论文部分内容阅读
摘要：通过对太河水库U型钢筋混凝土渡槽病害产生的原因进行分析，指出了造成渡槽病害的主要原因是由于渗水、温度应力、钢筋锈蚀，造成混凝土钢筋锈蚀、表面保护层脱落，导致渡槽槽身开裂，从而危及渡槽输水的安全性.针对这些原因，结合当地自然条件和实际工程条件，分别采用环氧树脂、粘贴钢板加固、粘贴碳纤维等工艺方法，确保了渡槽输水的安全，提高了渡槽的使用寿命，为渡槽安全运行 起到了非常重要的作用，取得了显著的经济效益和社会效益.
[关键词]太河水库；钢筋砼渡槽；加固措施
中图分类号：TU57 文献标志码：B 文章编号：
太河水库位于淄博市淄川区太河镇、淄河干流中游，坝址以上流域面积780km2.水库枢纽由大坝、东溢洪道、西溢洪道、灌溉洞、渠首发电站等部分组成.水库设计总库容18 330万m3，兴利库容11 280万m3，是一座以防洪、灌溉、城乡供水为主的大（二）型水库[1-2].
1 渡槽运行存在的问题
太河水库总干渠自1976年通水以来，年久失修工程严重老化，存在严重的工程隐患和多方面病害现象.U型钢筋混凝土渡槽的主要病害主要表现为以下几个方面：1）钢筋混凝土U型渡槽槽身环向裂缝严重； 2）槽身外侧砼受冻融影响混凝土表皮剥落内部石子外露，局部冲磨剥蚀； 3）槽身、拉杆钢筋外露且锈蚀严重，个别部位钢筋锈穿； 4）栏杆砼脱落，破坏严重，钢筋外露，严重影响过往人员安全； 5）顶部检修交通桥板、挑梁，表面砼脱落现象严重，钢筋外露、锈蚀部分桥板断裂.如果继续带病使用，会影响行人安全，甚至出现安全事故.
2 渡槽存在问题的原因分析
2.1 渗水对渡槽结构的影响
由于在渡槽施工过程中，渡槽表面并未作防渗处理，槽身的渗漏部位析出Ca（OH）2与大气中的CO2发生化学反应，生成碳酸钙白色沉淀物，使混凝土中的Ca离子减少，强度下降，裂缝延长，最终导致槽身破坏[3].
2.2 温度应力的影响
由于太河水库处于鲁中山区，夏季最高温度在40℃左右，冬季最低温度在零下15℃以下，温差变化较大，渡槽槽身产生的温度应力远大于混凝土抗拉强度，致使在混凝土内部产生空隙和微裂纹.在每年反复冻融的作用下，内部缺陷处就会出现局部应力集中现象，造成混凝土由表及里逐渐剥蚀，引起材料破坏，致使槽身出现大量裂缝，不同程度影响着渡槽使用和机构安全[4].
2.3 钢筋锈蚀的影响
通常，混凝土中的碱性溶液对混凝土中的钢筋起着保护作用，钢筋表面形成一层致密的水化氧化铁，处于惰性状态.当空气中的CO2渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低，发生碳化.当碳化深度超过钢筋保护层时，钢筋表面发生锈蚀.由于锈蚀物是原钢筋体积的3倍，导致混凝土顺筋开裂，混凝土表面剥落，加之渡槽槽壁较薄，其破坏程度更加严重.
3 应对措施及施工方案
3.1槽身加固
1）渡槽底粘贴4×170mm、净距250mm钢板三道或碳纤维三道.两头用4mm厚、宽200mm钢压条加固.
2）拉杆顶部和底部粘贴150mm宽通长碳纤维一层，两头用400mm长200mm宽4mm厚钢压条加固，拉杆用150mm宽碳纤维封闭环箍，中心距800mm.
3.2裂缝处理
1）裂缝宽度较细较浅，宽度小于0.3mm，且表面裂缝不多时，在裂缝处用水清洗，然后涂刷水泥净浆或干燥后涂刷环氧树脂.当表面裂缝较多时，可在裂缝附近用钢丝刷刷净，采用压缩空气或皮老虎吹干净表面，必须处于无油渍状态.
