内河航道水工结构物耐久性探究

罗双

摘要：近年来，我国港口和内河航道建设取得了较快发展，建设了一大批重点港口及等级航道，为绿色交通发展奠定了基础。作为工程建设领域的重要组成成分，内河航道及航道枢纽工程建设对品质工程的要求越来越高。评价品质工程的一个重要方面就是结构物的耐久性。本文结合秦淮河航道整治工程洪蓝船闸土建工程，重点介绍了护岸结构物施工方面针对耐久性采取的措施。

关键词：航道;水工结构物;耐久性

一、工程概况

洪蓝船闸是沟通芜申线和长江的重要航道，航道按照Ⅳ级进行设计和建设，船闸设计规模为180×18×4（m）（闸室长×口门宽×槛上水深）。船闸中心线起点桩号0K+000，终点桩号1K+960。本工程航道护岸分为重力式及衡重式两种，上游引航道护岸为重力式结构，下游引航道靠船段护岸为衡重式结构，其他段护岸为重力式结构。船闸主体及上下游引航道均为混凝土圬工结构，混凝土总方量约14万m³。

二、混凝土耐久性采取措施

本工程的导航墙、靠船墩、护岸墙等分项工程均为素混凝土结构，耐久性方面采取的措施主要是防止混凝土裂缝的产生。一方面为设计阶段采取措施，主要是合理划分结构段长度，另一方面主要是施工中采取的措施：包括混凝土原材料选择、优化配合比设计、施工过程控制等。

2.1选择优质材料

为保证混凝土的质量，首先选择优质的原材料，并严格控制原材料的稳定性，避免质量产生较大波动。

（1）水泥

尽量减小混凝土早期水化热上升值，采用水化热低的水泥（所用水泥其3d水化热不宜大于240kJ/kg，7d水化热不宜大于270kJ/kg，减少高含量碱物质引起的收缩导致混凝土类似碱集料反应的开裂。

（2）外加剂

在混凝土中掺加一定用量的高效缓凝减水剂，能够减少单位体积用水量，减小水灰比并适当延长初凝时间，还能够减小混凝土的收缩变形并防止收缩裂缝的产生，并根据不同季节调节缓凝时间

（3）掺合料

在规范允许范围内掺加一定量的活性掺合料（本工程掺用一级粉煤灰），既可以降低单位体积水泥用量，减少混凝土早期收缩并能增加混凝土后期强度。对于掺加的粉煤灰，SO3含量≤3.0%，烧失量≤5.0%，需水量比≤100%。加大检测频率，参照水泥检测频率，对细度、烧失量，需水量比等参数每批必检。

（4）粗集料

粗集料宜采用反击式破碎机生产，并且集料要干净粉尘含量要低，含泥量严格控制在0.7%以下，必要时可用洁净水冲洗。粗集料分级进行采购，粗集料料仓设置3个仓。级配范围宜为5～40mm（5～16mm、16～31.5mm、20～40mm掺配），按照集料相关规范和水工混凝土试验规程进行验收，严格控制集料压碎值、针片状含量，集料按照三级配进行设计，经混凝土试拌，选择满足相关要求的级配。

（5）细集料

细集料选用细度模数在2.6～3.0的中粗砂，含泥量严格控制在3.0%以下，泥块含量一般小于0.5%。细集料含泥量大会直接影响骨料与水泥的粘接，影响施工混凝土的和易性，易造成混凝土的坍落度过大，并且会影响混凝土的水化热和干缩。所以应该选择含泥量小的细集料，必要时可以对细集料进行二次清洗，增加拌制混凝土的工作性能，提高混凝土的抗干縮能力，减少混凝土裂缝的产生。

2.2优化配合比

针对大体积素混凝土要求：其一、降低混凝土水化热，减少温度应力，减少混凝土裂缝;其二、减少混凝土的泌水量和含气量，防止混凝土表面出现砂线气泡，保证混凝土内实外光。采取措施：①采用双掺技术，即添加粉煤灰和高效缓凝减水剂;②采用三级配，配合比的设计按绝对体积法计算，配合比设计以基准配合比为基础，按稠度、强度等级原则;③用超量取代法进行调整，其用水量按基准配合比的用水量取用;④同时，根据泵送混凝土的要求，考虑到混凝土的坍落度损失，适当调整水泥、外加剂及细集料的用量。

优选原材料，把握材料的优质性、供料的稳定性、材料的代表性及各材料间的适应性。混凝土配合比设计采用多种配合比进行试验、验证，并对配合比进行调整、优化，选择最优配合比作为施工配合比。经比选，洪蓝船闸护岸工程施工配合比水胶比为0.49，单位体积各组份质量如下（单位均为kg）：

