丰南区沙河防潮闸混凝土结构加固方案确定及处理措施

摘要：目前沙河流域很多水闸由于年代久远、设计标准低、混凝土老化破损等，在安全方面存在诸多隐患，严重影响了水闸效益的发挥。水闸的重点部位如底板、闸墩等混凝土的除险加固分析处理也就变得尤为重要。该文在总结沙河防潮闸存在的主要问题的基础上，着重以闸底板、闸墩、胸墙部位出现的问题下手，对加固处理材料、特点、技术进行分析，并详细阐述了针对以上部分的加固处理方案。

关键词：沙河防潮闸；除险加固；技术分析；处理措施

1 工程概况

丰南区沙河防潮闸位于黑沿子村北沙河与黑沿子排干交汇处，该闸为中型水闸，主要起挡潮水蓄淡水作用，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为Ⅲ级，次要建筑物级别为Ⅳ级，设计过闸流量502m3/s。

沙河防潮闸为胸墙式水闸。闸室段顺水流向长12.4m，共设10孔，其中两侧边孔为死孔，过水孔为8孔。闸孔净宽均为8m，合计过水闸室净宽64.0m。中孔边孔闸墩厚度均为1.0m，闸室总宽为91.0m。闸底板设计高程为-1.20m，闸墩顶高程5.50m。底板厚度为1.3m。

沙河防潮闸于1975年完工投入使用，由于受当时经济条件的制约，工程设计标准偏低，又遭受1978年大地震的破坏，经过多年运用，同时受风暴潮及冻融的影响，水闸主体建筑物混凝土结构发生老化及损毁，影响正常使用。

目前该闸混凝土结构存在的主要问题：①闸墩多处混凝土剥蚀、剥落，闸墩混凝土平均碳化深度24.8mm；②胸墙混凝土有剥落、裂缝；③底板混凝土多处剥蚀、剥落。

水闸混凝土结构除险加固主要项目：闸墩、底板、胸墙加固处理措施主要采用丙乳砂浆抹面补强进行处理及使用TB-Ⅱ砼宝底料进行翻新和防碳化处理。

2 工程主要处理方案确定

2.1 处理原则

（1）对混凝土剥蚀严重的，彻底清除受到剥蚀作用的疏松混凝土，凿除至内部新鲜完好混凝土面，待表面风干无明显积水后采用涂料修补。

（2）对剥蚀、碳化深度过大，钢筋锈蚀明显、危及结构安全的构件应拆除重建。

（3）对碳化深度较小并小于钢筋保护层厚度，碳化层比较坚硬的，应对保留混凝土结构表面进行整体防渗防碳化翻新处理。

（4）对钢筋锈蚀严重的，应在修补前除锈，并根据锈蚀情况和结构需要加补钢筋。

2.2 处理材料

针对建筑物混凝土结构存在的问题，经分析比较，工程处理材料主要采用丙乳砂浆进行水工混凝土表面防护修补，使用TB-Ⅱ砼宝底料进行翻新和防碳化处理。

2.2.1修补材料选择分析

丙乳砂浆是一种新型的护面修补材料，是丙烯酸脂共聚乳液的简称，是一种高分子聚合物的水分散体，是一种水泥改性剂，作为化工耐腐蚀材料，已列入GB50046—95《工业建筑防腐设计规范》。加入水泥砂浆后为聚合物水泥砂浆，属于高分子聚合物乳液改性水泥砂浆，适用于水利、公路、工业及民用建筑等钢筋混凝土结构的防渗、防腐护面和修补工程。

丙乳砂浆的特点分析：

（1）丙乳砂浆中聚合物膜弹性模量较小，它使水泥浆体内部的应力状态得到改善，可以承受变形而使水泥适应力减少，产生裂缝的可能性减少，同时聚合物纤维越过微裂缝，起到桥架作用，缝间都有聚合物纤维相连，所形成的均质聚合物框架，作为填充物跨过已硬化的微裂缝，限制微裂缝的扩展，微裂缝常在聚合物膜较多处消失，显示聚合物的抗裂作用；另外，聚合物有减水作用，使砂浆的水灰比减小，聚合物膜填充了水泥浆体的孔隙，切断了孔隙与外界的通道，起到密封作用。

