U形混凝土渡槽维修技术及应用

李学军，段笑晖

（河南省陆浑水库管理局，河南 洛阳 471003）

1 工程概况

口孜渡槽位于陆浑灌区东一干渠中段，桩号82+833～83+457，属于预制简支U形混凝土薄壳渡槽，单排架支承，板梁基础，净断面面积为4.40 m×3.60 m，设计流量32.20 m3/s，共52孔，其中跨度12 m的50孔，跨度11.80 m的2孔。是陆浑灌区向偃师、巩义供水的主要建筑物，建成于1985年，至今已运行近40年，且受当时条件所限，工程缺陷较多和老化渗漏严重，需对其进行维修加固处理，满足工程供水安全要求。

2 渡槽存在的问题和维修内容

渡槽主要存在的问题：①伸缩缝充填聚乙烯胶泥止水老化，失去止水效果；②混凝土严重碳化，且较大面积剥蚀破损，钢筋外露；③槽身上部维护通道及防护设施几乎损坏殆尽（见图1维修前渡槽原状图），已直接威胁工程安全运行和影响工程效益的发挥。这次维修主要内容有止水更换、槽身与下部结构碳化破损混凝土修补防渗和上部栏杆修复。

图1 维修前渡槽原状图

3 伸缩缝止水修复处理

3.1 原止水情况

原伸缩缝宽40 mm，内部填充聚乙烯胶泥麻丝止水，上部为宽240 mm、深40 mm的矩形槽，槽内填充水泥砂浆保护。在工程运行期间，水泥砂浆不能与槽身伸缩膨胀变形同步，导致矩形槽周边槽体混凝土挤压破损和水泥砂浆破碎，起不到保护聚乙烯胶泥止水的作用，伸缩缝内止水损坏老化，失去止水功能，致使渡槽渗漏严重，严重制约工程安全运行。

3.2 止水更换方案

根据伸缩缝构造及要求，并结合渡槽实际运行情况，采取聚硫密封胶填充伸缩缝止水结构型式，上部两侧矩形槽内用环氧砂浆和聚脲防水涂料结合进行补强保护。聚硫密封胶具有良好的黏结性、耐水性、耐辐射性、耐热老化性，且无毒、耐酸、耐碱性强，不但具有很好的弹性，还有较好的气密性，非常适合水利工程混凝土伸缩缝填充止水。

其技术要求为：拉伸强度不小于0.40 MPa、拉伸伸长率不小于400%、下垂度不大于3 mm、表干时间不大于24 h、适用期不小于2 h、低温柔性-40℃、弹性回复率不小于80%、密度±0.10 g/cm3。

3.3 维修施工工艺

①人工凿除伸缩缝周边破损松动的混凝土和矩形槽内的杂物，确保伸缩缝矩形槽的结构尺寸为宽240 mm、深40 mm；②沿伸缩缝向下再清理50 mm原充填物；③使用高压水冲洗干净伸缩缝内的杂物灰尘砂砾；④待伸缩缝干燥后，涂刷界面剂，并用环氧砂浆修补破损处并填平矩形槽，界面剂保证修补体与槽身混凝土紧密黏结，矩形槽中间预留40 mm宽的伸缩缝；⑤待环氧砂浆凝固干燥，使用密封胶枪灌注聚硫密封胶至伸缩缝密实平整并进行保护。

3.4 该止水具有的特性

该止水结构的特点：①根据伸缩缝的变形量设计，聚硫密封胶可适应渡槽伸缩缝的位移；②聚硫密封胶伸缩缝表面可以受到上部环氧砂浆的有效保护，可有效延缓其老化时间；③表面Ⅱ型聚脲防水防护涂料在保护止水的同时，本身也能独立起到渗水作用，且效果良好。

4 渡槽混凝土剥蚀破损维修处理

4.1 剔除破损混凝土及表面劣质层

以人工凿除为主，清除大面积不稳定的混凝土部分和表面劣质层，机械配合不易凿除部位，深度宜控制在10～30 mm之间，使混凝土露出新鲜坚硬基面，周边尽量垂直。若钢筋发生锈蚀，应进行除锈，必要时需补强处理后，再涂刷阻锈剂。

