大圳灌区干渠渠系建筑物混凝土老化现状及防治对策

杨军 阳沛钦

（武冈市大圳灌区管理局邵阳市422400）（湘中水利水电工程建设有限公司娄底市417000）

1 工程概述

大圳灌区位于衡邵干旱走廊的高台地带，是一个设计灌溉面积3.57万hm2（计53.56万亩）农田的大型灌区，兼有发电、防洪、航运、城镇工矿供水和养殖等综合利用的大型水利工程。灌区工程于1965年动工兴建，1972年部分工程竣工投入运行，1979年主体工程基本建成并投入运行。灌区范围涉及邵阳市新宁、武冈、洞口、隆回、邵阳5县（市）32个乡（镇）632个村的2 680 km2，在灌区修建以前，基本上是十年九旱，灌区工程投运后，基本上改变了这一干旱地区的面貌，已成为干旱区80万人民群众的生活源泉，对促进这一地区的工农业生产起了巨大作用。

灌区干渠（含总干渠）上的主要建筑物有：渡槽57处，计长5 319 m；隧洞27处，计长11 878 m；倒虹吸管7处，计长8 978 m；暗涵59处；各类水闸（分水闸、节制闸、泄洪闸）103处；其它附属建筑物399处。其中包括具有代表性，达到世界先进水平的新安铺倒虹吸管，其最大水头140 m，设计流量7.5 m3/s，总长5 562.5 m。湖南省最长的水工隧洞——万峰隧洞，其设计流量14 m3/s，总长5 620 m。

2 存在的问题

大圳灌区工程是一个“三边”工程，点多线长，200多km干渠大多处于高台地带，工程建设标准低、质量差、险工隐患多。根据对渠系建筑物的老化观测，总干渠及干渠上的渡槽、倒虹吸管、隧洞、闸门支排架等有80%以上的建筑物出现了不同程度的裂缝，碳化、冻融破坏。云里坳及大坪倒虹吸的部分地方混凝土碳化深度达30 mm，很多部位可看见白色的游离碳酸钙，通水时可看到渗水。多数渡槽、闸门等也出现裂缝及老化破损，多处漏水。主要问题表现在以下几点：

（1）裂缝。倒虹吸管身裂缝主要有三种：纵向缝、环向缝和斜向缝。纵向缝主要分布在管身两侧；环向缝主要分布在支座环的两侧；斜向缝主要分布在支座附近。裂缝处有白色的游离碳酸钙渗出。

渡槽裂缝根据出现的数量和位置分为三种类型：双悬臂渡槽裂缝、简支渡槽裂缝及排架裂缝，渗水处可见白色的游离碳酸钙。

（2）混凝土疏松、碳化较深。部分钢筋混凝土保护层脱落，钢筋锈蚀。

（3）冻融破坏主要表现在渠道混凝土，多处渠道混凝土表层脱落、开裂，漏水严重。

3 水工建筑物混凝土裂缝、碳化、冻融破坏成因分析

（1）混凝土的碳化。混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3＋H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。

（2）混凝土的裂缝。混凝土裂缝的成因：有温度变化、收缩、不均匀沉陷引起的裂缝；有外载作用引起的裂缝；有环境不当和化学作用引起的裂缝；有设计、施工和养护等人为作用引起的裂缝等。像大坪及云里坳倒虹吸的裂缝主要是当时的施工条件引起的。

（3）混凝土的冻融破坏。混凝土冻融破坏的影响因素是多方面的。一是组成混凝土的主要材料性质的影响；二是外加剂的影响；三是施工工艺影响；四是施工质量没控制好。冻融破坏在大圳总干渠及干渠渠墙可见到多处发生混凝土表层脱落、开裂。

4 水工建筑物混凝土裂缝、碳化、冻融破坏的对策

（1）针对混凝土碳化。对于混凝土的碳化破坏，我们在施工中总结出了一系列治理措施：一是在施工中应根据建筑物所处的地理位置、周围环境，选择合适的水泥品种；二是分析骨料的性质，如抗酸性骨料与水、水泥的作用对混凝土的碳化有一定的延缓作用；三是要选好配合比，适量的外加剂，高质量的原材料；另外，若建筑物地处环境恶劣的地区，宜采取环氧基液涂层保护效果较好，对建筑物地下部分在其周围设置保护层；用各种溶注液浸注混凝土，若建筑物一旦发生了混凝土碳化，最好采用环氧材料修补，若碳化深度较大，可凿除混凝土松散部分，洗净进入的有害物质，将混凝土衔接面凿毛，用环氧砂浆或细石混凝土填补，最后以环氧基液做涂基保护。像大圳新安铺倒虹吸管内壁因水流引起的蜂窝、麻面采用环氧砂浆进行了修补，大圳白洋坪渡槽采用SPC聚合物砂浆对槽内的冲坑进行了修补，经过近10年的运行后检查未发现有异常现象。

（2）针对混凝土裂缝。对于倒虹吸与渡槽的裂缝可采取环氧树脂贴玻璃布修补或内衬钢板；修补后可以增加混凝土的抗裂强度及起到防渗作用，从而保护钢筋不锈蚀，阻止裂缝继续扩展。环氧树脂贴玻璃布修补施工流程如下：

●对裂缝所在部位的混凝土进行凿毛，然后用高压水冲洗干净；

●将玻璃布脱蜡处理后，放入烤炉加温至（300～400）°C，烘烤（3～5）min，待颜色由白变黄，再由黄变白即可，视裂缝的长宽情况加搭接长度（不小于10 cm）裁剪下备用；

●将环氧树脂E44，聚酰胺树脂“650”、二丁酯、丙酮按100∶80∶5∶20的比例配成基液；

●将环氧树脂基液均匀刷在经过处理后的混凝土表面，贴上第一层玻璃布，压实、整平、排气后再均匀涂上基液，贴上第二层玻璃布，按上述工艺直到粘贴需要层数（一般3～4层），最后一层表面涂刷一次基液。每贴一层，一般各间隔2 h以上；

大圳云里坳及大坪倒虹吸的裂缝渗水问题分别在1988年、1999年采用了内衬钢板，目前一直运行良好。

排架裂缝可用环氧砂浆及NUS水泥砂浆等进行修补。

（3）针对混凝土冻融破坏。对于混凝土冻融破坏的对策，结合大圳的渠道混凝土施工，总结出了如下几点：

●预防措施。一是在混凝土施工中应根据不同情况选择含有不同矿物成份和不同性能的水泥、骨料和外加剂；二是严格混凝土制作配合比；三是人为地优化建筑物混凝土构件周围的环境条件。

●治理措施。①高标号水泥砂浆修补，适用于轻微的表层破坏；②预缩砂浆修补，所谓预缩砂浆是指经拌和好之后再归堆放置（30～90）min后才使用的干硬性砂浆，此种方法适高速水流区混凝土表面的损坏；③喷浆修补，多用于混凝土冻融破坏化较严重的部位；④环氧材料修补，一般有环氧基液、环氧砂浆和环氧混凝土等。大圳总干渠上段多处混凝土的修补采用了高标号砂浆抹面，经过近几年的观察，发现防渗，防冲及防冻效果良好。

5 结语

本文简要概括了大圳灌区水工干渠渠系建筑物混凝土老化破坏的现状及其防治的主要措施，我们的原则应该是防重于治，首先应根据混凝土所处的环境，合理进行配合比设计；其次是严把施工质量关，加强工程运行中科学管理，发现碳化，裂缝、冻融破坏及时采取防范保护和修补措施，以达到或延长工程的使用寿命。