范宗光,李奎剛,謝德俊
(濱州市海河管理局,山東 濱州 256616)
濱州市廿里堡閘位于山東省北部海河流域徒駭河上,地處濱城區(qū)三河湖鎮(zhèn)廿里堡村南,為大(2)型河道節(jié)制閘,控制流域面積10 250 km2,主要用于調(diào)蓄洪水、灌溉及除澇。該閘在1959—1969年分3期建成。右岸8孔由交通部門于1959年設(shè)計并施工;1961年將左岸引道改建為泄洪道泄洪,次年在此位置建交通橋3孔;1969年將橋改造并擴建為16孔閘橋結(jié)構(gòu);水閘結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土開敞式,共24孔,其中老8孔結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土倒拱基礎(chǔ),鋼筋混凝土閘墩,鋼絲網(wǎng)混凝土平板閘門;后建16孔為鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)、鋼筋混凝土底板,變截面鋼筋混凝土及漿砌石閘墩,鋼筋混凝土平板閘門。老8孔交通橋為磚混結(jié)構(gòu),新16孔交通橋橋墩為混凝土墩墻和雙井柱兩種型式,橋面采用鋼筋混凝土微彎板,閘室上下游翼墻均為漿砌塊石扭坡。
運行多年來,受泥沙、水流、物理、化學(xué)、氣溫等多方面因素的影響,建筑物的老化病害問題日益顯現(xiàn),碳化、凍融破壞成為節(jié)制閘等建筑物的主要病害。加之工程建設(shè)時正處于歷史特殊時期,技術(shù)管理混亂,部門交叉,施工管理和驗收程序規(guī)范性重視不夠,后期管理缺失,致使工程存在的問題不能及時解決,工程碳化、老化、凍融危害嚴重,很多部位出現(xiàn)了問題,2000年被省有關(guān)部門鑒定為病險水閘。為解決碳化、凍融破壞對建筑物造成的危害,管理部門采取了一系列治理和預(yù)防措施,對工程發(fā)揮效益起到了積極的保障作用。
混凝土碳化、凍融破壞的影響因素眾多,徒駭河廿里堡閘受碳化、凍融破壞的程度尤為嚴重,主要原因有:
1)受特殊歷史時期各方面條件的限制,對混凝土強度起決定性作用的水泥品種、骨料質(zhì)量無法保證,原建筑物閘墩混凝土水泥品種混雜、強度等級偏低。粗骨料不分級,混合使用,含泥量及雜質(zhì)高,用紅磚代替碎石,抗凍能力不夠。
2)受老8孔的影響,大閘擴建完成后,整體工程為偏東南—西北走向,加之閘后交通橋?qū)挘l孔凈寬小,閘墩及排架遮陽,致使冬季閘門上下游結(jié)冰嚴重。
3)受當(dāng)時條件限制,施工工藝差,施工質(zhì)量得不到保證,混凝土表面粗糙,蜂窩、麻面、露沙?,F(xiàn)象嚴重,處于最不利條件的邊角和工作縫部位混凝土殘缺,結(jié)合不好,對混凝土的耐久性產(chǎn)生很大的影響。
4)管理缺失和經(jīng)驗不足造成受損建筑物長期得不到管護和修繕,致使混凝土及漿砌石閘墩水位變化區(qū)、閘門、閘門槽等部位的混凝土常因凍融而遭到剝蝕破壞;機架橋排架、機架橋縱梁和面板等部位的混凝土因碳化引起鋼筋銹蝕而體積膨脹,產(chǎn)生順筋裂縫。
碳化對混凝土的影響主要是強度降低,鋼筋銹蝕,產(chǎn)生裂縫;冰凍對建筑物的破壞形式多種多樣。徒駭河廿里堡閘運行多年來,碳化、凍融破壞嚴重,主要表現(xiàn)有:
1)混凝土閘墩水位變化區(qū)受碳化、凍融作用使建筑物混凝土表面酥松剝落,一般在8~10 cm,鋼筋處于較嚴重銹蝕狀態(tài),強度降低。漿砌石墩墻砂漿剝蝕嚴重,勾縫砂漿大面積脫落,對其耐久性產(chǎn)生較大影響。
2)護坡的破壞。護坡土層不均勻凍脹造成護坡隆起開裂、沉陷,加上風(fēng)浪沖擊,坍塌、滑坡現(xiàn)象嚴重。
3)閘門槽多處出現(xiàn)裂縫,其形狀、長短各異,縫寬一般在0.2~0.6 mm;閘墩、機架橋排架、交通橋裂縫甚為嚴重,對整個大閘的安全造成威脅。
