上海某地下混凝土箱涵的防腐蚀修复施工

於林锋，王霁新，樊俊江（1.上海市建筑科学研究院有限公司，上海 201108；2.上海工业固体废弃物资源化利用工程技术研究中心，上海 201108）

1 工程概况

上海市目前正大规模开展水系综合治理，本项目涉及的工程位于杨浦区，全长 2 120 m，该区段为单箱三室的箱涵结构，箱涵截面形式为矩形，尺寸为 5 800 mm×4 300 mm 和 4 800 mm×5 300 mm 两种形式，壁厚为 400 mm。该工程前期开展了河道疏浚施工，疏浚之前淤泥厚度约 1.5 m，疏浚之后箱涵内污水深度在 50～80 cm 之间。河道疏浚过程中发现箱涵内壁由于长期与河道污水接触，出现了腐蚀破坏现象。在系统对该地下箱涵开展混凝土结构耐久性腐蚀破坏现状检测评估后，针对性地制定了防腐蚀修复方案，并进行了修复施工。

2 腐蚀破坏现状及原因分析

为了解箱涵混凝土的腐蚀破坏程度及原因，开展了混凝土箱涵外观状态的现场检查，对污水、污泥和箱涵侧壁与顶部表层的附着物、表层砂浆和混凝土进行了现场取样，现场对箱涵的回弹强度、保护厚度等基本参数进行了检测，采用钻芯法钻取了不同区域的混凝土芯样。同时，在试验室对现场采取的样品进行了强度、煮沸压蒸安定性、XRD、荧光、SEM、能谱、X-CT 和化学组分等测试分析。基于检测结果，对地下箱涵的腐蚀破坏现状及原因分析如下。

(1) 箱涵顶部混凝土存在较重的腐蚀破坏，混凝土表层粉化、剥落情况较为严重，较多区域发现石子外露；箱涵侧壁存在一定的腐蚀破坏，表面附着一层污泥，将污泥剔除后发现混凝土存在一定粉化，但未发现明显的石子外露情况。

(2) 箱涵混凝土腐蚀层下混凝土实测抗压强度平均值为 60.0～70.0 MPa，单块芯样的抗压强度最小值为 50.0～66.0 MPa，劈裂抗拉强度约为 3.2～6.2 MPa，混凝土整体力学性能良好；箱涵混凝土经煮沸、压蒸试验后，未出现明显的膨胀、开裂、变形、剥落、破损和强度损失现象，混凝土整体安定性良好。

(3) 箱涵混凝土长期服役于呈弱酸性的污水环境中，其腐蚀破坏的主要原因为酸侵蚀环境下的钙溶蚀。箱涵侧壁靠上及顶部区域处于污水的水位变化区，干湿循环的耦合作用会加快腐蚀破坏速度；箱涵顶部为受弯构件，顶部表层混凝土在拉应力作用下产生的肉眼不可见的微裂纹也会加剧钙溶蚀的速率。箱涵混凝土中整体未发现明显的冻融、碱-集料反应、硫酸盐侵蚀、碳化和氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀的迹象。

(4) 箱涵混凝土设计保护层厚度按 45～50 mm 计算，顶部混凝土腐蚀破坏程度最高，腐蚀总深度达到 21～26 mm，剩余未被腐蚀的保护层厚度为 24 mm；侧壁上部混凝土腐蚀破坏程度次之，腐蚀总深度为 9～14 mm，剩余未被腐蚀的保护层厚度为 36 mm；侧壁下部混凝土腐蚀破坏程度相对较轻，腐蚀总深度为 3～8 mm，剩余未被腐蚀的保护层厚度为 42 mm。

3 修复总体思路

针对杨浦区地下箱涵的腐蚀破坏现状，提出了两种修复思路：一种是长期性、整体性修复思路，如表 1 所示；另一种是短期应急性、局部性修复思路，即对已有的缺陷（箱涵顶部）进行相应维修处理，防止现有混凝土进一步受侵蚀，保证构件在目前状态下具有一定的耐久性。

