将军山渡槽缺陷及除险加固技术

瞿大界

（安徽省淠史杭灌区管理总局，安徽 六安 237000）

将军山渡槽缺陷及除险加固技术

瞿大界

（安徽省淠史杭灌区管理总局，安徽 六安 237000）

本文浅述了将军山渡槽槽身渗水、混凝土表面碳化、槽墩及腹拱和拱波裂缝处理、河床段槽墩防冲处理及主拱圈抗震加固等运用的新技术和新材料，分析了新材料在运用中出现的新特性和优缺点，论述遇到的新难题，提出了切实可行的技术措施方案，克服了施工中各种困难，加固效果明显，为今后类似工程加固积累经验和提供借鉴。

渡槽；加固；新工艺；新材料；应用

1 研究背景

将军山渡槽是淠史杭灌区杭淠分干渠与张母桥河的交叉建筑物，地处江淮分水岭之间，是沟通淮河水系和长江水系的重要枢纽。渡槽始建于1969年，1971年完工，建成时是全国最长的渡槽，现在仍是淠史杭灌区最大的渡槽。将军山渡槽为双曲拱结构，全长894m，净长840m，共16跨，中到中跨长52.5 m，槽身净宽6 m，高2.9 m，原设计流量23 m3/s。渡槽南、北桥台均以岩石为基础，15个支承墩均建于岩基，3、6、9、12号槽墩为浆砌块石加强墩，1、2号槽墩为浆砌块石支墩，7、8号槽墩为混凝土沉井支墩，其余为混凝土支墩。将军山渡槽运行40多年来，为当地农业灌溉发挥了巨大的作用，但主体工程老化严重，槽身渗漏、裂缝众多，混凝土碳化严重，影响工程使用，需要除险加固，恢复渡槽的安全性和耐久性，确保工程功能的发挥。

2 渡槽存在的老化病害问题及对工程安全的评估

针对将军山渡槽存在的老化病害问题，进行了全面、深入的检测与评估，主要结论如下。

（1）混凝土表面碳化。槽身混凝土碳化程度比较严重，碳化深度均达25.48mm，已经接近或大于钢筋保护层的厚度，槽身局部存在钢筋锈蚀。主拱拱肋碳化程度较浅，平均深度4.35mm，墩帽碳化平均深度2.22mm，没有超过钢筋保护层厚度［1］。鉴于槽身混凝土碳化深度较深，需采取防碳化措施延缓混凝土碳化的发展，提高结构的耐久性。

（2）槽身内壁剥蚀渗漏。槽身内底板、侧壁剥蚀严重，其中底板深度达5 cm左右。槽身内侧局部钢筋外露锈蚀严重，局部混凝土脱空；槽身内外壁裂缝较多，据统计，槽身裂缝多达1 269处，且深度较大，贯穿性裂缝较多，伸缩缝普遍破损，渗漏严重［2］。渡槽槽身为均匀支承在浆砌石结构上矩形薄壁结构，纵向仅配置φ6@300的构造钢筋，底部受浆砌石强约束，温度荷载是产生横向裂缝的主要原因。渡槽的裂缝多为横向裂缝，对槽身结构影响不大，安全复核钢筋锈蚀至断面减小8%及槽中加大水深为1.86m（已出现的最大水深的1.2倍）的情况下，槽壁的抗弯与抗剪承载力仍满足规范要求，槽身结构强度及稳定性亦满足要求。故槽身加固主要是裂缝修补、槽身防渗等，以延长其使用寿命。

（3）槽墩、墩帽的裂缝及槽墩的冲刷侵蚀。混凝土槽墩裂缝多达225条，均为竖向发展。槽墩未配置构造钢筋，在温度及主拱圈推力作要下，上下游向联系和约束不足是产生竖向裂缝的主要原因。这些裂缝影响了槽墩的整体性，必须进行加固处理，恢复槽墩整体性。浆砌石槽墩勾缝砂浆局部脱落。穿渡槽张母桥河主河道河槽下切高程已至29.5m左右，主河槽部位重粉质壤土及细砂层抗冲刷能力较差，河床中的2、3、4号槽墩需进行保护。

（4）主拱、腹拱的裂缝。腹拱裂缝严重，每孔靠近中部的6个副拱普遍存在混凝土裂穿的现象。主拱拱波在沿水流方向普遍存在一条贯穿裂缝（渗漏），原设计中主拱圈拱肋截面积较小，主拱拱肋间设置的5根肋间横向联系光钢拉条钢筋锈蚀，锈蚀率约为3.5%左右。原设计中主拱圈拱肋截面积较小，仅为260mm×450mm（宽×高），原设置的5根肋间光钢拉条不能满足现有规范对渡槽采用双曲拱时应增设横隔板以加强拱肋和拱波之间的连接强度的规定，双曲拱横向整体性差。主拱的拱波存在较规律的裂缝，分析计算表明，主拱拱肋间的横向约束较薄弱，拱肋在拱波脚不平衡水平推力的作用下产生水平变位，由此在拱波顶部产生由拱脚变位引起的拉应力，最终导致混凝土开裂。这种结构性裂缝是整个渡槽安全的最大隐患，需进行全面的修补加固来增强主拱圈的横向稳定性［3］。

