滨州市廿里堡闸碳化冻融危害及防治

范宗光，李奎刚，谢德俊

（滨州市海河管理局，山东 滨州 256616）

滨州市廿里堡闸位于山东省北部海河流域徒骇河上，地处滨城区三河湖镇廿里堡村南，为大（2）型河道节制闸，控制流域面积10 250 km2，主要用于调蓄洪水、灌溉及除涝。该闸在1959—1969年分3期建成。右岸8孔由交通部门于1959年设计并施工；1961年将左岸引道改建为泄洪道泄洪，次年在此位置建交通桥3孔；1969年将桥改造并扩建为16孔闸桥结构；水闸结构型式为钢筋混凝土开敞式，共24孔，其中老8孔结构型式为钢筋混凝土倒拱基础，钢筋混凝土闸墩，钢丝网混凝土平板闸门；后建16孔为钢筋混凝土灌注桩基础、钢筋混凝土底板，变截面钢筋混凝土及浆砌石闸墩，钢筋混凝土平板闸门。老8孔交通桥为砖混结构，新16孔交通桥桥墩为混凝土墩墙和双井柱两种型式，桥面采用钢筋混凝土微弯板，闸室上下游翼墙均为浆砌块石扭坡。

运行多年来，受泥沙、水流、物理、化学、气温等多方面因素的影响，建筑物的老化病害问题日益显现，碳化、冻融破坏成为节制闸等建筑物的主要病害。加之工程建设时正处于历史特殊时期，技术管理混乱，部门交叉，施工管理和验收程序规范性重视不够，后期管理缺失，致使工程存在的问题不能及时解决，工程碳化、老化、冻融危害严重，很多部位出现了问题，2000年被省有关部门鉴定为病险水闸。为解决碳化、冻融破坏对建筑物造成的危害，管理部门采取了一系列治理和预防措施，对工程发挥效益起到了积极的保障作用。

1 碳化、冻融破坏原因分析及危害

1.1 原因分析

混凝土碳化、冻融破坏的影响因素众多，徒骇河廿里堡闸受碳化、冻融破坏的程度尤为严重，主要原因有：

1）受特殊历史时期各方面条件的限制，对混凝土强度起决定性作用的水泥品种、骨料质量无法保证，原建筑物闸墩混凝土水泥品种混杂、强度等级偏低。粗骨料不分级，混合使用，含泥量及杂质高，用红砖代替碎石，抗冻能力不够。

2）受老8孔的影响，大闸扩建完成后，整体工程为偏东南—西北走向，加之闸后交通桥宽，闸孔净宽小，闸墩及排架遮阳，致使冬季闸门上下游结冰严重。

3）受当时条件限制，施工工艺差，施工质量得不到保证，混凝土表面粗糙，蜂窝、麻面、露沙粒现象严重，处于最不利条件的边角和工作缝部位混凝土残缺，结合不好，对混凝土的耐久性产生很大的影响。

4）管理缺失和经验不足造成受损建筑物长期得不到管护和修缮，致使混凝土及浆砌石闸墩水位变化区、闸门、闸门槽等部位的混凝土常因冻融而遭到剥蚀破坏；机架桥排架、机架桥纵梁和面板等部位的混凝土因碳化引起钢筋锈蚀而体积膨胀，产生顺筋裂缝。

1.2 危害表现

碳化对混凝土的影响主要是强度降低，钢筋锈蚀，产生裂缝；冰冻对建筑物的破坏形式多种多样。徒骇河廿里堡闸运行多年来，碳化、冻融破坏严重，主要表现有：

1）混凝土闸墩水位变化区受碳化、冻融作用使建筑物混凝土表面酥松剥落，一般在8～10 cm，钢筋处于较严重锈蚀状态，强度降低。浆砌石墩墙砂浆剥蚀严重，勾缝砂浆大面积脱落，对其耐久性产生较大影响。

2）护坡的破坏。护坡土层不均匀冻胀造成护坡隆起开裂、沉陷，加上风浪冲击，坍塌、滑坡现象严重。

3）闸门槽多处出现裂缝，其形状、长短各异，缝宽一般在0.2～0.6 mm；闸墩、机架桥排架、交通桥裂缝甚为严重，对整个大闸的安全造成威胁。

4）混凝土闸门受冰层膨胀产生的静冰压力作用而出现裂缝、变形，局部保护层脱落，钢筋裸露，锈蚀严重，门板开始渗水，严重影响了建筑物的安全运行。1971年冬，闸前全河封冻，造成4孔闸门受厚冰挤压而出现裂缝；1976年，由于严寒河封，冰层较厚，人工破冰不及时，又有10孔闸门受挤压裂缝。

