杭州市港航管理局 杭州 310014
摘要：本文通过对富春江老船闸混凝土进行质量评估，对比分析了既有船闸薄壁混凝土的加固技术和加固材料的选择，确定了富春江老船闸薄壁混凝土加固的方案，并对关键的加固施工工艺进行了分析。
关键词：船闸 薄壁砼 加固
富春江船闸扩建改造工程为在原有老船闸下游新建一座Ⅳ级标准船闸（兼顾1000吨级船舶的过闸要求），原有老船闸作为上游引航渠道。这种利用老船闸扩建新船闸的方式在国内老船闸升级改造工程中尚属首次，其一大难点为老船闸加固方法的选择，加固材料的甄选和配置等。富春江老船闸闸室两侧闸墙为箱型结构，闸室侧墙尺寸为86.45m×22.5m（不含1.2m高胸墙），加固面积约4000㎡。老船闸闸室加固后作为新建船闸的上游引航道，需考虑水流的冲刷、抗渗以及使用寿命等问题。
1 老船闸混凝土质量评估
老船闸闸室加固改造后作为新建船闸的上游引航道，加固改造工程需考虑水流的冲刷和使用寿命等问题，因此有必要对老船闸闸室混凝土强度、耐久性等性能进行监测评估，为加固改造工作提供依据。
（1）混凝土强度检测
对所取芯样进行抗压强度检测，检测结果如表1-1所示。
由表1-1可知，不同部位混凝土强度差异较大，但所有混凝土芯样强度最低为24.7MPa，部分结构部位混凝土强度甚至高达51.8 MPa，平均强度约30 MPa，混凝土强度均较高。
（2）混凝土碳化深度
对老船闸混凝土碳化程度进行检测，参考《水运工程混凝土试验规程》（JTJ 270-98），现场碳化深度测试结果分别为3.0mm、5.0mm、6.0mm，碳化深度小，达到《混凝土质量控制标准》（GB 50164）中T-Ⅳ级。
（3）混凝土渗透性
对老船闸混凝土渗透性进行检测，芯样抗氯离子扩算系数的平均值为1.84×10-12 m2/s，达到《混凝土质量控制标准》（GB 50164）中RCM-Ⅳ级，混凝土密实性良好。
以上混凝土性能检测结果显示，老船闸混凝土强度较高，碳化深度小，混凝土密实性好，混凝土整体质量良好。
2 老船闸混凝土薄壁结构加固方法对比分析
混凝土结构加固技术的常用方法有：置换混凝土加固法、增大截面加固法、外粘钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法、增设支点加固法、外加预应力加固法等。以下对工程中常用的几种加固方法作对比分析，见表2-1。
针对老船闸混凝土结构，尤其是闸室两侧墙体的加固，为保障老混凝土加固后通航要求，并结合闸室自身结构特点，推荐采用置换混凝土加固法进行老船闸闸室结构加固，同时考虑到老闸室混凝土现状情况，只需对老闸室表层较小深度范围内的混凝土进行置换，新置换的混凝土为大面积薄壁混凝土，为了增加新老混凝土之间的粘结性能，在进行混凝土置换加固时，同时在老船闸加固面上进行植筋和挂设钢筋网的方法，以确保加固后新老混凝土的整体性能满足设计要求。
根据老船闸闸室混凝土质量检测结果可知，老混凝土强度较高，混凝土碳化深度小，抗渗性好，根据《港口水工建筑物修补加固技术规范》（JTS 311-2011）和《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2006）中规定的混凝土置换深度，本工程老船闸闸室侧墙标高17.5m以上墙壁平均凿除厚度为24cm，17.5m标高以下仅对表层混凝土进行凿毛，然后进行植筋浇筑砼置换处理。
3薄壁抗渗砼加固材料研究
3.1修补材料的比选分析
老混凝土加固材料常用包括细石纤维混凝土、喷射混凝土、聚合物砂浆以及环氧树脂砂浆等，不同的修补材料适用范围及特点不同。
（1）细石纤维混凝土混凝土结构修补加固工程中，细石纤维混凝土是一种常用的修补材料。细石纤维混凝土通常由5~16mm或5~20mm细石作为粗骨料并加入纤维配制而成。细石混凝土作为常用的修补材料，技术成熟，经济性好，适用于支模现浇法施工和支模泵送法施工，特别是在大面积修补工程应用广泛。采用细石纤维混凝土修补主要缺点有新混凝土与老混凝土面结合较差，需采取一定措施，加强新老混凝土结合面粘接强度；同时由于混凝土收缩作用，易出现裂缝，在配合比设计和施工过程及后期养护中需提出较高要求。
（2）喷射混凝土喷射混凝土作为修补加固材料常用于边坡支护，隧道加固修补等工程中，喷射混凝土一般由5~10mm细石配制的细石混凝土加入硅灰和速凝剂组成。
（3）聚合物砂浆聚合物砂浆由水泥、石英砂、聚合物按照一定比例配制而成，适用于支模现浇法施工。聚合物砂浆和易性好，施工方便，弹性和粘结性能优良，能与老混凝土面充分结合；同时抗冲击和防水性能良好。但其价格昂贵，收缩大，耐老化性能差，一般适用于小面积的结构修补工程中。
（4）环氧树脂砂浆环氧树脂砂浆有环氧树脂、固化剂、砂、水泥按照一定配合比配制。环氧砂浆树脂与老混凝土面结合能力强，自身抗拉强度高，不易出现裂缝，在有无模板情况下均可施工，但其价格非常昂贵，耐老化性能差，一般适用于小面积修补和室内环境修补。
