裂缝情况

2013年汛前，管理单位组织工程技术人员对闸身混凝土进行检查，发现航道孔边墩排架存在上下两道水平向裂缝，随即向上级主管部门汇报同时加强观测。盐城市水利局委托有资质的单位对航道孔边墩排架裂缝进行检测，目前黄沙港闸边墩从便桥向上0.5 m 左右（约▽3.0 m）存有一水平裂缝，长3.6 m；与该裂缝大致相同处的边墩南侧有一条长0.35 m 的水平裂缝；在距离工作便桥面4 m 处（约▽6.0 m）有一条长度为2.4 m 的水平裂缝。裂缝宽度最大值为0.5 mm，最小值为0.1 mm，对结构的承载力有严重的影响。

1.2 边墩排架裂缝原因分析

黄沙港闸边墩排架采用轻薄结构，为节省材料，钢筋用量偏少，边墩除门槽配筋外，其余均为素块石砌筑。由于横向裂缝有发展，应该受到水平方向力的作用，且裂缝发生的位置基本处于排架变截面处，故考虑边墩排架裂缝是受地基不均匀沉陷和温度变化影响。为此，我们对本闸1973～2013年沉陷观测资料进行分析，整个闸身趋于稳定，故只需进行修补即可。

2 边墩排架修补施工技术

（1）鉴于边墩裂缝宽度多在0.2～1.0 mm 之间，故主要采用化学压力注浆法修补，即根据现场裂缝宽度的大小采用不同型号树脂配方及掺入物，使用注浆泵将浆液压入缝隙并使之填充饱满。压力注浆法修补混凝土裂缝的工序如下：裂缝清理—粘贴注浆咀和封闭裂缝—试漏—配制注浆液—压力注浆—二次注浆—清理表面。

（2）裂缝注浆处理后，在裂缝位置进行碳纤维补强。碳纤维补强施工工艺：卸荷→基底处理→涂底胶→找平→粘贴→保护。

（3）为了防止裂缝扩大，增加通航孔墩墙、排架的抗震性能，在排架顶部增加2 道撑梁，并将下游侧钢结构剪刀撑改为混凝土剪刀撑。撑梁截面高50 cm，宽30 cm，剪刀撑截面高40 cm，宽30 cm。撑梁及剪刀撑先预制好，预制长度=孔宽-70 cm，两端预留35 cm 长的钢筋；再在撑梁与排架接头处钻60 cm 深的孔进行植筋，植筋位置、根数、规格及直径与撑梁主筋相同，长度90 cm；将接头处混凝土凿毛，清洗干净后浇C30 混凝土。

（4）拆除原钢结构剪刀撑，对已损坏的混凝土进行修复，在修补部位打射钉固定一层钢丝网片，立模浇筑C25 细石混凝土。

（5）为了保护闸墩免遭继续损坏，在闸墩容易被损坏位置外侧包裹一层10 mm 厚防撞钢护板，并在钢护板外表面作防腐处理。

3 施工质量控制

黄沙港闸边墩排架修补采用了一系列新工艺、新材料、新技术，为保证施工质量，做到了使质量检查覆盖每一道工序，并根据涵闸工程施工规范，把好原材料试验关，杜绝使用不合格材料，加强事前、事中、事后控制。

3.1 混凝土表面清理

在工程施工过程中，若发现混凝土构件表面出现一般缺陷，应会同监理单位、建设单位现场共同检查，在征求监理单位、建设单位同意后，方可对混凝土构件表面出现的缺陷进行处理；特别重大的混凝土表面缺陷，必须由监理单位、建设单位、设计单位等相关单位共同检查，拿出具体的处理方案后方可进行处理。

对一般的混凝土表面缺陷如露筋、蜂窝、孔洞、夹渣、疏松、裂缝、麻面、胀模、掉皮等，具体处理方案如下：

（1）露筋。清理外露钢筋上混凝土残渣和铁锈，用水冲洗干净，再用1∶2 或1∶2.5 水泥砂浆抹压平整。如露筋较深、面大，应将薄弱混凝土剔除，冲刷干净湿润后，用高一级标号的细石混凝土捣实浇筑，认真养护。

（2）蜂窝、疏松。混凝土有小蜂窝，可用水冲洗干净，然后用1∶2 或1∶2.5 水泥砂浆修补。如果是大蜂窝，则应先将松动的石子和突出的颗粒剔除，并尽量剔成喇叭口，外边大些，然后用清水冲洗干净湿透，再用高一级标号的细石混凝土捣实浇筑，加强养护。

（3）孔洞。对混凝土孔洞的处理，应由有关单位共同研究，制定补强方案，经批准后方可处理。如现浇混凝土梁、柱的孔洞处理，应根据补强方案，首先采取安全措施，在梁底用支撑支牢，然后将孔洞处不密实的混凝土和突出的石子颗粒剔凿掉，要凿成斜形，避免有死角，以便于灌筑混凝土。为使新旧混凝土结合良好，应将剔凿好的孔洞用清水冲洗干净，或用钢丝刷仔细清刷，并充分湿润，保持湿润72 h 后，浇注比原混凝土标号高一级的细石混凝土。细石混凝土水灰比可控制在0.5 以内，并掺水泥用量万分之一的铝粉，采用小振捣棒分层仔细捣实，认真作好养护。

（4）缝隙夹层。当表面缝隙较细时，可用清水将裂缝冲洗干净，充分湿润后抹水泥浆。

（5）麻面、掉皮。麻面、掉皮主要影响混凝土外观，对于表面不再装饰的清水混凝土部位，应加以修补。即将麻面部位用清水刷洗，充分湿润后用水泥素浆或1∶2 水泥砂浆抹平。

3.2 裂缝处灌浆

对缝口凿除清理，用高强度环氧树脂砂浆压缝口。

（1）裂缝调查。用裂缝放大镜对裂缝宽度进行测量，如为贯穿裂缝应注明。

（2）基层处理。由于混凝土表面灰尘较多，首先用硬棕刷扫掉表面灰尘，然后用棉丝沾丙酮或乙醇沿裂缝方向擦净基层。

（3）封闭裂缝，安设底座。用封缝胶将底座粘于注浆孔上，并将裂缝封严封死，对贯穿裂缝两面均要封闭，待封缝胶硬化后（快干型约为1 h）即可灌浆。

（4）进行灌浆。将配合好的灌浆胶倒入灌浆器的软管中，然后将灌浆器安装在底座上即可开始灌浆，对贯穿裂缝需两面同时注浆。

（5）注浆完毕，拆除灌浆器。当灌浆器的进浆速度明显减慢，出浆口溢浆时，用堵头将出浆口堵死，继续加压，直至浆液不再注入为止。

3.3 植筋立模

植筋应严格按照图纸施工，要求侧模无空隙，严禁跑浆，模板固定牢靠。

3.4 插筋锚固

现场用仪器测试，要求每根锚筋在拉力达到12 kN 时未被拉出，且无松动现象。

4 结语

在长期使用中由于各种原因致使水工建筑物结构发生损坏或出现承载力不足状况，都要进行结构补强。传统的钢筋混凝土结构补强多采用粘钢法或外包混凝土加钢筋法，但其施工方法复杂，体量庞大笨重，施工周期长。碳纤维补强是一种钢筋混凝土结构补强的新技术，简单易行，方便经济，也不需要十分复杂的机械设备，此工艺技术为沿海挡潮闸混凝土结构修补提供了成功的经验。