御河橡胶坝坝后混凝土抗冻修复方案分析

2017-06-15谈兴

山西水利 2017年5期

关键词：聚脲橡胶坝弹性体

谈兴

（山西大同市水务局，山西大同 037004）

御河橡胶坝坝后混凝土抗冻修复方案分析

谈兴

（山西大同市水务局，山西大同 037004）

御河大同市城区段综合治理工程橡胶坝坝后水位变化区域混凝土冻融破坏严重。通过对凿旧补新和喷涂聚脲弹性体防护层两种方案进行技术、经济对比，推荐采用对工程稳定性更加有保障的喷涂聚脲弹性体防护层方案。

御河；混凝土；抗冻修复；橡胶坝

1 工程概述

御河是大同市城区最大的一条河流，流域面积5016km2，干流长148km，自北向南穿城而过，其中大同市境内长77km，堤距220～430m，河道平均纵坡3‰左右。

大同市御河城区段河道治理及中水调蓄工程，是《21世纪初期首都水资源可持续利用规划》大同项目区的水利项目，工程设计防洪标准为50年一遇（孤山水库建成后相当于100年一遇），设计洪峰流量1840m3/s。治理工程等别为Ⅲ等，河道治理段堤防工程级别为2级，主要建筑物级别为3级。整个工程分两期进行，建有6座橡胶坝、6座充排水泵房、1座翻板闸、一座油泵站。

2 工程现状及存在问题

大同市御河城区段综合治理工程建成后，1～5号橡胶坝之间已经蓄水，形成了220～300m宽的4个蓄水区，蓄水面积94.5hm2，蓄水量186万m3，起到了防洪保安、拦截污水、废水处理、中水调蓄、节水回用、增加清水下泄、改善下游水质的作用。

大同市御河城区段综合治理工程目前存在的主要问题是坝后水位变化区域的混凝土冻融破坏严重，冻融破坏的主要区域有：一期工程的1～4号橡胶坝坝后底板的混凝土表面以及坝后消力池斜坡面的混凝土表面；一期工程的4号橡胶坝坝后海漫段的混凝土表面；二期工程的5号橡胶坝坝后底板的混凝土表面。

现场查勘显示，1～4号橡胶坝坝后底板和消力池斜坡面的混凝土表面、4号橡胶坝坝后海漫段的混凝土表面冻融破坏严重，局部剥蚀深度已达到50mm，骨料已大量外露，大部分冻融破坏区域在2008年和2009年进行过“凿旧补新”式修补，修补区域均已再次冻融剥蚀，边缘有明显的冻融裂缝。5号橡胶坝建成后经历了4个冬季，坝后混凝土水平面表面酥松剥落面积已经超过80%，局部剥蚀深度达到15mm，骨料已出露；坝后消力池斜坡面基本完整，未见酥松剥落，有少量冻融裂缝。

3 需保护的混凝土范围

御河橡胶坝在冬季运行时，部分区域混凝土始终处于半干半湿的工况，符合混凝土产生冻融破坏的两个条件。保护方法有“凿旧补新”和“喷涂聚脲弹性体防护层”两个方案。

3.1“凿旧补新”法（方案一）

3.1.1 处理范围

“凿旧补新”法，就是凿除掉旧混凝土，补上新的混凝土。根据现场查勘结果，确定处理范围为：1～5号橡胶坝坝后底板的混凝土表面、1～4号橡胶坝坝后消力池水平面和部分斜坡面的混凝土表面、2号和4号橡胶坝坝后海漫段的混凝土表面。

3.1.2 处理方案

根据不同的冻融深度，将溢流面混凝土冻融破坏分为深层区和薄层区，对深层区混凝土最小凿除厚度控制在300mm，对薄层区凿除混凝土控制在50mm，通过人工凿除混凝土，然后锚杆布设、钢筋网布设，模板设置最后采用C25W6F200混凝土浇筑和混凝土养护。因此，实施“凿旧补新”法修补，适用于处理已经破损的混凝土面。

3.1.3 工程量

御河橡胶坝坝后水位变化区混凝土“凿旧补新”法，需处理的混凝土面积为11690m2。

3.1.4 建筑工程费用

建筑工程费用参照山西省水利建筑工程预算定额计算方法，对主材价格按大同目前的市场价格进行了调整，共计约452.19万元。

3.2 喷涂聚脲弹性体防护层（方案二）

聚脲是由异氰酸酯组份（简称A组份）与氨基化合物组份（简称R组份）反应生成的一种弹性体物质，聚脲的最基本的特性就是防腐、防水、耐磨等。按施工工艺分为喷涂聚脲和手刮(涂)聚脲，大面积施工时，喷涂聚脲工效高，更经济。