4.2 清洗

采用高压水枪清洗渡槽混凝土结构表面附着的灰尘和污垢，冲洗压力调整为5 MPa至10 MPa为宜。必要时，可用钢刷来回刷擦，直至混凝土表面及气孔、皱纹内洁净，待表面干燥后才能进行下一道施工工序。

4.3 修补体的施工

采用环氧砂浆材料处理渡槽混凝土结构的露筋、破损部位。首先应在修补位置涂刷环氧类界面剂，提高修补体与原混凝土间的黏接强度；再用环氧砂浆进行修补，修补体厚度一般不大于30 mm，并将修补体表面压抹平整。环氧树脂材料技术指标为：抗压强度不小于50 MPa；与水泥基层胶泥粘结强度不小于2MPa；收缩率不大于0.20%。

4.4 养护

对修补体及时进行覆盖养护和避免二次伤害，进行成品保护，是修补体良好发育，获得足够强度的至关重要的环节。养护周期应不小于7 d，期间应做好覆盖，且标识明显，防止人为对修补体二次伤害和暴晒、雨淋等自然损坏。

5 水平拉杆修复技术

5.1 混凝土基面处理

利用角向磨光机对拉杆混凝土（含修补体）表面进行打磨，将基面错台和凸起部位磨平整，拉杆直角部位打磨成圆弧状，并清除混凝土表面浮浆等杂质，用高压空气清除吹净。利用找平胶对混凝土表面细小气孔和凹入部位找平，待找平胶干燥后，使用砂纸将基面浮渣刷去，再用高压空气清除吹净，待基面充分干燥后进行底胶涂刷。

5.2 涂刷底胶

底胶即适宜在水利工程建设中使用的碳纤维布粘贴常用的结构胶，按产品说明书中配合比进行配置，用特制搅拌机搅拌均匀即可，但是一次拌合量要在规定时间内使用完，严禁超过时间使用。人工用滚筒或者软毛刷进行均匀涂刷，厚度宜控制在1 mm以内，涂刷时应避免漏刷和流淌现象。

5.3 粘贴碳纤维布

涂刷底胶2 h后（视现场气象条件而定），不粘手为宜，再次涂刷底胶，碳纤维布由上而下、由左至右均匀粘贴在水平拉杆表面，利用刮板刀同一方向用力刮擦，排除内部气泡，使胶液充分渗透浸润碳纤维布表面，保证碳纤维布与胶体结合质量，待固化后，在其表面涂刷一层防紫外线油漆，提高其耐久性。碳纤维布性能指标为：质量300 g/m2、宽度500 mm、厚度0.17 mm、抗拉强度不小于3 400 MPa、弹性模量不小于230 GPa。

6 混凝土防渗防碳化技术

6.1 迎水面防渗防碳化处理

渡槽槽内迎水面不仅考虑碳化，还应考虑防渗功能。采用Ⅱ型聚脲防水涂料对口孜渡槽槽内迎水面进行全断面防护处理。渡槽预制施工时，受当时条件所限，内壁利用木模支护，拼接较零碎，接缝处凹凸、气孔、模板内衬褶皱痕迹较多。为保证聚脲防水涂料喷涂质量，故在喷涂前使用聚合物砂浆对迎水面进行全断面处理。

6.1.1 涂刷聚合物砂浆找平

首先利用高压水气进行清洗，必要时，配合人工用钢丝刷来回刷洗，使基面洁净。然后涂刷聚合物砂浆。聚合物砂浆配合比按产品使用说明进行配置，采用机械拌制，直至拌制均匀且无结块，一次拌制量应控制在半小时以内，否则禁止使用。涂刷聚合物砂浆时，需用力压实，确保砂浆与基面紧密结合，无空鼓现象，厚度控制在约10 mm，表面光滑平整。一般在8 h（视当地环境可适当调整）以后，砂浆会初步固结，开始洒水养护，养护期不小于14 d，期间保证砂浆表面湿润。