3 渡槽加固

3.1 槽身渗漏处理方案及施工工艺

3.1.1 槽身渗漏处理方案选择 槽身渗漏处理有刚性、柔性两种处理方案，在综合考虑施工简便、适应渡槽结构再次变形、防渗效果显著、工程减糙效果明显、延缓结构混凝土碳化时间等因素后，选择用柔性贴膜方案进行槽身防渗处理。拟采用的PVC复合防渗膜用于水利工程结构修补的工程成功案例较多，且裸露型PVC复合防渗膜已在灌区杜店渡槽加固中取得良好效果。SCLW35054裸露型PVC复合防渗膜是一种性能优异的高分子防水材料，以聚氯乙烯树脂为主要原料，加入各类专用助剂和抗老化组份制成，具有极高的拉伸强度，能达到最佳延伸长度，与水泥防水粘结材料在剪切状态下的粘合性检查，常温下应大于等于1.8 N/mm2（即0.0018MPa）或卷材断裂。非常适合用于槽身内壁的防身处理，对槽身的非贴膜区混凝土面，则进行防碳化处理。PVC复合防渗膜力学指标如表1。

表1 PVC复合防渗膜力学指标

PVC复合防渗膜处理渡槽渗漏方法见图1～图3。

3.1.2 施工工艺及相关措施 对槽身渗漏采用PVC复合防渗膜处理时，首先需对对槽身底板和墙侧内壁采用砂浆或细石混凝土修补，对伸缩缝进行处理，对混凝土剥蚀深度小于3 cm或剥蚀面积小于0.5m2的底板，凿除表层剥蚀的混凝土，采用丙乳砂浆修补。槽身内壁及底板处理后，再贴裸露型PVC复合防渗膜进行防渗处理。对槽身外壁裂缝采用水溶性聚氨脂和SK-E改性环氧树脂进行灌浆处理［4］。SK-E改性环氧树脂化学灌浆材料及丙乳的主要性能指标见表2、表3。

图1 渡槽防渗膜的做法

图2 周边固定的做法

图3 伸缩缝的做法（单位：mm）

表2 SK-E改性环氧树脂化学灌浆材料性能指标

表3 丙乳材料主要性能指标

施工步骤：SK-E改性环氧树脂化学灌浆→底板和侧壁丙乳砂浆修补→伸缩缝处理→布置刻痕钢丝网→浇筑细石混凝土→铺设PVC复合防渗膜。

铺设PVC复合防渗膜，关键是保证渡槽槽身粘贴后膜不出现空鼓、漏焊等，为此，各施工工序必须按工艺要求严格操作。

（1）首先须用贴嘴法对槽身外壁裂缝宽度大于0.2mm的裂缝进行SK-E改性环氧树脂化学灌浆；对剥蚀和冲刷严重的槽身底板，用混凝土清渣机凿除至新鲜混凝土，插锚筋并布置φ4@100刻痕钢丝网，然后浇筑强度等级C30细石混凝土。细石混凝土骨料最大粒径10mm，平均厚度8 cm，最薄处不小于5 cm，以保证渡槽设计断面体形及平整度。

（2）对渡槽槽身止水带断裂漏水的伸缩缝进行加固处理。伸缩缝处理方案如图3所示，止水带采用GB板与底部混凝土粘结，提高止水效果，接口的采用聚硫密封膏胶结，U型复合止水带受聚合物水泥砂浆保护，可有效提高其抗老化性。

（3）铺设PVC复合防渗膜。在槽内壁大面采用PVC专用聚合物水泥粘接材料以全粘方式与槽身进行固定，参照《地下防水工程质量验收规范》（GB50208-2011）对全粘结质量进行检查。

