徐 輝，陶 東，康 婷

（寧夏回族自治區(qū)唐徠渠管理處，寧夏 銀川 750001）

1 工程概況

唐徠渠是寧夏引黃灌溉最大的干渠，全長294 km，其中干渠長147.7 km，支干渠長146.3 km，渠道砌護率73%，沿線主要建筑物有直開口513座、涵洞44座、水閘51座、渡槽20座、陡坡跌水1座、橋梁240座，各類建筑物共計869座。干渠進口設(shè)計流量127 m/s，年均行水185 d左右，近年年均引水量9.8億m，承擔(dān)著寧夏9個市縣120多萬畝（1畝≈0.067 hm）農(nóng)田灌溉以及典農(nóng)河、沙湖、星海湖等19萬畝湖泊濕地的補水任務(wù)。

2 唐徠渠水工混凝土主要缺陷問題分析

唐徠渠灌區(qū)冬季氣候寒冷，但為增加土壤墑情又必須進行冬灌，冬灌結(jié)束時間多為每年11月20日前后，日平均氣溫已到零下。渠道停水后蓄積在渠道內(nèi)坡的水分來不及完全向外滲出就凍結(jié)在渠道土壤內(nèi)，在冬季遇上極端低溫天氣凍脹變形異常增大，對砼凍融剝蝕破壞異常嚴重。尤其是挖方渠道，冬灌停水后渠道自身的水分不能及時向外滲出，外坡或田間來水又補充在渠道內(nèi)，造成渠道土壤含水量大增，對砼凍融剝蝕破壞更為嚴重。以唐徠渠西門橋下（唐徠渠樁號73+235）渠道混凝土為例，渠道于2003年進行全斷面襯砌，底板襯砌采用40 cm厚的混凝土澆筑，混凝土標號為C30、F200、W6。工程運行10多年后，出現(xiàn)大面積凍融剝蝕破壞，局部剝蝕深度達10 cm左右，部分底板表面鋼筋已經(jīng)露出。通過對渠道運行狀況及施工工藝分析，發(fā)現(xiàn)混凝土凍融剝蝕破壞的主要原因有：①在混凝土拌和、運輸、輸送過程中，引氣劑引發(fā)的微小氣泡大量損失，混凝土含氣量遠低于抗凍混凝土含氣量的要求，導(dǎo)致混凝土抗凍標號達不到設(shè)計要求；②混凝土振搗不密實、養(yǎng)護不到位或者表面受凍害等因素。

3 唐徠渠水工混凝土缺陷修補加固技術(shù)應(yīng)用試驗

為提高渠道及建筑物使用壽命，在不改變原有水工建筑物使用功能和技術(shù)參數(shù)的情況下，管理處對西門橋下渠底混凝土表面進行降糙、補強、防滲、抗凍處理試驗，修復(fù)加固方案如下。

3.1 修補方案

方案一：重度剝蝕部位修補。剝蝕深度大于30 mm區(qū)域為重度剝蝕區(qū)，采用聚合物混凝土和聚合物砂漿進行修補處理，具體方案見圖1。

圖1 重度剝蝕部位修補處理方案

方案二：中度剝蝕部位修補。剝蝕深度5～30 mm區(qū)域為中度剝蝕區(qū)，建議采用聚合物砂漿進行修補處理，具體方案見圖2。

圖2 中度剝蝕部位修補處理方案

方案三：輕微剝蝕或暫未剝蝕需修補部位，采用4種不同的防護材料進行整體防護處理。整體防護的目的主要是為混凝土提供一個整體防護、防滲涂層，杜絕空氣、水分進入混凝土內(nèi)部，防止凍融剝蝕、鋼筋銹蝕、混凝土碳化等老化病害的發(fā)生和發(fā)展。

第一種：聚合物水泥基類涂料，如SK9608滲透型防滲防碳化涂料，是由高分子聚合物乳液、水泥、石英粉、外加劑組成的水性涂料，屬綠色環(huán)保材料，具體方案見圖3。

圖3 SK9608涂層防護處理方案

第二種：環(huán)丙涂層材料。以環(huán)氧樹脂、丙烯酸聚氨酯為主要材料，如HY804有機硅環(huán)丙樹脂涂料，具體方案見圖4。

圖4 HY804環(huán)丙涂層防護處理方案

第三種：聚脲涂層。聚脲是由異氰酸酯組份反應(yīng)生成的一種彈性體涂層材料，具體方案見圖5。

圖5 聚脲防護處理方案

方案四：重新澆筑混凝土表面撒播強化料處理方案。鑿除凍融剝蝕混凝土，鑿除深度20 cm，重新澆筑C30F200W8混凝土，表面撒播混凝土強化料進行壓光。

3.2 修補防護處理方案的優(yōu)勢特點[2]