2）裂缝宽度大于0.3mm时，采用压力灌浆，表面用环氧树脂胶泥进行封闭.裂缝长度超过0.5m时，可按裂缝垂直方向粘贴碳纤维加固长度600mm、间距200mm.
3.3外露钢筋除锈
首先对钢筋表面松动的混凝土用磨光机磨掉，对钢筋进行除锈，然后表面用环氧砂浆进行封闭.
4 主要施工工艺
4.1环氧树脂施工工艺
灌浆之前将松动部分砼清除后，用裂缝修补胶抹严空洞与缝隙，进行勾缝封闭.在裂缝的两端，水平与立缝交界处、裂缝拐弯处设置嘴子.
环氧树脂浆液的配置方法是按照确定的灌浆配合比，先将环氧树脂加热，使其能较好的与其他外加剂搅拌混合.外加剂的添加顺序是稀释剂、增塑剂、促进剂，最后加入固化剂，搅拌必须均匀.浆液配置好后予以冷却，使其反应速度减慢，粘度增长不致太快.
4.2粘贴钢板加固法施工工艺
1）钢板条制作.钢板条的制作要求基本平整，弯制成渡槽槽身的形状.
2）混凝土表面处理.轻微凿掉混凝土松散层，使混凝土表面大致平整，然后用角向磨光机将与钢板粘结面相连的混凝土打磨平整，并用钢丝刷将表面浮渣刷去粘贴钢板前用空压机将粘结面吹干净.对于混凝土表面凹陷过大的部位，应用修补材料将表面处理平整.
3）钢板表面处理.将钢板用磨光机打磨至金属光泽，然后用粗砂轮片进行粗糙打磨，打磨纹路与钢板受力方向垂直.
4）配胶和涂胶.结构胶配制好后，用抹刀涂在已处理好的混凝土面上，厚度以1～3mm为宜，中间厚两边薄，然后将钢板粘贴至预定的位置.
5）钻孔、打铆钉固定钢板.钢板粘贴于预定位置后，应立即进行打铆钉孔、打入异形铆钉，异形铆钉全部打入后，通过铆钉对钢板拉伸作用，保证钢板沿受力方向拉紧，并将钢板牢固地铆接于加固构件上，结构胶通过挤压从钢板边缘挤出.
4.3粘贴碳纤维施工工艺
4.3.1工艺原理
将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料（单向连续纤维）；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性.
4.3.2施工工艺如下：
1）混凝土表面处理.将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净.对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分，进行修补、复原.
2）缺陷部位涂刷底胶.将配好的底胶（粘结剂），用涂刷均匀于缺陷部位的砼表面.
3）构件表面残缺面的修补.用环氧腻子对构件表面残缺面进行修补是十分重要的一歩.
4）涂刷底胶.将配好的底胶（粘结剂），用滚筒均匀涂刷于需要粘结的砼表面.
5）粘贴碳纤维.粘贴碳纤维材料之前，首先应确认粘贴表面干燥.气温在-10℃以上，相对湿度RH>85%时，如无有效措施不得施工.碳纤维纵向接头必须搭接20cm以上.该部位应多涂树脂，碳纤维横向不需要搭接.粘贴时，在碳纤维和树脂之间尽量不要有空气.可用罗拉（专用工具）沿着纤维方向在碳纤维材料上滚压多次，使树脂渗浸入碳纤维中.
5 结语
在太河水库总干渠的渡槽加固工程中，利用上述加固措施，已经处理了数座钢筋混凝土渡槽，避免了重建和“大手术”加固施工，取得了较好的效果，延长了渡槽的使用寿命，节省了大量资金.实践证明，这些加固处理技术措施有较强的实用性和推广性，可为其他大型灌区的渡槽维修加固方案提供选择性参考.
参考文献
[1] 李国伟， 刘小进.利用太河水库总干渠远距离直接供水工程方案优选[J]. 工程建设与管理， 2012， 8：43-44.
[2] 杨准， 徐文芳， 吴瑞莲. 太河水库水质调查报告[J]. 科技创新与应用， 2013， 28：125.
