青年水庫溢洪道新型修補(bǔ)施工技術(shù)

王普軍，張 恒

(1.密山市青年水庫管理處，黑龍江密山158306;2.黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱150080)

0 工程概況與修補(bǔ)緣由

密山青年水庫位于穆棱河左岸支流裴德里河上，距密山市北13 km處，1958年由王震將軍所屬部隊(duì)與知青共同建成。集水面積 1 138 km2，庫容 4.01億m3，其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇洪水設(shè)計，1000 a一遇洪水校核。是黑龍江省東部地區(qū)一座以灌溉防洪為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)漁等綜合利用的大型水庫，是開發(fā)治理三江平原骨干工程之一。水庫可保護(hù)下游16個村莊，6 667 hm2耕地，3萬人口及密東鐵路橋、密虎公路橋的安全。水庫樞紐由土壩、溢洪道、輸水洞、電站組成，溢洪道最大泄量850 m3/s，其溢洪道處溢流堰面頂高程▽121.5 m到底高程▽114.5 m處堰面由于長時間受到?jīng)_刷、凍融、化學(xué)侵蝕等因素影響已經(jīng)出現(xiàn)大面積破損，嚴(yán)重影響了工程應(yīng)用，局部部位鋼筋已經(jīng)裸露在外。破損堰面情況見圖1?；炷羷兾g情況見圖2。

圖1 破損的堰面示意圖

經(jīng)黑龍江省水利廳工管處和青年水庫管理處調(diào)查后，為抑制或延緩其破壞發(fā)展速度，保證其運(yùn)行安全，決定對該溢洪道堰面剝蝕采用黑龍江省水利科學(xué)研究院獲得省科技進(jìn)步獎的修補(bǔ)材料及技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理，以保證工程安全及使用壽命。

圖2 混凝土嚴(yán)重剝蝕示意圖

1 修補(bǔ)材料

聚合物混凝土(砂漿)為聚丙烯酸酯乳液砂漿的一種新型改性產(chǎn)品，相對于普通混凝土砂漿具有很多的優(yōu)良性能，目前已在黑龍江省各種水利工程維修加工中進(jìn)行了推廣應(yīng)用，提高了寒區(qū)水工建筑物的運(yùn)行時間。

修補(bǔ)材料聚合物乳液，為聚丙烯酸酯乳液聚合物，由苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、等單體聚合而成，最低成膜溫度－0.5℃。產(chǎn)品性能指標(biāo)見表1。

2 處理方案

2.1 處理工序工藝

方案采用的修補(bǔ)材料主要為聚合物硅粉混凝土，界面處理劑包括表面強(qiáng)化劑和黏結(jié)劑。處理方法采用表面拆除，然后充填聚合物硅粉混凝土補(bǔ)強(qiáng)方式進(jìn)行處理。其工藝過程為:

表1 聚合物乳液性能指標(biāo)

2.2 施工工序

施工工序包括6個方面:

2.2.1 鑿毛處理

鑿除炭化層及表面松動物，至堅(jiān)實(shí)的混凝土面。

2.2.2 鋼筋除銹

采用除銹劑對銹蝕鋼筋進(jìn)行處理，至銹蝕鋼筋全部脫落。

2.2.3 界面處理

對處理面噴涂水科院生產(chǎn)的界面處理劑包括表面強(qiáng)化劑和黏結(jié)劑，來提高老化混凝土的強(qiáng)度和新舊界面的黏接強(qiáng)度。

2.2.4 打孔錨筋

考慮到原鋼筋網(wǎng)密度不夠，在處理面上以30～50 cm間距打孔，錨入直徑為12 mm的螺紋鋼，錨入深度為15～20 cm，采用環(huán)氧砂漿做錨固劑。錨筋還可起到提高處理界面的抗剪強(qiáng)度，因此，錨筋的密度可適當(dāng)增加。

2.2.5 置掛鋼筋或鋼絲網(wǎng)

在原有鋼筋網(wǎng)基礎(chǔ)上，綁扎新的鋼筋網(wǎng);置掛1.5～3.0 cm孔徑的鋼絲網(wǎng);提高整體穩(wěn)定性。

2.2.6 堰面填充

堰面填充省水科院獲得科技進(jìn)步獎的產(chǎn)品聚合物硅粉混凝土，提高堰面表面抗沖磨強(qiáng)度、抗凍融耐久性、界面黏接強(qiáng)度。

3 工程材料選擇與施工過程

3.1 原材料選擇

在保證質(zhì)量的情況下，并且不影響汛期防洪，以最少的時間完成本次修補(bǔ)工作。

原材料安排如下:水泥采用PO42.5水泥;砂的地產(chǎn)含泥量＜1%，細(xì)度模數(shù)2.6;石子為地產(chǎn)10～20 mm碎石;高效減水劑為SB－M型(黑龍江省水利科學(xué)研究院生產(chǎn));硅粉為?？衔⒐璺?聚合物乳液為CD－R型(黑龍江省水利科學(xué)研究院生產(chǎn))。