首先，墙面敷设膜前用丙乳砂浆将渡槽内壁抹平，保证坚固平整，使之与膜料能充分接触；然后，防渗膜之间搭接采用热风焊接，周边采用不锈钢压条加螺杆固定，并采用耐候密胶进行封口，上口保持在一条直线上，确保美观。粘接顺序根据渡槽实际形状和尺寸，针对将军山渡槽铺膜高度不高，施工时采用先铺立面，后铺平面的方法。铺设时，膜料搭接长度应满足要求，搭接尺寸要准确，膜料预留搭接长度10 cm，焊接缝的结合面应清扫干净，铺膜时要尽量对齐，若因施工误差，搭接长度最小不少于8 cm。焊接按照先长边再短边顺序的要求进行，用大功率扁嘴热风焊枪依序加热膜料，焊接部分无气泡、无漏焊现象，且注意调节热风加热温度和时间，不得漏焊、跳焊或焊接不牢，注意膜料不能烧坏、起皱、打折。每条焊缝焊接完成后，用平口小起子对焊缝进行沿缝检查，如未达到要求，应立刻进行返工重焊；最后，施工中用手棍反复压合密实，用毛巾对表面渗出的浆体和垃圾进行清理，保证其粘结面积不应小于90%，手刮涂粘结料应均匀，不得露底、堆积、流淌，粘结料在固化前不得行走和后续作业［4-6］。

3.2 槽墩、墩帽的加固

3.2.1 加固方案 对混凝土槽墩剥蚀或剥落的部位采用丙乳砂浆进行修补；对各墩帽铅直段进行环向植筋，并新浇筑C25钢筋混凝土环向包箍梁；对位于张母河的河床中1#、2#、3#、4#槽墩进行格宾石笼固脚防护，防护范围为渡槽中心线上、下游各18m。

3.2.2 技术要求 采用格宾石笼材料对河床1#、2#、3#、4#槽墩固脚防护。格宾石笼是水利工程专用材料，耐腐蚀，防冲刷，超长使用寿命。本工程所用格宾网箱材料规格：高抗腐蚀PE膜+锌铝合金网，网孔8×10cm，网丝φ2.5mm，涂塑后φ3.5mm，边丝φ3.5mm，涂塑后φ4.5mm，钢丝材质符合GB/T700-1988标准规定。石笼设计使用30年，PE符合GBT1040-1992规定。施工顺序：网片组装成箱笼→装入块石填充→封口。

格宾网的钢丝具有抗拉强度，不易被破坏拉断，又因箱笼系柔软性结构，不会因发生小的变异而发生裂缝、网箱被拉断的现象。施工过程中要求选用填充料必须是坚固密实耐风化好的石材，网箱内填充石块需加工，直径均控制在20～30 cm之间，大于网孔孔径等要求［4］。

漕渡采格宾石笼材料加固后，经上游降雨洪水检验，效果明显。

3.3 主拱、腹拱裂缝的加固处理 增设拱肋间对拉螺栓钢板焊接150mm×150mm×5mm横向联系镀锌方钢梁，限制拱肋水平变位，增强主拱圈的横向稳定性。对每跨主拱圈增加6根横系梁。新增主拱连系梁布置见图4。

图4 新增主拱肋和槽壁间连系梁位置

方钢连系梁在施工安装过程中难度较高，考虑到特殊工种和高空作业，需配合满堂脚手架施工。根据渡槽槽内壁尺寸大小不同，需提前测量并制作连系梁长度，剪割时防止过短而造成二次焊接，不但影响钢片质量且浪费材料、工时。因方钢连系梁长期露空并置于水面，空气湿度大，容易腐蚀，选钢材料必须符合设计标准，并涂刷2层以上环氧树脂富锌防腐漆。

3.4 混凝土表面防碳化处理 根据安全鉴定和检测结果，槽身已经接近或大于钢筋保护层的厚度，主拱拱肋、墩帽等构件碳化程度虽然没有超过钢筋保护层厚度，但考虑到其为主要受力构件，本次除险加固亦进行防碳化处理，以增强混凝土构件的耐久性［7］。本次表面防碳化处理部位为槽身未贴PVC膜内壁、外壁、人行道板顶底面、栏杆、主拱圈、腹拱圈、主拱拱波、槽墩、腹拱墩等混凝土表面，综合采用喷涂新材料PCS防碳化柔性涂料进行防护。

PCS混凝土防碳化涂料由高性能聚合物乳液，多种助剂（液料A组分）与改性水泥基材料（粉料B组分）双组分组成。其产生化学与机械结合的内聚力与附着力，提高拉伸强度和黏结强度。其优点：（1）良好的黏结强度与黏结能力，可涂刷在多种建筑材料表面；（2）抵抗大气侵蚀，抗紫外线照射、耐磨损，正常使用条件下，使用寿命可以达20年以上；（3）优良的柔韧性，既可封闭微细裂缝的进一步扩展，又可抵抗由于混凝土基体膨胀、收缩而引起的新的开裂的产生，阻止水份进入混凝土内部；（4）具有良好的防水和密封性能，防止外界雨水对结构的侵蚀；（5）良好的抗有害气体，如二氧化碳、氧气、盐雾等的渗透性能，防止混凝土中性化，又耐轻度化学腐蚀，阻止氯离子及酸、碱、盐物质渗入混凝土内部，防止钢筋锈蚀；（6）为水性涂料，无毒、无味、无污染［7］。

