王 淳

(遼寧省河庫(kù)管理服務(wù)中心(遼寧省水文局)，遼寧 沈陽 110003)

北方寒區(qū)河道堤防冬季由于溫度較低，使得河道堤防的安全穩(wěn)定性受到不同程度的影響，而若不及時(shí)進(jìn)行河道堤防工程混凝土災(zāi)害診斷，并根據(jù)診斷災(zāi)害類型進(jìn)行安全修補(bǔ)防護(hù)，則會(huì)對(duì)汛期河道堤防的安全度汛產(chǎn)生較大的隱患[1]。當(dāng)前，通過研究，北方寒區(qū)河道堤防工程混凝土的病害主要為3種類型，第一種為由于溫度過低產(chǎn)生的混凝土裂縫[2]，第二種為由于熱脹冷縮溫度變化影響產(chǎn)生的滲漏[3]，第三種為凍融剝蝕和碳化[4]。這3種河道堤防工程混凝土病害是主要的病害類型，國(guó)內(nèi)河道工程施工和管理的學(xué)者針對(duì)這3種類型展開大量的研究[5- 10]，但未能對(duì)各類型病害評(píng)估等級(jí)及分類進(jìn)行系統(tǒng)分析。在北方寒區(qū)河道堤防工程混凝土病害類型評(píng)估的基礎(chǔ)上，需要對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)防護(hù)，從而提高河道堤防工程的安全和穩(wěn)定程度。近些年來，北方寒區(qū)河道堤防混凝土病害修補(bǔ)防護(hù)的工藝和方法取得一定的研究成果[11- 15]，但這些成果大都未針對(duì)不同病害類型給出相對(duì)應(yīng)的修補(bǔ)防護(hù)方式和施工工藝，為此本文結(jié)合北方寒區(qū)河道堤防工程混凝土病害診斷工程實(shí)際，對(duì)診斷內(nèi)容以及病害評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、分類進(jìn)行系統(tǒng)探討，并對(duì)不同病害的修補(bǔ)防護(hù)方式和工藝進(jìn)行了闡述。研究成果對(duì)于北方寒區(qū)河道工程混凝土安全防護(hù)具有重要的推廣價(jià)值。

1 不同類型病害診斷標(biāo)準(zhǔn)及分類

1.1 裂縫病害

1.1.1診斷內(nèi)容

河道堤防混凝土裂縫檢測(cè)的主要參數(shù)為裂縫長(zhǎng)度、寬度和深度。宜沿長(zhǎng)度和深度方向等距測(cè)量裂縫寬度，了解裂縫寬度變化規(guī)律，標(biāo)識(shí)寬度最大值和所在位置，并測(cè)試深度。 通過裂縫分布及走向，判斷是否具有對(duì)稱性，是否貫穿等。 其次判定是否滲水，表面有無析出物，裂縫分布區(qū)有無鋼筋，若有則描述其銹蝕情況等。 在貫穿和滲水診斷的基礎(chǔ)上對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、內(nèi)部缺陷、碳化深度、埋設(shè)鋼筋(保護(hù)層厚度、間距、直徑、銹蝕概率)、結(jié)構(gòu)位移和變形、基礎(chǔ)不均勻沉降、混凝土堿骨料反應(yīng)及其他項(xiàng)目進(jìn)行必要的試驗(yàn)檢測(cè)。

1.1.2診斷方法

可采用卷尺、米尺、紅外測(cè)距儀等測(cè)量裂縫長(zhǎng)度。 可采用裂縫測(cè)寬儀、裂縫刻度尺、刻度放大鏡、塞尺、游標(biāo)卡尺和千分表等測(cè)量裂縫寬度。采用超聲法、面波法，必要時(shí)可采用鑿槽法和鉆芯法對(duì)裂縫深度進(jìn)行測(cè)定。為驗(yàn)證裂縫是否貫通，也可采用壓水或試氣試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)壓力不宜超過0.3MPa，試氣壓力不宜超過0.1MPa?？刹捎没貜椃ā⒊暦?、超聲回彈綜合法、鉆芯法對(duì)凝土強(qiáng)度和碳化深度進(jìn)行檢測(cè)?；炷量估瓘?qiáng)度可采用芯樣試件劈裂抗拉或軸心抗拉試驗(yàn)的方法進(jìn)行檢測(cè)。采用雷達(dá)法、超聲法、沖擊回波法、彈性波CT法、鉆孔進(jìn)行混凝土內(nèi)部缺陷的檢測(cè)。