6.1.2 喷涂聚脲防水涂料

采用专用喷涂设备喷涂设备将涂料喷涂混凝土表面，固化反应后形成柔性防护膜，具有防渗、防混凝土碳化、耐化学腐蚀、抗冲击特性。这种喷涂施工工艺简单，可操作性强，涂层厚度均匀易控，工程质量容易保证。只要施工条件允许，可在多个工作面同时开展施工，有利于工程施工进度管理。

渡槽内壁大面积施工前，应在聚合物砂浆表面涂刷一道环氧树脂界面剂。Ⅱ型聚脲防水涂料应在界面剂涂刷12-24 h内进行喷涂，一般喷涂3～4遍，涂层厚度不小于1.50 mm。对于边角处断面面积较小的结构部位，采用涂刷或辊涂的施工效果更好，维修后渡槽混凝土外观效果见图2。Ⅱ型聚脲防水防护涂料主要技术指标见表1。

表1 Ⅱ型聚脲防水防护涂料主要技术指标表

图2 维修后渡槽效果图

6.2 排架及槽体外侧混凝土防碳化技术

排架及槽体外侧混凝土采用渗透性涂料进行表面防护喷涂处理。该涂料为混凝土结构防护专用渗透性涂料，喷涂于混凝土结构部位表面后可渗透进入混凝土内，形成隔离防护涂层，可抵御周围环境中二氧化碳侵入混凝土内部，有效预防混凝土碳化。渗透型涂料用量施工工艺：混凝土表面处理→喷涂作业→养护。

6.2.1 混凝土结构表面处理

混凝土结构表面使用高压水冲洗，结合人工利用钢丝刷反复涂刷，彻底清除混凝土结构表面灰尘和油污等杂物。混凝土结构表面温度应在5℃～45℃之间为宜；下雨或有强风天气不能喷涂作业，确保工程施工质量和安全。

6.2.2 渗透型涂料的喷涂作业

涂料喷涂时应自下而上，连续喷涂，避免中间停顿，直到混凝土表面饱和溢流，且溢流长度控制在150～200 mm范围之内；排架系梁等水平位置喷涂或涂刷都可以，但应保持混凝土基面几分钟湿润或成镜面状，目的是确保渗透型涂料彻底渗透入混凝土内。渗透型涂料喷涂量不小于400 g/m2，待喷涂完成经过渗透干燥后，形成防护涂层，隔离二氧化碳，预防混凝土碳化。

6.2.3 养护

防渗涂料喷涂后能不能形成有效的防护涂层，养护至关重要，故在喷涂前，要关注当地的天气预报，避免在大风和下雨天施工，确保喷涂后自然风干，才能达到理想效果。自然风干控制时间：夏季不低于36 h；冬季不低于72 h。

7 问题与建议

①当地政府在河道综合整治过程中，要结合河道流域水文条件、地质地貌特征，顺应河势，因河制宜，考虑其防洪排涝规划，提高行洪排涝能力，并及时健全新建工程管理体制，明确管理职责；②在水利建筑物维修加固时，其周围环境和运行条件应与原设计进行对比，是否发生改变，并论证是否影响安全运行，提出补救措施；③管理单位应转变观念，跟上时代发展步伐，对主要建筑物进行定期安全评价，确保建筑物运行安全。

8 结语

综上所述，U形混凝土渡槽在使用过程中，特别是20世纪六七十年代兴建的老灌区，不可避免会产生混凝土碳化破损、止水老化等现象，因此需要采用合适有效技术进行维修加固。通过对口孜渡槽维修加固技术应用、施工工艺、所用材料主要技术参数要求进行系统分析和总结。该工程维修加固后，经过两次通水，四十余天满负荷运行和一个汛期，均无任何渗漏现象且伸缩缝完好，达到了预期效果。事实证明，这种综合维修技术对于U形混凝土薄壳渡槽维修防渗是行之有效的，以期为陆浑灌区剩余17座渡槽及其他相似水利工程维修加固提供技术参考。