表1 混凝土箱涵修复总体思路

3.1 整体性修复施工

(1) 箱涵顶部混凝土修复。箱涵顶部混凝土存在较为严重的腐蚀破坏，保护层厚度仅有原设计厚度一半左右。可采用 2.5 cm 耐腐蚀聚合物修补砂浆修复混凝土原有保护层厚度。

修复步骤：① 基层处理：使用高压水枪辅助人工，去除混凝土面层的污泥，清洗基层面，并去除混凝土粉化层至混凝土密实面。② 耐腐蚀聚合物修补砂浆修复：抹压耐腐蚀聚合物修补砂浆，面层厚度为 2.5 cm，修补砂浆应进行分层施工，砂浆内应布置一定数量的不锈钢丝（网）。③ 养护：箱涵侧壁上部施工完毕后应采取适当方式对混凝土表面耐腐蚀防护修复材料进行养护，确保修复材料自施工到接触服役污水环境的时间 ≥ 3 d。

(2) 箱涵侧壁上部混凝土修复。箱涵侧壁上部混凝土存在一定腐蚀破坏，混凝土有粉化情况。主要考虑铲除粉化部分后混凝土表面重新抹平。修复材料建议选用耐腐蚀聚合物修补砂浆。

修复步骤：① 基层处理：使用高压水枪辅助人工，去除混凝土面层的污泥，清洗基层面，并去除混凝土粉化层至混凝土密实面。② 耐腐蚀聚合物修补砂浆修复：抹耐腐蚀聚合物修补砂浆，面层厚度 ≥1.5 cm。若局部修补厚度 ＞2 cm，应分层施工。③ 养护：箱涵侧壁上部施工完毕后应采取适当方式对混凝土表面耐腐蚀防护修复材料进行养护，确保修复材料自施工到接触服役污水环境的时间 ≥ 3 d。

(3) 箱涵侧壁下部及底部混凝土修复。箱涵侧壁下部及底部混凝土腐蚀破坏较轻，只有局部混凝土有粉化情况，未出现石子外露现象，故对侧壁下部及底部区域可采用表层涂敷修复。现箱涵内积存水较高，在进行侧壁下部及底部修复施工前，必须进行两次围堰降水，以达到基层面不存明水的施工要求。因本次降水要求较高，在普通围堰降水无法排除所有明水时，考虑人工拷浜配合施工。同时使用快速水泥封闭围堰内壁，防止围堰外向堰内的渗水。

修复材料建议选用快硬硫铝酸盐水泥（双快水泥）。

修复步骤：① 基层处理：使用高压水枪辅助人工，去除混凝土面层的污泥，清洗基层面，并去除混凝土粉化层至混凝土密实面。② 抹双快水泥：面层厚度 ≥0.5 cm。③ 养护：箱涵侧壁下部及底部施工完毕后应采取适当方式对混凝土表面耐腐蚀防护修复材料进行养护，确保该类修复材料自施工到接触服役污水环境的时间 ≥24 h。

(4) 箱涵变形缝嵌缝修复。对在箱涵交界部位已经破损、脱粘的密封胶，采用弹性密封胶在原位进行处理，确保所有箱涵交界部位可靠的柔性密封。

3.2 应急局部性修复施工

应急局部性修复主要针对缺陷最为严重的箱涵顶部进行，修复步骤为：① 基层处理：使用人工去除混凝土面层的污泥，清理基层面，并去除混凝土粉化层至混凝土密实面。② 表面涂膜防护：箱涵侧壁上部施工完毕后应采取混凝土保护剂对混凝土表面进行大面积喷涂，本次使用机械喷涂作业，在保证施工质量的同时，加快施工速度，保证工期。③ 养护：确保修复材料自施工到接触河水环境的时间≥24 h。