1.1.3等級(jí)評(píng)估

裂縫等級(jí)以裂縫寬度和深度為依據(jù)進(jìn)行分類，評(píng)估分類見表1，當(dāng)裂縫寬度和深度不能同時(shí)符合分類指標(biāo)時(shí)，應(yīng)按靠近、從嚴(yán)的原則進(jìn)行歸類。并根據(jù)其分類和所處環(huán)境類別綜合確定處理原則，見表2。

表1 河道堤防工程混凝土裂縫分類

表2 混凝土裂縫處理原則

注：*一類：室內(nèi)或露天環(huán)境； 二類：迎水面、水位變動(dòng)區(qū)或有侵蝕地下水環(huán)境； 三類：過流面、海水或鹽霧作用區(qū)。

1.2 滲漏病害

1.2.1診斷內(nèi)容

河道堤防工程混凝土滲漏檢測(cè)的主要參數(shù)為滲漏量、溫度、濕度，分析滲漏量與河道水位、溫度、濕度、時(shí)間的關(guān)系。主要對(duì)集中滲漏、裂縫與結(jié)構(gòu)縫滲漏、散滲等進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)滲漏區(qū)域進(jìn)行定位。滲漏狀態(tài)通過溶蝕狀況、析出物顏色及性狀等進(jìn)行描述。對(duì)滲漏源及滲漏途徑進(jìn)行水質(zhì)分析、揚(yáng)壓力、混凝土內(nèi)部滲水通道、止水情況、基礎(chǔ)情況、排水系統(tǒng)通暢情況及其他必要檢測(cè)，如混凝土抗壓強(qiáng)度、密度、抗?jié)B等級(jí)、彈性模量，混凝土內(nèi)部缺陷、鋼筋銹蝕情況、有無埋設(shè)管路、線纜等。

1.2.2診斷方法

可采用卷尺、米尺、紅外測(cè)距儀對(duì)滲漏區(qū)域進(jìn)行測(cè)量及定位。采用示蹤法、壓水試驗(yàn)等對(duì)滲漏通道及滲漏源進(jìn)行測(cè)量?？刹捎脻撍畣T、水下機(jī)器人、水下電視與示蹤法相結(jié)合的方式進(jìn)行水面以下的滲漏檢測(cè)。采用鉆芯法對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、密度、抗?jié)B等級(jí)、彈性模量進(jìn)行檢測(cè)。采用雷達(dá)法、超聲法、沖擊回波法、彈性波CT法、半電池電位法、鉆孔法等對(duì)混凝土內(nèi)部缺陷、有無鋼筋、管路及線纜、鋼筋銹蝕進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.3等級(jí)評(píng)估

混凝土滲漏可分為裂縫與結(jié)構(gòu)縫滲漏、集中滲漏、散滲漏等，其分類等級(jí)見表3。

表3 河道堤防工程混凝土滲漏分類

在進(jìn)行混凝土滲漏處理時(shí)，對(duì) A類滲漏一般不做處理，但影響運(yùn)行安全時(shí)應(yīng)進(jìn)行處理。 而對(duì)于B、C類滲漏應(yīng)進(jìn)行處理，C類滲漏還應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全分析。 河道堤防迎水側(cè)混凝土防滲面板發(fā)生裂縫和結(jié)構(gòu)縫滲漏時(shí)，應(yīng)逐條進(jìn)行處理。

1.3 凍融剝蝕病害

1.3.1診斷內(nèi)容

河道堤防工程混凝土凍融剝蝕損傷檢測(cè)的主要參數(shù)分別為損傷面積、長(zhǎng)度、寬度、深度、數(shù)量及外形尺寸等，應(yīng)給出主要參數(shù)的損傷速率。對(duì)損傷區(qū)域形態(tài)、位置分布，分析損傷與周邊環(huán)境、溫度、及時(shí)間的關(guān)系并進(jìn)行損傷特征描述。對(duì)混凝土的抗拉和抗壓強(qiáng)度、抗凍和抗?jié)B性能、動(dòng)彈性模、氣泡間距系數(shù)、碳化深度、內(nèi)部缺陷、損傷深度、黏結(jié)強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，必要時(shí)對(duì)損傷混凝土微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)和分析。 鋼筋檢測(cè)的參數(shù)包括保護(hù)層厚度、間距、數(shù)量、銹蝕程度。