SK9608涂層：具有優(yōu)異的粘結(jié)強度、延伸性、韌性和耐久性；粘結(jié)牢固，涂層致密，良好的抗?jié)B性；有效阻止水分、CO、Cl、SO對混凝土腐蝕性破壞；可在潮濕或干燥基面上直接施工；其為水性涂料，屬綠色環(huán)保材料。

HY804環(huán)丙涂層：具有良好的粘結(jié)強度，確保涂層與混凝土基礎(chǔ)粘結(jié)牢固；具有較高的韌性、抗壓強度和抗沖擊性能；涂層連續(xù)、致密光滑，表面平整，糙率系數(shù)極低，提高流速和過水能力；丙烯酸聚氨酯面漆具有優(yōu)異的耐候性、耐紫外線、耐化學(xué)品性、耐鹽霧性能、耐沖擊性和耐磨性，野外暴露環(huán)境條件下使用壽命達20年以上。

聚脲涂層：具有良好的抗拉強度高（＞15 MPa）和斷裂伸長率（＞300%）；粘結(jié)強度高，涂層與基層粘結(jié)牢固；噴涂一次成膜，無接縫、連續(xù)，快速固化，施工速度快；不含有揮發(fā)性溶劑，屬環(huán)保綠色材料。

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重新澆筑混凝土表面強化料：能夠提高混凝土表面硬度和強度；大幅度提高混凝土表面耐磨性能和抗沖刷性能；通過選擇強化料顏色，混凝土表面更加具有裝飾性。

3.3 施工工藝及技術(shù)要求

3.3.1 應(yīng)用范圍

適用于渠道、溢洪道、水閘、渡槽、橋梁等水工混凝土建筑物的修補及防護處理。

3.3.2 主要材料

主要材料包括HY801底涂界面劑、HY804有機硅烷丙烯酸復(fù)合涂料、M901丙烯酸聚氨酯面漆、SPC界面劑、SPC聚合物砂漿、SK9608防滲防碳化涂料，性能指標如下。

HY801底涂界面劑性能指標檢驗項目：表干時間小于等于6 h，粘結(jié)強度大于等于2.5 MPa。

HY804有機硅烷丙烯酸復(fù)合涂料性能指標檢測項目：抗壓強度大于等于60.0 MPa，抗折強度大于等于10.0 MPa，粘結(jié)強度大于等于2.5 MPa，抗凍標號大于等于F300，抗?jié)B標號大于等于W12。

M901丙烯酸聚氨酯面漆性能指標檢驗項目：表干時間小于等于4 h，表干時間小于等于24 h；在耐候性（人工加速老化1 000 h）方面，氣泡、剝落、粉化等級為0；在耐堿性（30 d）方面，無氣泡、剝落、粉化現(xiàn)象；在耐酸性（30 d）方面，無氣泡、剝落、粉化現(xiàn)象；附著力大于等于1.5 MPa；在抗凍性（200次凍融循環(huán)）方面，無脫落、破裂、氣泡現(xiàn)象。

SPC聚合物砂漿技術(shù)指標檢驗項目：抗壓強度大于等于30 MPa，抗折強度大于等于8 MPa，粘結(jié)強度大于等于4 MPa，抗凍標號大于等于F300，抗?jié)B標號大于等于W12。

SK9608滲透型防腐防碳化涂料技術(shù)指標檢驗項目：抗壓強度大于等于30 MPa，抗折強度大于等于8 MPa，粘結(jié)強度大于等于1.5 MPa，抗凍標號大于等于F300，抗?jié)B標號大于等于W12。

聚脲應(yīng)符合DL/T 5317—2014《水電水利工程聚脲涂層施工技術(shù)規(guī)程》有關(guān)技術(shù)要求。

混凝土強化料應(yīng)符合JC/T 906—2002《混凝土地面用水泥基耐磨材料》有關(guān)技術(shù)要求。

3.3.3 修補工藝及技術(shù)要求

基礎(chǔ)處理：①對混凝土表面采用合金磨片進行打磨，直至露出堅硬、新鮮的混凝土基面；②對凍融剝蝕、漏筋部位采用SPC聚合物砂漿進行修復(fù)；③對混凝土裂縫、漏水部位采用高壓灌漿工藝進行化學(xué)灌漿處理；④采用高壓水沖洗干凈混凝土表面。

配制材料：①涂層材料必須按配比嚴格配制，不得隨意加水稀釋；②涂層材料充分攪拌均勻，切記一次拌料不能太多，隨用隨拌。

涂層施工：①充分濕潤混凝土表面，均勻涂刷1道SPC界面劑；②刮涂涂層材料，根據(jù)各自材料特性按照技術(shù)要求刮涂相應(yīng)層數(shù)，控制刮涂厚度；③對于立面、斜面和底部，一次涂層厚度要薄，防止流淌；④特殊部位如存在蜂窩、麻面、破損部位，可適當(dāng)增加涂層次數(shù)；⑤根據(jù)各自材料特性自然養(yǎng)護7～14 d即可投入運行。