（2）丙乳砂浆与普通砂浆相比，具有极限拉伸率提高1~3倍，抗拉强度提高1．35～1．5倍，抗拉弹模降低，收缩小，抗裂性显著提高，与混凝土面、老砂浆及钢板粘结强度提高4倍以上，2d吸水率降低10倍，抗渗性提高1．5倍，抗氯离子渗透能力提高8倍以上等优异性能，使用寿命基本相同。

（3）具有优异的粘结、抗裂、防水、防氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能。

（4）具有基本无毒、施工方便、成本低，以及密封作用，能够达到防止老混凝土进一步碳化，延缓钢筋锈蚀速度，抵抗剥蚀破坏的目的。根据丙乳砂浆性能、特点，沙河防潮闸混凝土加固工程修复材料确定采用丙乳砂浆。

2.2.2防碳化材料选择分析

TB-Ⅱ砼宝是一种新型的高性能防碳化、防渗防腐等多种用途的有无机复合特种材料。其基理是丙烯酸、环氧等3种复合乳液配制而成的特种乳液，加入适量的固化剂、水泥、集填料和外加剂制成的高性能聚合物防水防腐防碳化涂料。其中TB-Ⅱ砼宝主要用于混凝土的防水防渗、防腐蚀工程。

TB-Ⅱ砼宝具有以下优点：①优良的耐久性和粘结性；②韧性好，弹性模量接近混凝土强度；③现场为冷作业，施工时无污染，是环保材料；④具有多功能，适用面广。

根据TB-Ⅱ砼宝性能、特点，沙河防潮闸混凝土加固工程修复材料确定采用丙乳砂浆。

3 除险加固处理措施

3.1 底板、闸墩加固处理措施

3.1.1闸底板、闸墩现状

闸室底板混凝土强度标号R150，由于经过长期运行、浸泡，混凝土损坏严重。根据现场检测结果，闸墩混凝土强度均大于15MPa，但闸墩水位变化区混凝土剥蚀比较严重，平均碳化深度24.8mm。墩顶与工作桥、公路桥接触处混凝土开裂露筋。闸墩混凝土表面剥蚀，多麻面，边墩混凝土大面积脱落。下游侧左边墩混凝土大面积剥落，深1.5㎝；下游侧右边墩混凝土大面积严重剥蚀，深1～3㎝。

3.1.2加固处理措施

针对底板、闸墩现状，经分析、比较，对闸底板、闸墩处理措施为：①采用丙乳砂浆抹面补强进行处理；②对闸墩常水位以上部位采用TB-Ⅱ砼宝进行翻新和防碳化处理。

3.1.3施工工艺

3.1.3.1 丙乳砂浆抹面补强处理

（1）首先彻底清除受到剥蚀作用的疏松混凝土，然后凿除至内部新鲜完好混凝土面，以保证修补材料能与原混凝土基面获得良好结合。

（2）为使丙乳砂浆与原混凝土表面粘结牢固，防止砂浆层出现空鼓现象，修补前需用高压水冲洗原混凝土表面，将混凝土碎屑、杂物等清除干净。

（3）待表面风干无明显积水后分两层修补，底层为丙乳净浆，面层为丙乳砂浆。

（4）丙乳砂浆修补完成后，于表面涂丙乳浆液封闭层。

3.1.3.2 闸墩常水上部位混凝土翻新与防碳化处理

（1）闸墩常水以上部位所有保留的老混凝土基面进行彻底清除，露出坚实新基面，干净无尘，无明水，无疏松混凝土。

（2）将闸墩混凝土表面涂刮2遍TB-Ⅱ砼宝底料，再涂刷2遍TB-Ⅱ砼宝面料，使混凝土表面光滑，翻旧如新，增强老混凝土的耐久性。

3.2 胸墙加固处理措施

3.2.1胸墙加固方案

为提高胸墙整体性，改善其受力性能，针对胸墙仅有竖向裂缝的现状，并根据胸墙产生的裂缝宽度，分别采取充填丙乳砂浆、表面涂刷丙烯酸酯共聚乳液和填筑丙乳砂浆补强处理等不同的加固措施。