4)混凝土閘門受冰層膨脹產(chǎn)生的靜冰壓力作用而出現(xiàn)裂縫、變形,局部保護層脫落,鋼筋裸露,銹蝕嚴重,門板開始滲水,嚴重影響了建筑物的安全運行。1971年冬,閘前全河封凍,造成4孔閘門受厚冰擠壓而出現(xiàn)裂縫;1976年,由于嚴寒河封,冰層較厚,人工破冰不及時,又有10孔閘門受擠壓裂縫。
5)老8孔交通橋為磚混結(jié)構(gòu),冬季橋面雨雪融化后,積水順排水孔浸潤到紅磚拱頂,紅磚受凍融作用,砌縫砂漿脫落,產(chǎn)生裂縫,嚴重降低了工程整體強度和安全性。
根據(jù)工程部位、損壞程度、所用材料的性能,采取不同的施工工藝和方法,以期達到較好的修補效果,延長工程的使用壽命。
1)水泥砂漿修補。適用于輕微的表層破壞,主要對漿砌石墩墻砂漿勾縫。首先將損壞部分鑿除,沖洗干凈,把抗壓、抗拉、與砌體黏結(jié)強度較高、且收縮性小的預(yù)縮砂漿填入砌縫,分層搗實、壓光后加以養(yǎng)護。
2)噴漿修補。主要對閘墩混凝土剝蝕嚴重的區(qū)域進行噴射細石混凝土。先將剝蝕面鑿毛、沖洗,保持濕潤,以保證噴漿層與原混凝土的良好結(jié)合,然后利用高壓泵噴填混凝土。一次側(cè)噴厚度在3~4 cm,并不小于最大骨料粒徑的1.5倍,噴射間隙掌握在上一次噴層未完全凝固前,符合厚度要求后,再用高標(biāo)號砂漿壓光處理。
3)環(huán)氧材料修補。主要對閘門槽、閘墩、機架橋排架、交通橋裂縫及閘門板、梁裂縫及脫落部位進行了修補。將混凝土脫落部位鑿毛并將裸露鋼筋除銹,洗刷干凈,涂抹一層環(huán)氧基液后,再涂填環(huán)氧砂漿至與混凝土表面齊平,然后以燒熱的鐵抹壓實抹光,用塑料布覆蓋,使環(huán)氧砂漿與混凝土緊密結(jié)合。
4)拆除維修。主要對護坡局部塌陷或滑坡進行處理。拆除破壞區(qū)石塊,鑿除四周風(fēng)化或損壞的砌體灰漿,清洗干凈,再用符合質(zhì)量要求的石塊及與原砌體強度適應(yīng)的砂漿補強修復(fù),勾好灰縫。修補時應(yīng)做到新老砌體犬牙交錯,并用坐漿法安砌,以保證施工質(zhì)量。
1)優(yōu)先采用適宜原材料,如根據(jù)不同的部位和環(huán)境特點,選擇抗腐蝕性強的水泥品種。對閘墩、機架橋排架、交通橋等裂縫處理后,將混凝土銜接面鑿毛,采用環(huán)氧砂漿填補,以增強抗碳化能力。另外在混凝土結(jié)構(gòu)表面用溶化的瀝青涂抹,增加一層保護膜以隔斷與外界的直接接觸,達到防碳化的結(jié)果。
2)防止建筑物周邊結(jié)冰,可使用破冰船破冰或人工破冰。
破冰船破冰。徒駭河廿里堡閘自運行以來,多次出現(xiàn)閘門受厚冰擠壓而產(chǎn)生裂縫。為徹底根治冰凍危害,成功試制電力牽引破冰船。在開始結(jié)冰時,定時開啟牽引設(shè)備,破冰船在水中往返走動,使閘門周邊水不結(jié)冰,形成3 m左右寬度的不凍槽,基本解決了閘門受冰擠壓的危害。
人工破冰。在閘墩需破冰部位搭腳手架平臺,臺面高出水面約0.5 m,人站在平臺上用大槌或其他工具定時破冰。一般在冰凍初期就需破冰,不可等到冰層結(jié)厚時。在護坡、閘墩等建筑物周圍開一條0.5~2.0 m寬的不凍槽,以隔絕冰壓力的傳播。
3)在工程結(jié)構(gòu)及管理上采用防護措施。在背陰面日照時間短冰凍比較嚴重的護坡段,維修加固和接長護坡時選用尺寸較大、棱角分明、平整度好的石材,底部加設(shè)反濾墊層達到排水效果以預(yù)防凍脹。加強工程運行的管理養(yǎng)護,對工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的破壞、破損及時修復(fù)。
對于水工建筑物混凝土碳化、凍融破壞的防治,應(yīng)針對破壞原因采取以工程措施為主非工程措施為輔的方法,防止碳化、冰凍危害的進一步發(fā)展。防治過程中盡量選擇高性能新型材料,采用新型施工工藝,嚴把施工質(zhì)量關(guān),以達到延長工程使用壽命的目的。