4 修复施工质量与安全控制

4.1 修复施工质量控制

(1) 现场项目部根据项目质量保证计划的要求，制订一个更具体的质量控制体系，确保工程中每个分项的施工质量，来保证最终的工程质量目标。

(2) 加强施工现场质量管理工作，各分项管理人员都必须对本分项的质量要求明确了解，从管理体制上保证工程的施工质量。

(3) 工程施工过程中，必须加强计量工作和工程技术资料的整理归档工作，在抓好工程施工硬件的同时，必须抓好软件的管理工作，做到及时、正确、规范，从而保证工程的施工质量。

(4) 加强材料的质量控制，各类施工材料到现场后必须组织有关人员进行抽样检查，发现问题及时书面通知供应相关单位。

(5) 合理组织材料供应和材料使用并做好储运、保管工作，在材料进场后应安排适当的堆放场地及仓储用房，指定专人妥善保管，并做好原材料的复试取样、送样工作。

(6) 所有材料供应部门必须提供所有所供产品的合格证，质量管理人员对提供产品进行抽查监督，凡不符合质量标准、无合格证明的产品一律不准使用，并采取必要的封存措施，及时退场。

4.2 修复施工安全控制

(1) 严格执行政府及上级有关部门颁发的各项安全规章制度及文件，并在具体管理中将严格按照 JGJ 59—2011《建筑施工安全检查标准》对现场施工安全严格管理，健全和落实以项目经理为主的安全责任制，切实做好安全生产。

(2) 认真做好安全生产教育，对所有参加施工的职工均应进行入场生产安全和消防安全教育，与每位职工签订三级安全教育记录，未经教育不得上岗。

(3) 专职安全员根据本工程施工特点，结合安全生产制度和有关规定，经常进行现场检查督促整改，如发现事故隐患时，有权指令停止施工，并立即报告项目经理，经处理后方可继续施工。

(4) 现场施工场地积水，应在施工前编制针对性的用电方案。

(5) 所有进入施工现场人员必须戴好安全帽。

(6) 施工人员必须戴口罩、戴手套、穿水裤，同时配必要数量的氧气袋。

(7) 配备一套送风设备把外部空气送至工作地点。送风工作贯穿于整个施工过程。

5 修复施工过程

考虑到施工工期、施工预算的限制，再加上箱涵在运行 3～5 d 后，将会对箱涵顶部覆土铲除，并将箱涵顶部削掉后敞开运营，因此该工程最终选用应急局部性修复方案进行施工。

6 结 语

(1) 箱涵顶部混凝土存在较重的腐蚀破坏，混凝土表层粉化、剥落情况较为严重，较多区域发现石子外露；箱涵侧壁存在一定的腐蚀破坏，表面附着一层污泥，将污泥剔除后发现混凝土存在一定粉化，但未发现明显的石子外露情况。

(2) 箱涵混凝土长期服役于呈弱酸性的污水环境中，其腐蚀破坏的主要原因为酸侵蚀环境下的钙溶蚀。箱涵侧壁靠上及顶部区域处于污水的水位变化区，干湿循环的耦合作用会加快腐蚀破坏速度；箱涵顶部为受弯构件，顶部表层混凝土在拉应力作用下产生的肉眼不可见的微裂纹也会加剧钙溶蚀的速率。箱涵混凝土中整体未发现明显的冻融、碱-集料反应、硫酸盐侵蚀、碳化和氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀的迹象。

(3) 针对地下箱涵的腐蚀破坏现状，提出了 2 种修复方案：一种是长期性、整体性修复方案；另一种是短期应急性、局部性修复方案，即对已有的缺陷（箱涵顶部）进行相应维修处理，防止现有混凝土进一步受侵蚀，保证构件在目前状态下具有一定的耐久性。

(4) 考虑到施工工期、施工预算的限制，再加上箱涵在运行 3～5 d 后，将会对箱涵顶部覆土铲除，并将箱涵顶部削掉后敞开运营，因此该工程最终选用应急局部性修复方案进行施工，施工效果良好。