PCS防碳化涂刷对工艺要求非常高，对环境要求苛刻，适宜温度5～25℃，相对湿度不大于85%。加固施工过程期间恰逢冬季，当地气温骤降接近零度，阴雨天连连，导致渡槽8～14跨（东面）槽壁主拱圈、腹拱圈（裂缝渗水处）、人行道栏杆等部位涂层表面出现规律性“泛白”现象，其析出物质为氢氧化钙，该物质易于溶解并在原混凝土碳化区沉淀。在“泛白”部位重新涂刷PCS防碳化涂料，加上防冻剂、快速凝结剂，采取薄膜铺盖保护等相关措施，加之春季温度回升等有利条件，“泛白”现象没有出现。

表4 PCS混凝土防碳化涂料性能指标

4 结束语

本次新工艺、新材料在将军山渡槽工程中的运用，起到了良好的加固效果。主要有：（1）大大增强了主拱肋间横向的整体性；（2）增强了槽壁在受到横向外部荷载情况下的整体性，限制了槽壁的横向变位；（3）采用SK-E改性环氧树脂化学灌浆，恢复了原结构的整体性；（4）采用丙乳砂浆修补剥蚀严重的混凝土表面，恢复了原混凝土结构尺寸；（5）槽身内壁铺贴了PVC复合防渗膜，解决了现状渡槽裂缝渗漏严重的问题；（6）利用格宾石笼完成了河床内的槽墩防冲有效地保护了槽墩；（7）新型涂料PCS防碳化涂料涂刷阻止了环境腐蚀性介质对结构材料的侵蚀，完成了对渡槽主体外露面的保护。

对PCS施工中出现的“泛白”想象，建议今后在类似工程加固中考虑先实施防渗处理，有效地避免雨水对下部结构加固处理的影响，为碳化等处理提供必要条件，并按要求选择合适的天气、温度、湿度等条件下实施。

在将军山渡槽修补加固中，新材料及新技术的应用，提高了工程的安全性和耐久性，节省了工程造价，缩短了工期，取得了良好的效果。通过对SK-E改性环氧、丙乳砂浆、PCS防碳化涂料和PVC复合防渗膜等诸多新材料特性的掌握，为今后的水利工程建设中运用新材料积累了宝贵的经验。

［1］ 胡明.将军山渡槽裂缝现状及成因分析［J］.吉林水利，2010，341（10）：35-38.

［2］ 陈邦圣.淠史杭灌区将军山渡槽病害成因及加固方案探讨［J］.水电站设计，2002，18（1）：57-59.

［3］ 竺慧珠，管枫年，陈德亮.渡槽［M］.北京：中国水利水电出版社，2002.

［4］ 王茂松.淠史杭灌区将军山渡槽除险加固设计［J］.工程与建设，2014，28（2）：192-194.

［5］ 朱蓉.PVC复合防渗膜在将军山渡槽槽身防渗处理中的应用［J］.安徽水利水电职业技术学院学报，2014，14（2）：55-57.

［6］ 刘现锋，昝玉凤.外露型PVC防渗膜在高岩水库大坝防渗维修工程中的应用［J］.中国建筑防水，2007，28（2）：30-31.

［7］ 严嘉国.PCS防碳化及丙乳砂浆防风化施工工艺在红石嘴枢纽洪河泄水闸除险加固工程中的应用［J］.治淮，2013，54（10）：31-32.

The engineering defects and technologies for danger elimination and reinforcement of Jiangjunshan Aqueduct

QU Dajie
（The General Administration of Pishihang Irrigation District in Anhui Province，Liuan 327000，China）

We introduced the new technologies and materials used in the seepage of Jiangjunshan Aqueduct，carbonation of the concrete surface，crack treatment of groove pier，spandrel arch and two way cured arch tile，impingement processing of groove pier in the river segment and the strengthening measure for earthquake resistance of main arch rings.The new features，advantages and disadvantages of the new materials were analyzed.The new challenges of the new materials were also descirbed.For dealing with these challenges，the viable technical proposals were put forward and thereby various difficulties in construction have been overcome.The results show that there is a significant strengthening effect.This paper can provide the experience and reference for the reinforcement of similar future projects.

reinforcement of the aqueduct；new processes；new materials；applications

TV672

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.01.012

1672-3031（2016）01-0073-06

（责任编辑：王冰伟）

2015-07-24

瞿大界（1964-），安徽枞阳人，高级工程师，主要从事水工结构研究。E-mail：pshgq@ahsl.gov.cn