[3] 韩永强. 浅谈石堡川灌区聿津河渡槽加固处理[J]. 陕西水利， 2013， 2：161-162.
[4] 郭俊晟. 渡槽裂缝产生的原因及加固补强技术应用[J]. 甘肃科技， 2013， 29（2）：105-106.
[关键词]太河水库；钢筋砼渡槽；加固措施
中图分类号：TU57 文献标志码：B 文章编号：
太河水库位于淄博市淄川区太河镇、淄河干流中游，坝址以上流域面积780km2.水库枢纽由大坝、东溢洪道、西溢洪道、灌溉洞、渠首发电站等部分组成.水库设计总库容18 330万m3，兴利库容11 280万m3，是一座以防洪、灌溉、城乡供水为主的大（二）型水库[1-2].
1 渡槽运行存在的问题
太河水库总干渠自1976年通水以来，年久失修工程严重老化，存在严重的工程隐患和多方面病害现象.U型钢筋混凝土渡槽的主要病害主要表现为以下几个方面：1）钢筋混凝土U型渡槽槽身环向裂缝严重； 2）槽身外侧砼受冻融影响混凝土表皮剥落内部石子外露，局部冲磨剥蚀； 3）槽身、拉杆钢筋外露且锈蚀严重，个别部位钢筋锈穿； 4）栏杆砼脱落，破坏严重，钢筋外露，严重影响过往人员安全； 5）顶部检修交通桥板、挑梁，表面砼脱落现象严重，钢筋外露、锈蚀部分桥板断裂.如果继续带病使用，会影响行人安全，甚至出现安全事故.
2 渡槽存在问题的原因分析
2.1 渗水对渡槽结构的影响
由于在渡槽施工过程中，渡槽表面并未作防渗处理，槽身的渗漏部位析出Ca（OH）2与大气中的CO2发生化学反应，生成碳酸钙白色沉淀物，使混凝土中的Ca离子减少，强度下降，裂缝延长，最终导致槽身破坏[3].
2.2 温度应力的影响
由于太河水库处于鲁中山区，夏季最高温度在40℃左右，冬季最低温度在零下15℃以下，温差变化较大，渡槽槽身产生的温度应力远大于混凝土抗拉强度，致使在混凝土内部产生空隙和微裂纹.在每年反复冻融的作用下，内部缺陷处就会出现局部应力集中现象，造成混凝土由表及里逐渐剥蚀，引起材料破坏，致使槽身出现大量裂缝，不同程度影响着渡槽使用和机构安全[4].
2.3 钢筋锈蚀的影响
通常，混凝土中的碱性溶液对混凝土中的钢筋起着保护作用，钢筋表面形成一层致密的水化氧化铁，处于惰性状态.当空气中的CO2渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低，发生碳化.当碳化深度超过钢筋保护层时，钢筋表面发生锈蚀.由于锈蚀物是原钢筋体积的3倍，导致混凝土顺筋开裂，混凝土表面剥落，加之渡槽槽壁较薄，其破坏程度更加严重.
3 应对措施及施工方案
3.1槽身加固
1）渡槽底粘贴4×170mm、净距250mm钢板三道或碳纤维三道.两头用4mm厚、宽200mm钢压条加固.
2）拉杆顶部和底部粘贴150mm宽通长碳纤维一层，两头用400mm长200mm宽4mm厚钢压条加固，拉杆用150mm宽碳纤维封闭环箍，中心距800mm.
3.2裂缝处理
1）裂缝宽度较细较浅，宽度小于0.3mm，且表面裂缝不多时，在裂缝处用水清洗，然后涂刷水泥净浆或干燥后涂刷环氧树脂.当表面裂缝较多时，可在裂缝附近用钢丝刷刷净，采用压缩空气或皮老虎吹干净表面，必须处于无油渍状态.
2）裂缝宽度大于0.3mm时，采用压力灌浆，表面用环氧树脂胶泥进行封闭.裂缝长度超过0.5m时，可按裂缝垂直方向粘贴碳纤维加固长度600mm、间距200mm.