3.2 施工過程

處理部位是頂高程▽121.5 m到底高程▽114.5 m的堰面，由于其坡度相當(dāng)大，工作上下及工作地點(diǎn)都很危險，給施工帶來很大的難度。

3.2.1 鑿毛、鋼筋除銹、界面處理

在堰面鑿毛的過程中發(fā)現(xiàn)由于原堰面所覆蓋的砂漿保護(hù)層已經(jīng)與底層的混凝土產(chǎn)生了空鼓現(xiàn)象，說明原砂漿與混凝土的界面已經(jīng)發(fā)生了破壞，失去了保護(hù)作用。因此我們的鑿除工作將原砂漿層完全鑿除并鑿至舊混凝土的新鮮界面來保證新舊界面的黏接穩(wěn)定性。使用高壓水槍對界面進(jìn)行清洗，保證舊混凝土界面滿足我們修補(bǔ)施工要求。清洗干凈的堰面，采用界面增強(qiáng)劑對老混凝土進(jìn)行表面補(bǔ)強(qiáng)，增強(qiáng)老混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)。對已經(jīng)裸露銹蝕的鋼筋使用除銹劑反復(fù)涂刷直至銹蝕全部除凈。堰面鑿毛及界面處理見圖3，圖4。

圖3 堰面鑿毛示意圖

圖4 界面處理示意圖

3.2.2 打孔錨筋、綁扎鋼筋鋼絲網(wǎng)

由于溢洪道放水時堰面的剪應(yīng)力非常大，考慮在堰面上進(jìn)行大面積的錨入鋼釘來提高界面的抗剪能力，鋼釘植入深度≥7 cm，呈梅花形狀植入。錨固膠的使用要注意其固化時間。為彌補(bǔ)原鋼筋不足的情況我們又鋪設(shè)焊接了新的鋼筋網(wǎng)，為提高新堰面的整體穩(wěn)固性，在鋼筋表面鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)。錨筋及鋪設(shè)鋼筋情況見圖5。

3.2.3 澆注聚合物硅粉混凝土

根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況與設(shè)計初衷，對原材料進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選，經(jīng)過多家的選擇最終選定本次施工所用的原料。由于閘門封閉不嚴(yán)，堰面始終存在流水，我們使用速凝砂漿進(jìn)行局部圍堰倒水，分段澆注的方法。澆注前對界面涂刷界面膠黏接新舊混凝土，降低由于新舊界面變形不同產(chǎn)生的破壞。在澆注的過程中嚴(yán)格控制水灰比，通過高效減水劑來調(diào)整混凝土的坍落度。壓光后聚會物硅粉混凝土澆注情況見圖6。

圖5 錨筋及鋪設(shè)鋼筋示意圖

圖6 壓光后聚合物硅粉混凝土澆注情況示意圖

圖7 養(yǎng)護(hù)膜鋪設(shè)示意圖

由于施工時溫度很高，所以我們盡量避免在高溫陽光照射的條件下施工。在保持堰面原高程不變的情況下盡量調(diào)整原破損堰面的平整度。

防止新堰面在陽光直射的情況下溫度過高，失水過快產(chǎn)生裂縫，對堰面鋪設(shè)養(yǎng)護(hù)膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，具體情況見圖7。

4 結(jié)語

1)針對各工序與工種之間存在交叉，現(xiàn)場作適當(dāng)調(diào)整，針對具體影響施工進(jìn)度因素及時進(jìn)行了溝通，共同研究，制定可行的解決方案。此外，人力配備同時根據(jù)現(xiàn)場的情況做出調(diào)整。本次施工在計劃工期內(nèi)圓滿完成了處理施工任務(wù)。

2)通過對修補(bǔ)材料性能的跟蹤檢測，聚合物抗沖磨混凝土的28 d強(qiáng)度達(dá)到了30 MPa，抗凍融指標(biāo)超過了250次凍融循環(huán)，新老混凝土的基面黏接強(qiáng)度達(dá)到了2 MPa以上，滿足了工程應(yīng)用的需要。

［1］ 張恒，張守杰，劉興元.寒區(qū)水工混凝土修補(bǔ)新材料與新工藝的推廣應(yīng)用［J］.黑龍江水利科技，2008，36(2):181.

［2］ 吳燕華，李興貴.水工混凝土建筑物表面修護(hù)新型材料［J］.水利水電科技進(jìn)展，2005(25):95－97.

［3］ 張恒，等.新技術(shù)與材料在寒區(qū)水工中的應(yīng)用［J］.低溫建筑技術(shù)，2011(09):64－65.

［4］ 劉興元，張守杰，張忠林.噴射丙乳砂漿在鶴崗五號水庫修補(bǔ)中的應(yīng)用［J］.東北水利水電，2002，20(05):30－31.