1.3.2診斷方法

采用卷尺、米尺、紅外測(cè)距儀、深度游標(biāo)卡尺等進(jìn)行面積、長(zhǎng)度、寬度、深度、外形尺寸的測(cè)量。外形及尺寸可輔助采用水準(zhǔn)、經(jīng)緯、全站及GPS等方法進(jìn)行測(cè)量。可采用回彈法、超聲法、超聲回彈綜合法、鉆芯法對(duì)混凝土強(qiáng)度和碳化深度進(jìn)行檢測(cè)。采用芯樣試件劈裂抗拉或軸心抗拉試驗(yàn)的方法對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)?？刹捎勉@芯法對(duì)混凝土抗凍性能、動(dòng)彈性模量、氣泡間隔系數(shù)、抗?jié)B性能進(jìn)行檢測(cè)。采用雷達(dá)法、超聲法、沖擊回波法、彈性波CT法、鉆芯法對(duì)混凝土內(nèi)部缺陷、損傷深度、有無埋設(shè)管路和線纜進(jìn)行檢測(cè)。采用電磁感應(yīng)法、雷達(dá)法、半電池電位法、鑿槽法等對(duì)鋼筋及混凝土黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

1.3.3等級(jí)評(píng)估

混凝土凍融剝蝕、碳化深度按其對(duì)河道堤防危害程度進(jìn)行分類，其分類等級(jí)見表4。按其類別判定處理原則，見表5。

表4 河道堤防工程混凝土凍融剝蝕、碳化評(píng)估等級(jí)

表5 河道堤防工程混凝土凍融剝蝕、碳化處理原則

2 不同類型病害修補(bǔ)防護(hù)方法

2.1 裂縫病害修補(bǔ)方法及工藝

深層與貫穿裂縫修補(bǔ)可選用內(nèi)部灌漿法、表層開槽嵌填法、表面封閉法，必要時(shí)多種方法綜合運(yùn)用。主要的施工工藝如下。

(1)灌漿材料可選用化學(xué)漿材或水泥漿材。水溶性高強(qiáng)聚氨酯漿、環(huán)氧漿材、水泥漿材可作為靜止裂縫的選用材料，彈性聚氨酯漿作為活動(dòng)裂縫可選用的主要材料。

(2)當(dāng)裂縫寬度不大于0.5mm時(shí)，宜選用化學(xué)漿材?；瘜W(xué)灌漿施工應(yīng)符合下列規(guī)定：① 按設(shè)計(jì)要求布置灌漿孔。設(shè)計(jì)無要求時(shí)，宜按不大于20cm等間距設(shè)置灌漿孔，當(dāng)大于20cm間距布置時(shí)，應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)論證。② 鉆孔、洗孔、埋設(shè)灌漿管。③ 檢查壓水情況。設(shè)計(jì)灌漿壓力的50%～80%為孔口壓力，孔口壓力一般設(shè)定為0.2～0.4MPa之間較為適宜。④應(yīng)從深到淺、自下而上進(jìn)行傾斜裂縫和豎向裂縫灌漿；可從低端或吸漿量大的孔開始進(jìn)行水平或近水平向裂縫灌漿；壓力裂縫灌漿一般設(shè)定為0.2～0.5MPa之間較為適宜，當(dāng)灌漿壓力降低時(shí)可以順利進(jìn)漿。⑤ 吸漿值應(yīng)低于0.02L/5min，當(dāng)灌漿結(jié)束時(shí)封孔。⑥ 達(dá)到設(shè)計(jì)漿材固化強(qiáng)度后，壓水試驗(yàn)通過檢查孔進(jìn)行檢查，吸水量應(yīng)小于0.01L/min，對(duì)檢查孔單孔進(jìn)行檢查，對(duì)吸水量不合格的單孔進(jìn)行補(bǔ)灌。

(3) 當(dāng)裂縫寬度大于0.5mm時(shí)，宜選用水泥漿材，水泥灌漿施工應(yīng)符合下列規(guī)定：①立面上豎向裂縫或斜縫灌漿應(yīng)自下而上、由深孔到淺孔依次進(jìn)行，水平或近似水平向裂縫灌漿應(yīng)自一端向另一端、由深孔到淺孔依次進(jìn)行。平面上裂縫宜選擇通暢性最好的孔開始灌漿，并向兩側(cè)依次進(jìn)行。② 當(dāng)裂縫規(guī)模較大時(shí)，可采取分區(qū)灌漿。分區(qū)方法可采取鉆孔封堵、間隔灌漿分割等形式。 ③灌漿孔宜采用回轉(zhuǎn)取芯鉆機(jī)鉆進(jìn)，孔參數(shù)應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定執(zhí)行。

2.2 滲漏病害修補(bǔ)方法及工藝

混凝土嚴(yán)重滲漏、抗?jié)B性能差的防滲面板法主要適用于處理散滲的迎水面。水泥混凝土或?yàn)r青混凝土宜作為面板材料。主要施工工藝如下。

(1)瀝青混凝土防滲面板應(yīng)滿足材料質(zhì)量要求。瀝青混凝土配合比應(yīng)通過試驗(yàn)確定，并滿足防滲性能、流變穩(wěn)定性能及施工工藝要求。