富春江老船闸加固改造采用人工凿除的方法将闸室侧墙表面进行凿除，凿除面积大，约为4000m2，凿除厚度较大，约为30cm~2.64m。根据现场具体施工条件，兼顾经济性，本工程适用于支模浇筑施工法。老船闸加固改造后，作为新船闸的上游引航道使用，长期受水流冲刷，环境恶劣，耐久性要求高；同时其使用寿命应满足新船闸使用寿命要求。在选取修补材料时，应注重材料的抗冲刷性能及耐久性。从性能指标上选取，细石纤维混凝土和加固型灌浆料均可满足要求。但本工程修补加固工程量较大，而加固型灌浆料价格昂贵，应用于本工程，成本高。综合考虑材料的性能指标及经济性，选取细石纤维混凝土作为本工程修补材料。
3.2细石纤维混凝土配合比设计
老船闸修补采用细石混凝土修补，细石混凝土中掺用玄武岩纤维提高混凝土的抗拉强度并降低混凝土的收缩。
（1）胶凝材料。胶凝材料采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，双掺粉煤灰和矿粉以降低混凝土绝热温升，降低开裂风险。
（2）骨料。粗骨料采用5~16mm连续级配的自产碎石，细骨料采用河砂与机制砂按4；6比例混合的混合砂。
（3）外加剂。采用聚羧酸高效减水剂。
（4）纤维。采用四川航天玄武岩纤维。
根据设计及施工要求，进行配合比设计试验，配合比参数及试验结果如表3-1所示。试验结果显示混凝土工作性能、强度及耐久性均符合设计要求。
4 闸室大面积薄壁抗渗混凝土加固方案设计及关键施工工艺
根据上述分析，结合工程特点，最终确定本工程的加固方案为：老化混凝土凿除、化学植筋挂网、刷涂界面剂和新浇贴面细石纤维混凝土相结合。加固施工工艺主要包括老混凝土凿除、化学植筋、钢筋网挂设、模板安装、涂刷界面剂、混凝土浇筑和养护。
4.1 混凝土凿除
根据检测报告，目前老船闸闸墙外表面受船舶冲撞、摩擦及水力淘刷，卵石与混凝土砂浆外露较为严重，局部有淘空，闸室表面的错台现象较为普遍，多处错台大于10cm。为此，在满足通航水深及净空要求的前提下，考虑混凝土凿除施工难度大、凿除过程对现有结构的损伤和施工期安全等因素，根据老船闸原有结构特点，采取以下混凝土凿除方案：17.5m高程以上满足净宽尺度14.4m的要求，两侧闸室内壁表层凿除混凝土后界面至设计浇筑混凝土内壁面距离大于20cm，混凝土置换厚度为24cm；17.5m高程以下原则上仅凿除表面老化、破损混凝土，但需确保凿除混凝土后界面至设计浇筑混凝土内壁面距离大于15m。
4.2 植筋及钢筋网
采用化学植筋，植筋采用梅花形布置方式，分为直径20mm和16mm两种，直径16mm螺纹钢，长600mm，深350mm，水平、竖直植筋间距为1200mm；直径20mm螺纹钢，长750mm，深550mm，水平、竖直植筋间距为1200mm。对于下闸首等局部区域应根据浇筑厚度加长植筋外伸长度。
钢筋网采用钢筋直径8mm，间距100mm，对于下闸首区的内壁面及下游壁面采用钢筋直径16mm、间距200mm的钢筋网。
4.3 界面剂施工
在老船闸内壁选择有代表性的区域做试验段，分别采用环氧砂浆和903聚合物两种界面剂进行试验，对试验段混凝土进行正拉粘结强度检测，903聚合物比环氧砂浆正拉结粘结强度高，且903聚合物只需喷涂在结合面上，易于施工，砂浆须涂抹，难操作，故通过试验段确定了界面剂选择为903聚合物。为保证界面剂的使用性能，在浇筑混凝土前一小时内用喷雾壶对新老混凝土结合面进行界面剂喷涂。
4.4 贴面薄壁混凝土浇筑
通过锚筋（化学植筋，为直径20mm和16mm两种钢筋，采用A级胶水）及配置单层钢筋网，重新浇筑C30W8F100细石混凝土加以修缮。混凝土中添加玄武岩纤维等耐磨抗裂材料。
混凝土由混凝土罐车运至浇筑现场，搅拌车需距离老船闸闸墙前沿线3m以外，跟起重设备停放于不同结构段，以保证老船闸结构安全。起重设备停放于离闸墙前沿线3m以外的区域，混凝土首先卸料在小推车或小料斗里，再通过吊放小推车或小料斗进行混凝土浇筑。混凝土采用溜槽辅助入仓。
采用Ф50直径振捣棒振捣，混凝土为C30细石混凝土。在浇筑过程中按照图纸设置结构缝（17.5米），浇筑完成之后按要求进行混凝土养护。老船闸凿除厚度较大的部位，局部空箱挡土壁板需重新立模浇筑，新浇壁板侧壁及底面与老船闸采用化学植筋（为直径22mm的二级钢筋，采用A级胶水）锚固。
4.5新老砼结合检测
由于本工程具有其特殊性，结合《建筑结构加固工程施工质量验收规范》采用钻孔取芯法对新老混凝土结合面进行正拉粘结强度检验。基层混凝土破坏时强度为0.43MPa，界面破坏为0.68MPa。新老砼结合良好，满足设计及规范要求。
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作者简介：王强，男，1978年4月出生，汉族 ，籍贯：浙江临海
硕士学位，研究生学历，港口与航道工程专业，高级工程师，现从事工程建
论文作者:王强
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/2
标签：混凝土论文; 船闸论文; 砂浆论文; 富春江论文; 薄壁论文; 强度论文; 纤维论文; 《防护工程》2017年第28期论文;