万福闸加固工程下游侧闸墩表面防碳化处理施工实践探讨

万　泉　陈　勇　蔡玲玲

(1.江苏省江都水利工程管理处， 江苏 江都　225200；2.江苏淮源工程建设监理有限公司， 江苏 淮安　223005)



万福闸加固工程下游侧闸墩表面防碳化处理施工实践探讨

万泉1陈勇2蔡玲玲1

(1.江苏省江都水利工程管理处， 江苏 江都225200；2.江苏淮源工程建设监理有限公司， 江苏 淮安223005)

随着水工建筑物混凝土表面碳化程度的不断加深，防碳化处理技术成为水闸除险加固施工的主要方法。本文以万福闸下游侧闸墩表面防碳化问题的处理为例，介绍了该项目施工方案的比选以及采用丙乳砂浆抹面处理的施工措施。实践证明，丙乳砂浆抹面施工方法简单，速度较快，技术成熟，经济可靠，可作为类似工程施工之借鉴。

丙乳砂浆； 碳化处理； 加固施工

1　工程概况

万福闸位于扬州市以东10km的廖家沟上，它是淮河入江水道的主要控制建筑物之一，也是淮河入江水道归江控制工程中最大的口门，承担着淮河中上游约65%的洪水入江任务。该工程兴建于1959年，闸室共65孔，为开敞式钢筋混凝土结构，每孔净宽6m，总净宽390m，设计流量8270m3/s，属大(1)型水闸、水工Ⅱ等建筑物。该工程自1962年建成以来，在防洪保安、引江灌溉、调蓄优化通航环境、改善工业及生活用水条件等方面发挥了极其重要的作用，综合效益十分显著[1]。

万福闸兴建于“大跃进”时期，受当时经济条件的限制，工程建设标准较低。其中，闸墩原设计为C15少筋混凝土，粗骨料以鹅卵石为主，仅有少量的碎石。在1986—1994年对万福闸进行的较全面的除险加固过程中，对排架下部的闸墩连同排架一起进行了加固处理，具体做法是凿除表层混凝土(约13cm)，钢筋除锈补强后喷高等级细石混凝土(C30)加固，但位于公路桥下部的下游侧闸墩(高程-2.0～8.0m)未进行处理[2]。经多年运行，该部位闸墩混凝土病害已较为严重。经检测，闸墩混凝土强度不足C10，较为酥松。混凝土碳化深度：高程4.0～8.0m处为3.5～4cm左右；高程3.5m处2.7～4cm；高程4.5m处为8cm；高程-2.0～1.0m，总体在3.0cm以内，最大为3.2cm，其值均超过了钢筋保护层厚度，水位变化区(高程1.0～4.0m)骨料外露现象较为严重(如图1所示)。因此，在本次淮河入江水道整治万福闸加固工程实施中，对该部位闸墩进行防碳化处理,总体防碳化面积约19500m2[3]。

图1　水位变化区闸墩表面混凝土骨料外露

2　施工方案比选

2.1聚合物抗裂砂浆抹面施工工艺试验情况

2013年1月，施工单位在64号孔闸墩下游侧按照设计图纸提供的施工工艺进行了闸墩表面人工凿毛、CT203聚合物防水抗裂砂浆抹面处理试验。在试验过程中，发现不少问题，主要表现在：

a.由于闸墩粗骨料以鹅卵石为主，凿除深度很难控制，且深浅差易太大，一般在3～7cm不等，局部更深。

b.在鹅卵石混凝土中打钢钉较为困难，凿除后表面高低不平也导致钢丝网布设困难。

c.聚合物砂浆层过厚需多遍抹压，施工困难，易下坠，局部与原混凝土表面结合不良，有空鼓现象。

d.整个施工过程工序多，光砂浆就要分3～4遍涂刷，混凝土凿除、砂浆涂刷及抹压等工作效率低，施工周期长。

e.由于玻璃纤维网格布设网眼小而密，加剧了表层砂浆与底层砂浆的分层，在表层聚合物防水抗裂砂浆凝固过程中易出现脱落现象。

f.施工成本过高。表层混凝土凿除每个工人工资约200元/工日，砂浆厚度远大于3cm，材料价格超过100元/m2，再加上粉刷人工，初步测算其成本将达到200元/m2以上，而相应投标价格仅为85元/m2。总投资将达到350万元，超出概算170万元，将导致施工单位亏损近200万元；此外，水下部位用钢围堰施工十分困难，施工成本将更高。