4 水工混凝土缺陷修補加固技術(shù)在寧夏引黃灌區(qū)的應(yīng)用思考

4.1 寧夏引黃灌區(qū)工程建設(shè)現(xiàn)狀

混凝土砌護渠道具有防滲抗沖、耐用美觀等諸多優(yōu)點，因此在寧夏引黃灌區(qū)節(jié)水改造項目中被大量采用。據(jù)統(tǒng)計，寧夏引黃灌區(qū)主要包括衛(wèi)寧灌區(qū)、青銅峽灌區(qū)和揚黃灌區(qū)三大灌區(qū)，包含干渠及支干渠91條共計2 214.8 km，各類渠系建筑物7 615座，灌溉面積達784萬畝。自1998年以來，寧夏引黃灌區(qū)從區(qū)情出發(fā)，以水資源高效利用為中心，以基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為重點，啟動實施了寧夏大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項目，主要實施渠道襯砌加固以及病險建筑物改造工程。截止目前，已襯砌加固渠道1 865.8 km，砌護率達到84%。

4.2 寧夏引黃灌區(qū)水工混凝土缺陷原因分析及修補加固的必要性

由于寧夏地處西北內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)，氣候冬季嚴寒、夏季炎熱，冬季最低氣溫可達-22℃以下，日平均氣溫在零下的時間多達90余天。冬灌停水時間在11月下旬，一般平均氣溫在-10～-2℃之間。受多種因素影響，部分渠段渠水不能及時排出，導(dǎo)致混凝土表面結(jié)冰，形成了一個封閉層使土壤中的水分也無法正常排出，且部分混凝土工程因建設(shè)標準較低、施工質(zhì)量把控不嚴等各種主觀和客觀因素的影響，在連續(xù)凍脹和凍融作用下，襯砌渠道以及水工混凝土建筑物在運行中屢次出現(xiàn)凍脹破壞現(xiàn)象，造成襯砌面的破損、變形、裂縫甚至是渠道滑坡等情況，渠道防滲效果大大降低，渠道運行安全性無法保障，影響到水的利用率及工程效益的發(fā)揮。根據(jù)檢查評估統(tǒng)計，目前寧夏引黃灌區(qū)中運行超過10年的襯砌渠道，已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的凍脹破壞現(xiàn)象，而且隨著工程運行年限的增加，混凝土凍脹破壞會日益加劇。因此，混凝土修補防護材料和工藝技術(shù)在灌區(qū)工程中大面積推廣利用，對延長水工混凝土使用壽命、降低渠道及建筑物的運行維護成本、提高灌區(qū)水工程效益有著重要意義。

4.3 水工混凝土缺陷修補加固方案試驗結(jié)果

根據(jù)唐徠渠渠道底板凍融剝蝕修補防護處理現(xiàn)場試驗，經(jīng)過一個冬季運行，在2021-03-15進行現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，大部分修補底板表面平整、無空鼓、無開裂、無剝蝕現(xiàn)象，修補質(zhì)量較好。結(jié)合渠道破壞狀況、現(xiàn)場試驗情況以及類似工程修補經(jīng)驗，推薦以下修補方案。

輕度剝蝕（剝蝕深度小于5 mm）部位修補：局部SPC聚合物砂漿修補，表面HY804有機硅烷丙烯酸復(fù)合涂料防護處理（1.5 mm）。

中度剝蝕（剝蝕深度5～30 mm）部位修補：采用聚合物砂漿+SK9608滲透型防腐防碳化涂料進行修補處理。

重度剝蝕（剝蝕深度大于30 mm）部位修補：采用聚合物混凝土和聚合物砂漿進行修補處理。

4.4 水工混凝土缺陷修補加固方案應(yīng)用推廣建議

根據(jù)《寧夏水利建筑工程預(yù)算定額》測算，水工混凝土輕度剝蝕修補成本約150元/m，中度剝蝕修補成本約300元/m，重度剝蝕修補成本約470元/m。而如果拆除重建，按照目前渠道襯砌40 cm厚度測算，拆除重建費用約400元/m。因此，從施工成本、施工難度、工期等綜合因素考慮比較，建議在水工混凝土出現(xiàn)輕度剝蝕時采取第一種修補方案，即局部SPC聚合物砂漿修補，表面HY804有機硅烷丙烯酸復(fù)合涂料防護處理（1.5 mm）方案最為經(jīng)濟可行。