濱州市廿里堡閘碳化凍融危害及防治

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，地處濱城區三河湖鎮廿里堡村南，為大（2）型河道節制閘，控制流域面積10 250 km2，主要用于調蓄洪水、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孔閘橋結構；水閘結構型式為鋼筋混凝土開敞式，共24孔，其中老8孔結構型式為鋼筋混凝土倒拱基礎，鋼筋混凝土閘墩，鋼絲網混凝土平板閘門；后建16孔為鋼筋混凝土灌注樁基礎、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孔交通橋為磚混結構，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、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，碳化、凍融破壞成為節制閘等建筑物的主要病害。加之工程建設時正處于歷史特殊時期，技術管理混亂，部門交叉，施工管理和驗收程序規范性重視不夠，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，很多部位出現了問題，2000年被省有關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防措施，對工程發揮效益起到了積極的保障作用。

1 碳化、凍融破壞原因分析及危害

1.1 原因分析

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，加之閘后交通橋寬，閘孔凈寬小，閘墩及排架遮陽，致使冬季閘門上下游結冰嚴重。

3）受當時條件限制，施工工藝差，施工質量得不到保證，混凝土表面粗糙，蜂窩、麻面、露沙粒現象嚴重，處于最不利條件的邊角和工作縫部位混凝土殘缺，結合不好，對混凝土的耐久性產生很大的影響。

4）管理缺失和經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、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，產生順筋裂縫。

1.2 危害表現

碳化對混凝土的影響主要是強度降低，鋼筋銹蝕，產生裂縫；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，主要表現有：

1）混凝土閘墩水位變化區受碳化、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，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，加上風浪沖擊，坍塌、滑坡現象嚴重。

3）閘門槽多處出現裂縫，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生的靜冰壓力作用而出現裂縫、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孔交通橋為磚混結構，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，產生裂縫，嚴重降低了工程整體強度和安全性。

2 治理與預防措施

2.1 治理措施

根據工程部位、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、與砌體黏結強度較高、且收縮性小的預縮砂漿填入砌縫，分層搗實、壓光后加以養護。

2）噴漿修補。主要對閘墩混凝土剝蝕嚴重的區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合，然后利用高壓泵噴填混凝土。一次側噴厚度在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，再用高標號砂漿壓光處理。

3）環氧材料修補。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，涂抹一層環氧基液后，再涂填環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，使環氧砂漿與混凝土緊密結合。

4）拆除維修。主要對護坡局部塌陷或滑坡進行處理。拆除破壞區石塊，鑿除四周風化或損壞的砌體灰漿，清洗干凈，再用符合質量要求的石塊及與原砌體強度適應的砂漿補強修復，勾好灰縫。修補時應做到新老砌體犬牙交錯，并用坐漿法安砌，以保證施工質量。

2.2 預防措施

1）優先采用適宜原材料，如根據不同的部位和環境特點，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，采用環氧砂漿填補，以增強抗碳化能力。另外在混凝土結構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，達到防碳化的結果。

2）防止建筑物周邊結冰，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，多次出現閘門受厚冰擠壓而產生裂縫。為徹底根治冰凍危害，成功試制電力牽引破冰船。在開始結冰時，定時開啟牽引設備，破冰船在水中往返走動，使閘門周邊水不結冰，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）在工程結構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，底部加設反濾墊層達到排水效果以預防凍脹。加強工程運行的管理養護，對工程結構出現的破壞、破損及時修復。

3 結語

對于水工建筑物混凝土碳化、凍融破壞的防治，應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，嚴把施工質量關，以達到延長工程使用壽命的目的。