以上工艺试验结果表明，该施工设计方案虽然较原初步设计方案有所改进，但工序仍较为复杂，加之原混凝土结构材料较为特殊，施工工效不高，质量控制较为困难，造价较高，因此，须作进一步的优化调整。

2.2丙乳砂浆抹面施工工艺试验情况

鉴于聚合物抗裂砂浆抹面施工方案存在一些困难和不足，建设处会同设计单位进一步开展了方案论证，在广泛调研的基础上，结合工程实际情况，改进了施工工艺，优化了聚合物砂浆的施工方案。2013年9月，由施工单位和聚合物材料研制单位共同在64号孔左侧闸墩水位变化区和水位变化区以上部位分别进行了抹面处理试验，试验材料主要为丙乳溶液、黄沙以及P.O42.5普通硅酸盐水泥；闸墩表面凿毛方法也经过试验比选，采取电动磨光机凿毛。此次试验取得了较为理想的效果，相比第一次试验，施工工艺较为简单，施工成本有所下降，且更加省时省力，随后对闸墩表面和抹面砂浆进行了回弹，两者未计入碳化深度的回弹强度均值都为20MPa，均符合规范要求。经专家会论证决定，对万福闸下游侧闸墩采取表面轻微凿毛、丙乳砂浆抹面的施工工艺。

3　施工工艺流程

万福闸下游侧闸墩表面凿毛，丙乳砂浆抹面的施工工艺流程如图2所示。

图2　施工工艺流程

4　主要施工过程

4.1施工准备

现场配备了两台小型立式砂浆搅拌机、4辆小推车进行砂浆抹面施工，并制作搭设3孔水上作业平台。

4.2基面处理

4.2.1闸墩混凝土表面凿毛

由于万福闸闸墩表面不仅碳化程度很深，而且还黏附着一层厚约2cm的水藻和贝壳遗体，再加上万福闸建于特殊年代，由于受当时物质条件限制，成型的闸墩混凝土表面平整度偏差较大，表面凹凸不平，如果直接进行丙乳砂浆抹面，效果会很不理想，起不到加固的作用。因此，必须对其表面进行凿毛处理，在实际施工过程中，闸墩表面采用电动磨光机去除表面浮层后将裸露的光滑卵石表面凿毛，并将松软部分凿除，平均凿毛深度控制在1cm左右。

4.2.2凿毛面清洗

基面凿毛后，先用钢丝刷清除粉尘及松散、松动颗粒，再用高压水枪从上至下将其清洗干净，使其表面无软弱、松散附着物。

4.3丙乳砂浆原材料和配合比

a.原材料：水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；黄沙为粒径小于2.5mm标准的石英砂，细度模度1.6的过筛细沙；水为扬州市自来水取水口附近廖家沟河水；聚丙烯酸酯乳液(以下简称丙乳)为科研成果直接转化而成的产品，聚合物丙乳的固体含量为39%～41%。

b.配合比：灰沙比1∶1；水灰比0.4；丙乳净浆配合比=丙乳∶水泥=1∶2；丙乳砂浆配合比=水泥∶黄沙∶丙乳=1∶1∶0.3。丙乳净浆及丙乳砂浆配合比如表1所列。

表1　丙乳净浆及丙乳砂浆基本配合比

c.丙乳砂浆拌制：先将水泥、黄沙干拌均匀，再加入经试拌确定的水量及丙乳，充分拌和均匀，材料必须称量准确，尤其是水和丙乳，拌和过程中不能随意扩大水灰比。每次拌制的砂浆，要求能在30～45min内使用完，不宜一次拌和过多。

4.4涂刷丙乳净浆和丙乳砂浆抹面

待凿毛面无积水达到干饱和状态后，用硬毛刷全面涂刷一层丙乳净浆，以增加层间黏结力，防止沿层渗水破坏，要求净浆涂布均匀，不漏底，不流淌，在凹凸刷不到处用硬毛刷进行垂直插捣。在净浆未硬化前，摊铺丙乳砂浆。砂浆摊铺到位后，用力压实，随后立即抹面(如图3所示)，注意向一个方向抹平。由于老闸墩表面平整度较差，模板缝痕迹明显，较多卵石裸露，表面高差可达15mm，故抹面砂浆厚度按5～15mm控制，结合基面情况，尽可能抹平，使抹面后的闸墩表面平顺、光滑。抹面分两次抹压，以免重垂脱空。两层砂浆抹压的时间间隔为2h(视气温、湿度而定，以手指压下无印痕为准)。修补面积较大时，须跳块施工。