(2) 瀝青混凝土防滲面板施工宜采用預(yù)制鋼筋混凝土模板，并兼做永久防護(hù)面板。

(3) 防護(hù)面板安裝前，應(yīng)清除迎水面污物、松散的浮皮，鑿平和清理凸起部分，回填蜂窩麻面，潮濕迎水面宜用紅外線加熱器或噴燈烘干，再噴灑或涂刷陽離子乳化瀝青或稀釋瀝青，涂量宜為0.15～0.20kg/m2，陽離子乳化瀝青涂層常溫下應(yīng)干燥12h以上，稀釋瀝青涂層應(yīng)干燥6h以上。

(4) 瀝青混凝土防滲面板臨空底面和側(cè)面可用L形鋼筋混凝土防護(hù)面板封閉，防護(hù)面板底面和側(cè)面一般用固定在壩體上的角鋼支撐，也可用螺栓直接將L形鋼筋混凝土防護(hù)面板錨固在壩體上。

(5)對(duì)迎水面的永久橫縫應(yīng)進(jìn)行特殊處理，宜鑿成V形縫槽，其深度和寬度視橫縫處混凝土的澆筑質(zhì)量而定，在縫槽內(nèi)填充瀝青基類嵌填材料，在表面鋪蓋土工膜或油氈類材料等。

2.3 凍融剝蝕修補(bǔ)方法及工藝

在河道堤防工程混凝土被診斷為凍融剝蝕及碳化時(shí)，具體的施工工藝如下。

(1)基面處理后修補(bǔ)厚度小于0.5cm時(shí)宜直接涂刷防護(hù)涂料；修補(bǔ)厚度為0.5～2.0cm時(shí)宜選用聚合物水泥混凝土、樹脂砂漿以及聚合物砂漿、水泥砂漿等；修補(bǔ)厚度為2.0～5.0cm之間時(shí)宜選用水泥基砂漿進(jìn)行修補(bǔ)；修補(bǔ)厚度在5.0～15cm之間時(shí)宜選用一級(jí)配混凝土進(jìn)行修補(bǔ)；修補(bǔ)厚度大于15cm時(shí)宜選用二級(jí)配混凝土進(jìn)行修補(bǔ)。

(2)當(dāng)采用聚合物水泥砂漿修補(bǔ)時(shí)，涂抹一次的厚度不應(yīng)超過2cm，當(dāng)厚度超過2cm時(shí)應(yīng)分層涂抹；聚合物水泥混凝土修補(bǔ)的厚度一般低于15cm，厚度高過15cm時(shí)應(yīng)進(jìn)行分層澆筑，并及時(shí)振搗。

(3)宜選用聚合物砂漿對(duì)強(qiáng)度超過C20的基層混凝土進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)厚度應(yīng)低于3cm，基層混凝土在施工時(shí)應(yīng)保持干燥，應(yīng)選用親水性界面劑對(duì)無法形成干燥基面的混凝土進(jìn)行施工處理。

(4)界面劑可選擇與修補(bǔ)材料同類的水泥凈漿或砂漿、聚合物水泥凈漿或砂漿以及水溶性環(huán)氧類黏結(jié)劑等。涂刷界面劑應(yīng)薄而均勻，界面劑涂刷對(duì)基面的要求及涂刷后至修補(bǔ)材料覆蓋的時(shí)間間隔應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

(5)混凝土所用水泥或砂漿配置應(yīng)選用強(qiáng)度等級(jí)高于42.5MPa的水化熱較低且顆粒細(xì)的水泥材料，應(yīng)選用粒徑為5～40mm碎石粗骨料或卵石作為主要的材料，砂漿或者混凝土水膠比以不低于0.40為宜。

3 結(jié)論

(1)河道堤防工程混凝土防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限不應(yīng)少于 10a，且同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求；涂層與混凝土表面的黏結(jié)力不得小于 1.5MPa，且同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求；防護(hù)涂層厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)河道堤防工程混凝土在北方寒區(qū)防護(hù)對(duì)象主要為混凝土構(gòu)件冬季水位變化區(qū)(浪濺區(qū))、結(jié)冰區(qū)、冬季集水(雪)區(qū)等易受凍害侵蝕的部位，并應(yīng)在迎水面或集水區(qū)混凝土表面涂刷抗凍、抗?jié)B、耐沖擊、耐低溫、抗老化防護(hù)涂層。

(3)修護(hù)環(huán)境溫度對(duì)北方寒區(qū)河道堤防工程混凝土病害修復(fù)影響較大，在以后的研究中還需要分析修補(bǔ)防護(hù)施工環(huán)境適宜溫度。