3.2.1 处理范围

聚脲弹性体防护层，不仅适用于修补1～5号橡胶坝已经被冻融破坏的混凝土面，也适用于保护像0号橡胶坝尚未冻融破坏的混凝土面。处理范围需保护的混凝土面积包括：0～5号橡胶坝坝后底板的混凝土表面、0～5号橡胶坝坝后消力池水平面和部分斜坡面的混凝土表面、2号和4号橡胶坝坝后海漫段的混凝土表面。

3.2.2 处理方案

御河橡胶坝坝后水位变化区混凝土面积较大，宜采用喷涂聚脲进行施工。鉴于0～5号橡胶坝坝后水位变化区域混凝土冻融破坏程度不同，对各坝混凝土基面的处理标准有差异。0号橡胶坝坝后底板混凝土表面、0号橡胶坝坝后消力池斜坡面0.5m范围的混凝土表面、5号橡胶坝坝后消力池斜坡面7m范围的混凝土表面，目前还没有冻融破坏，混凝土表面清理后即可喷涂聚脲弹性体防护层；其余均为有冻融破坏的混凝土面，必须首先人工凿除旧的破损混凝土，用聚合物砂浆回填、找平、固化后涂刷潮湿面界面剂，最后才能喷涂聚脲弹性体防护层。这里“补新”使用聚合物砂浆目的是回填找平，减少聚脲的喷涂用量。

3.2.3 工程量

御河橡胶坝坝后水位变化区混凝土“喷涂聚脲弹性体防护层”法，需修补的面积为12607m2。

3.2.4 建筑工程费用

建筑工程费用参照山西省水利建筑工程预算定额计算方法，如采用国内生产的聚脲品牌时，建筑工程费用为600.74万元。如采用进口品牌生产的聚脲时建筑工程费用为665.26万元。

3.3 两方案对比分析

建筑工程总费用来看，方案二明显高于方案一。但方案二的处理范围大，包含了0号坝和5号坝坝后消力池斜坡面部分。对比1～4号橡胶坝，当两方案的处理范围一致时，方案二中国产聚脲的建筑工程费用较方案一增加了约13.5%～13.8%；方案二中进口聚脲的建筑工程费用较方案一增加了24.0%～24.8%。

从工程效果来看，采用方案一处理抗冻混凝土后，橡胶坝在冬季运行时，新混凝土仍然满足产生冻融破坏所必须具备的两个条件。事实证明1～4号橡胶坝在2008年和2009年已经采用“凿旧补新”进行了修补，没几年就又被冻融破坏，说明“凿旧补新”法处理后耐久性不好。方案二是从根本上解决问题的方案，喷涂聚脲后，混凝土面不再接触水，冬季运行时混凝土不会再被冻融破坏。聚脲具有优良的抗冻融、抗老化、耐磨性能，作为溢流坝坝后混凝土的抗冲耐磨保护层也是必要的，其耐久性明显高于方案一。聚脲防护技术在我国众多大型水利水电工程中已得到采用，相关技术已经被列为水利行业的重点推广技术，说明聚脲防护技术可靠性和经济性良好。

对两种方案施工内容、临时工程投入和工期分析显示，方案一要进行人工凿除混凝土、锚杆布设、钢筋网布设、模板设置、分块浇筑混凝土和混凝土养护，其施工内容复杂，钢筋加工、混凝土拌合下料浇筑等临建设施投入规模大，投入人员多，施工临时占地多，工期长；方案二进行人工凿除混凝土、聚合物砂浆回填找平、喷涂聚脲，其施工内容相对简单，临建设施投入少，投入的施工人员相对较少，可利用橡胶坝的给排水泵房解决施工人员的临时安置问题，工期短且易于实现流水作业。

综合对比分析，推荐采用方案二，鉴于进口聚脲的建筑工程费用高出国产聚脲的建筑工程费用约10%，建议采用国产聚脲方案。

4 结语

大同市水利工程首次采用了喷涂聚脲弹性体这种新型绿色环保的施工技术，施工过程中严把质量关、检测关，并在细部上做了特殊工艺处理。经过工程运行使产品的特点得到了印证，彻底解决了大同市御河城区段橡胶坝后水位变化区混凝土抗冻融、抗渗漏、抗老化等问题，提高了混凝土的耐久性，工程运行更加稳定、更加安全性可靠，达到了设计标准。