3.3外露钢筋除锈
首先对钢筋表面松动的混凝土用磨光机磨掉，对钢筋进行除锈，然后表面用环氧砂浆进行封闭.
4 主要施工工艺
4.1环氧树脂施工工艺
灌浆之前将松动部分砼清除后，用裂缝修补胶抹严空洞与缝隙，进行勾缝封闭.在裂缝的两端，水平与立缝交界处、裂缝拐弯处设置嘴子.
环氧树脂浆液的配置方法是按照确定的灌浆配合比，先将环氧树脂加热，使其能较好的与其他外加剂搅拌混合.外加剂的添加顺序是稀释剂、增塑剂、促进剂，最后加入固化剂，搅拌必须均匀.浆液配置好后予以冷却，使其反应速度减慢，粘度增长不致太快.
4.2粘贴钢板加固法施工工艺
1）钢板条制作.钢板条的制作要求基本平整，弯制成渡槽槽身的形状.
2）混凝土表面处理.轻微凿掉混凝土松散层，使混凝土表面大致平整，然后用角向磨光机将与钢板粘结面相连的混凝土打磨平整，并用钢丝刷将表面浮渣刷去粘贴钢板前用空压机将粘结面吹干净.对于混凝土表面凹陷过大的部位，应用修补材料将表面处理平整.
3）钢板表面处理.将钢板用磨光机打磨至金属光泽，然后用粗砂轮片进行粗糙打磨，打磨纹路与钢板受力方向垂直.
4）配胶和涂胶.结构胶配制好后，用抹刀涂在已处理好的混凝土面上，厚度以1～3mm为宜，中间厚两边薄，然后将钢板粘贴至预定的位置.
5）钻孔、打铆钉固定钢板.钢板粘贴于预定位置后，应立即进行打铆钉孔、打入异形铆钉，异形铆钉全部打入后，通过铆钉对钢板拉伸作用，保证钢板沿受力方向拉紧，并将钢板牢固地铆接于加固构件上，结构胶通过挤压从钢板边缘挤出.
4.3粘贴碳纤维施工工艺
4.3.1工艺原理
将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料（单向连续纤维）；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性.
4.3.2施工工艺如下：
1）混凝土表面处理.将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净.对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分，进行修补、复原.
2）缺陷部位涂刷底胶.将配好的底胶（粘结剂），用涂刷均匀于缺陷部位的砼表面.
3）构件表面残缺面的修补.用环氧腻子对构件表面残缺面进行修补是十分重要的一歩.
4）涂刷底胶.将配好的底胶（粘结剂），用滚筒均匀涂刷于需要粘结的砼表面.
5）粘贴碳纤维.粘贴碳纤维材料之前，首先应确认粘贴表面干燥.气温在-10℃以上，相对湿度RH>85%时，如无有效措施不得施工.碳纤维纵向接头必须搭接20cm以上.该部位应多涂树脂，碳纤维横向不需要搭接.粘贴时，在碳纤维和树脂之间尽量不要有空气.可用罗拉（专用工具）沿着纤维方向在碳纤维材料上滚压多次，使树脂渗浸入碳纤维中.
5 结语
在太河水库总干渠的渡槽加固工程中，利用上述加固措施，已经处理了数座钢筋混凝土渡槽，避免了重建和“大手术”加固施工，取得了较好的效果，延长了渡槽的使用寿命，节省了大量资金.实践证明，这些加固处理技术措施有较强的实用性和推广性，可为其他大型灌区的渡槽维修加固方案提供选择性参考.
参考文献
[1] 李国伟， 刘小进.利用太河水库总干渠远距离直接供水工程方案优选[J]. 工程建设与管理， 2012， 8：43-44.
[2] 杨准， 徐文芳， 吴瑞莲. 太河水库水质调查报告[J]. 科技创新与应用， 2013， 28：125.
[3] 韩永强. 浅谈石堡川灌区聿津河渡槽加固处理[J]. 陕西水利， 2013， 2：161-162.
[4] 郭俊晟. 渡槽裂缝产生的原因及加固补强技术应用[J]. 甘肃科技， 2013， 29（2）：105-106.