3.2.2施工工艺

3.2.2.1 采用“丙乳砂浆修补”方案对胸墙原混凝土进行加固处理

（1）胸墙裂缝宽度大于0.5mm时，采用充填丙乳砂浆法处理裂缝，具体做法是沿裂缝处凿“V”形槽，槽顶宽约10cm，用压缩空气清扫槽内残渣，然后涂刷界面剂，在槽中填入丙乳砂浆。

（2）胸墙发生的微细裂缝，处理时采用表面涂刷丙烯酸酯共聚乳液，以提高其防水性及耐久性。

（3）胸墙发生剥蚀区域的混凝土进行“凿旧补新”修补，即清除受到剥蚀作用损伤的老混凝土，回填丙乳砂浆补强处理。具体做法是将原混凝土凿除，凿除厚度约3cm，凿除后清理掉表面松动混凝土或骨料，用高压水枪冲洗干净，使基面洁净无油污。清理完毕后要在老混凝土基面上涂刷一层聚合物乳液水泥净浆或界面剂作为结合面粘结涂层。

浇筑丙乳砂浆宜采用分层施工，且在上一层丙乳砂浆浇筑完成后尚没有初凝前接着浇筑下一层。每一层浇筑厚度一般为1～2cm。丙乳砂浆浇筑完成后，需要加强早期的潮湿养护，以防止修补砂浆发生干缩裂缝、起皮脱落，引起质量下降。

3.2.2.2 胸墙混凝土翻新与防碳化处理方案

对胸墙混凝土表面进行翻新处理，材料选用TB-Ⅱ砼宝底料和面料。

（1）先将未做处理的混凝土基面进行彻底清除，露出坚实新基面，打磨并冲洗基面，干净无尘，无明水。

（2）涂刮2遍TB-Ⅱ砼宝底料，涂刷2遍TB-Ⅱ砼宝面料，使混凝土表面光滑，翻旧如新。

4 结语

（1）沙河防潮闸工程主体建筑物混凝土结构所采用的对闸室底板、闸墩、胸墙除险加固处理措施，通过实践证明，既能节省投资，又能保证施工进度。

（2）工程方案采用的丙乳胶乳水泥砂浆对混凝土修补效果可行，性能优良、施工简便、易于掌握，是一种优良的薄层修补材料，可用于混凝土的表面密封防护防碳化防氯离子侵入处理、混凝土建筑物防渗漏处理、大型水工建筑物的破坏修补。

（3）TB-Ⅱ砼宝经过在沙河防潮闸除险加固中的应用，体现出其施工简便、性能可靠、成本低、见效快、经济效益显著。

参考文献：

［1］河北省水利工程质量检测中心站.唐山市丰南区黑沿子防潮闸安全检测报告［R］.2010.

［2］袁庚尧，余伦创.全国病险水闸除险加固专项规划综述［J］.水利水电工程设计，2003（3）.

［3］梁民阳，吴兴龙.浙东海塘上水闸病害成因分析及对策［J］.中国农村水利水电，2006（7）.

［4］黄国兴，陈改.水工混凝土建筑物修补技术及应用［M］.北京：中国水利水电出版社，1999.

［5］鲁一晖，孙志恒.水工混凝土建筑物评估与修补［M］.北京海淀出版社，2007.

［6］蔡浚，蔡浩一.上海市病险水闸现状、成因剖析及对策措施［J］.大坝与安全，2002（3）.

［7］兰芙蓉.湖南省水闸安全状况及除险对策［J］. 湖南水利水电，2002（5）.

［8］SL 191—2008，水工混凝土结构设计规范［S］.

［9］杨定华.中国堤防施工丛书———抗碳化法［M］.北京：中国水利水电出版社，2006.

［作者简介］徐蕴（1981—），女（汉族），河北唐山人，工程师，主要从事水利工程设计工作。