5）老8孔交通桥为砖混结构，冬季桥面雨雪融化后，积水顺排水孔浸润到红砖拱顶，红砖受冻融作用，砌缝砂浆脱落，产生裂缝，严重降低了工程整体强度和安全性。

2 治理与预防措施

2.1 治理措施

根据工程部位、损坏程度、所用材料的性能，采取不同的施工工艺和方法，以期达到较好的修补效果，延长工程的使用寿命。

1）水泥砂浆修补。适用于轻微的表层破坏，主要对浆砌石墩墙砂浆勾缝。首先将损坏部分凿除，冲洗干净，把抗压、抗拉、与砌体黏结强度较高、且收缩性小的预缩砂浆填入砌缝，分层捣实、压光后加以养护。

2）喷浆修补。主要对闸墩混凝土剥蚀严重的区域进行喷射细石混凝土。先将剥蚀面凿毛、冲洗，保持湿润，以保证喷浆层与原混凝土的良好结合，然后利用高压泵喷填混凝土。一次侧喷厚度在3～4 cm，并不小于最大骨料粒径的1.5倍，喷射间隙掌握在上一次喷层未完全凝固前，符合厚度要求后，再用高标号砂浆压光处理。

3）环氧材料修补。主要对闸门槽、闸墩、机架桥排架、交通桥裂缝及闸门板、梁裂缝及脱落部位进行了修补。将混凝土脱落部位凿毛并将裸露钢筋除锈，洗刷干净，涂抹一层环氧基液后，再涂填环氧砂浆至与混凝土表面齐平，然后以烧热的铁抹压实抹光，用塑料布覆盖，使环氧砂浆与混凝土紧密结合。

4）拆除维修。主要对护坡局部塌陷或滑坡进行处理。拆除破坏区石块，凿除四周风化或损坏的砌体灰浆，清洗干净，再用符合质量要求的石块及与原砌体强度适应的砂浆补强修复，勾好灰缝。修补时应做到新老砌体犬牙交错，并用坐浆法安砌，以保证施工质量。

2.2 预防措施

1）优先采用适宜原材料，如根据不同的部位和环境特点，选择抗腐蚀性强的水泥品种。对闸墩、机架桥排架、交通桥等裂缝处理后，将混凝土衔接面凿毛，采用环氧砂浆填补，以增强抗碳化能力。另外在混凝土结构表面用溶化的沥青涂抹，增加一层保护膜以隔断与外界的直接接触，达到防碳化的结果。

2）防止建筑物周边结冰，可使用破冰船破冰或人工破冰。

破冰船破冰。徒骇河廿里堡闸自运行以来，多次出现闸门受厚冰挤压而产生裂缝。为彻底根治冰冻危害，成功试制电力牵引破冰船。在开始结冰时，定时开启牵引设备，破冰船在水中往返走动，使闸门周边水不结冰，形成3 m左右宽度的不冻槽，基本解决了闸门受冰挤压的危害。

人工破冰。在闸墩需破冰部位搭脚手架平台，台面高出水面约0.5 m，人站在平台上用大槌或其他工具定时破冰。一般在冰冻初期就需破冰，不可等到冰层结厚时。在护坡、闸墩等建筑物周围开一条0.5～2.0 m宽的不冻槽，以隔绝冰压力的传播。

3）在工程结构及管理上采用防护措施。在背阴面日照时间短冰冻比较严重的护坡段，维修加固和接长护坡时选用尺寸较大、棱角分明、平整度好的石材，底部加设反滤垫层达到排水效果以预防冻胀。加强工程运行的管理养护，对工程结构出现的破坏、破损及时修复。

3 结语

对于水工建筑物混凝土碳化、冻融破坏的防治，应针对破坏原因采取以工程措施为主非工程措施为辅的方法，防止碳化、冰冻危害的进一步发展。防治过程中尽量选择高性能新型材料，采用新型施工工艺，严把施工质量关，以达到延长工程使用寿命的目的。