图3　丙乳砂浆抹面施工

4.5养护

丙乳砂浆表面略干后，用喷壶喷水雾养护24h，再撒水养护7d，7d后自然干燥养护。

5　施工质量控制及检测

5.1施工质量控制

施工中质检人员严格按照施工工艺要求和施工流程对每道工序进行质量检查，保证每道工序验收合格后方能进行下一道工序施工。主要控制点如下：

a.凿毛面要均匀，裸露的光滑卵石表面配以人工凿凹痕的方法进行凿毛处理，以保证凿毛施工质量；凿毛完成后及时清理浮渣并用高压水枪清洗干净，经监理工程师验收合格后方可进行丙乳砂浆抹面施工。

b.丙乳净浆、砂浆严格按照有关配合比进行配制，由专职质检员进行现场指导、监督实施。

c.砂浆随拌随用，避免砂浆长时间不用造成凝结浪费或影响抹面施工质量；对未及时使用或已硬化的砂浆，做废品处理不得使用。

d.按照有关规范和设计要求，制作砂浆试块，送材料试验室检测。

e.丙乳砂浆抹面完成后，派专人及时养护，养护时间不得少于7d。

5.2检测结果

施工中先后对丙乳砂浆抗压强度和抗折强度的测试取样5组，抗拉强度和黏结强度的测试各取3组，送有相应资质的质量检测站检测，检测根据《抹灰砂浆技术规程》(JGJ/T 220—2010)进行技术指标控制：抹灰层稠度70～80mm，抗压强度不小于30MPa，抗折强度不小于8MPa，拉伸黏结强度不小于0.3MPa[5]。检测结果表明：丙乳砂浆抹面处理施工工艺均满足设计指标及规范要求，具体检测结果如表2所列。

表2　丙乳砂浆抹面检测结果

6　结　语

经过2014年底至2015年汛前大流量开闸泄洪的严峻考验后，万福闸下游侧闸墩丙乳砂浆保护层表面完好，无剥落脱落现象，混凝土整体颜色均匀，无明显色差，达到预期效果。实践证明丙乳砂浆抹面处理具有施工方法简单、速度快、造价低、技术成熟等优点，该施工体系的成功运用不仅保证了万福闸加固工程闸墩防碳化以及其他土建项目的顺利实施，而且为类似水闸闸墩防碳化处理的设计和施工积累了宝贵的经验。

[1]万泉.水闸闸室加固钢支撑的设计与施工方案探讨[J].中国水能及电气化，2014(2)：10-11.

[2]江苏省江都水利工程管理处.万福闸安全鉴定[R].江苏：江苏省江都水利工程管理处，2004.

[3]江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司.淮河入江水道整治工程万福闸加固工程施工图设计总说明[R].江苏：江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司，2011.

[4]王思洪.浅谈水工混凝土碳化及冻结破坏的处理[J].水利建设与管理，2009(12)：40.

[5]JGJ/T 220—2010抹灰砂浆技术规程[S].北京：中国水利水电出版社，2010.

Discussion on carbonization prevention treatment construction practice of downstream side gate pier surface of Wanfu Floodgate Reinforcement Project

WAN Quan1, CHEN Yong2, CAI Lingling1

(1.JiangsuJiangduWaterConservancyProjectManagementOffice,Jiangdu225200,China;2.JiangsuHuaiyuanEngineeringConstructionSupervisionCo.,Ltd.,Huai’an223005,China)

Carbonization prevention treatment technology becomes the main method of water sluice risk removal reinforcement construction with the deepening of hydraulic structure concrete surface carbonation degree. In the paper, treatment of carbonization problem prevention of downstream side gate pier surface of WanfuFloodgate is adopted as an example for introducing the comparison of construction plan in the project and the construction measures of adopting acrylic mortar plastering treatment. Practice shows that acrylic mortar plastering construction method is characterized by simple operation, fast speed, mature technology, high economic and reliability features, which can be used as reference for similar projects.

acrylic mortar; carbonization treatment; reinforcement construction

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.01.006

TV66

A

1005-4774(2016)01-0016-04