水：155，水泥：253，粉煤灰：63，细集料：792，粗集料：1140，外加剂：2.212。

对选定的混凝土配合比，生产时根据实际材料含水量进行配合比调整，确保生产的混凝土达到设计和规范要求。

2.3混凝土浇筑过程中的控制

（1）浇注温度控制

夏季施工时，浇筑混凝土时，水泥提前6天入罐，让水泥自然冷却;集中拌和站设置钢结构大棚，避免阳光直射;搅拌用水采用深井水，以保证混凝土入仓温度不高于30℃，必要时对拌和用水加冰降温。混凝土浇筑时应采取一定措施，降低混凝土内部温度。高温季节施工时，混凝土内部最高温度不宜大于 60℃，混凝土内表温差不大于 25℃。必要时，应首先充分利用早晚及夜间的低温时段浇筑混凝土。

冬季施工时，可用2套8000W的电热管在水箱内对混凝土拌和用水进行加热，水温度控制在40～60℃之间，水温不宜过高。冬期混凝土拌和时应制定合理的放料顺序，以便使混凝土搅拌均匀并保证良好的工作性能和使拌和物温湿度均匀，有利于强度发展。混凝土的搅拌时间应比常温延长50%，使混凝土性能符合有关规定。混凝土搅拌好后，应及时运到浇筑地点。混凝土搅拌运输车辆装料后应迅速赶到现场，泵送混凝土入模，减少热量流失，保证混凝土入模温度在10℃左右，最少不低于5℃，必要时对混凝土运输车采取保温措施。混凝土在浇筑前，应清除模板上的的冰雪和污垢。

（2）塌落度与分层厚度控制

试验人员要跟踪监测混凝土塌落度大小，确保塌落度稳定。混凝土到现场后需做坍落度试验，坍落度值应满足设计和规范要求。对于坍落度不合格的混凝土严禁工人直接在现场加水等方法进行调整，可以返回拌和站添加同等水灰比的水泥砂浆进行调整。对于产生离析的混凝土，具备搅拌功能的运输车进行二次搅拌，满足要求后方可使用。混凝土生产后，必须在初凝时间内完成浇筑，对于现场任何原因造成超过规定时间未进行浇筑的混凝土，严禁使用，同时禁止采用二次加水搅拌后使用。

浇筑时采用水平分层浇筑，分层层厚控制在30cm以内，并加强振捣，防止漏振与过振。可以采用振捣棒进行振捣，并采用二次振捣方式以增加混凝土的密实度，提高混凝土的耐久性。振捣时振捣棒应深入下层5～10cm，使上下两层混凝土在初凝前结合良好，另外采用分层浇筑、分层振捣密实，可以使混凝土的水化热能尽快散失，降低混凝土内部温度。混凝土浇筑落差大于2m时，应采取增加串筒的方式防止混凝土发生离析。混凝土浇筑时应从低处向高处分层连续进行。如必须间歇时，其间歇时间应尽量缩短，并应在下层混凝土初凝前完成层混凝土浇筑。

（3）模板拆除时间与混凝土养护控制

要严格控制结构的拆模时间，拆模时间过早易造成混凝土表面失水而出现收缩裂缝，要求拆模时间控制在混凝土浇筑3天以上。

良好的早期养护，对混凝土的早期强度及减少裂缝的产生是必要的。由于墙式结构的特殊性，必须采取特殊措施才能保证养护措施的落实到位，本工程主要采取“土工布覆盖+自动喷淋” 养护方式。人工养护易造成干湿循环，增加裂缝的产生的风险。养护时间不低于14天。

（4）结构物分层

对于高大结构，尽量避免一次浇筑成型，有利裂缝的控制。本工程结合实际情况，对墙体结构一般分2～3次浇筑成型。

三、混凝土缺陷处理

针对混凝土缺陷采取的耐久性措施，本文主要对裂缝处理及主要外观缺陷修饰进行分析。

3.1裂缝的测量与记录

①对混凝土结构出现的裂缝进行标识、观测及记录，并做好裂缝观测位置的标识。

②定期跟踪测量裂缝的位置、宽度、长度及变化情况，进行比对，并及时的填写裂缝观测记录。

③裂缝观测的周期根据裂缝变化速度而定，裂缝形成初期观测频率为每周测一次，连续三次观测数据稳定后，可将观测频率调整为每半月或者一月测一次。当发现裂缝加大时，则应及时增加观测次数，确保真实反映裂缝变化情况。

裂缝深度的检测频率按工程进展情况而定，结构物混凝土裂缝形成初期检测一次，其后当结构物发生较大应力变化时均需进行检测（如上层混凝土施工、墙后土方回填等）。

④裂缝观测后应及时的进行裂缝数据比对分析，总结裂缝的发展情况，并针对有害裂缝的发展采取相应的措施。

3.2裂缝的修补

裂缝处理结合洪蓝船闸航道护岸工程特点，临水侧裂缝在航道充水前根据裂缝观测结果总结分析，采取相应措施进行修补，主要包括表面处理和环氧树脂压力灌浆修补两种方法;临土侧裂缝在土方回填前采取“涂刷沥青涂层+粘贴SBS改性沥青防水卷材”的处理方法。

（1）临土侧裂缝

处理步骤：①用钢丝刷清除混凝土表面附着物→②用水清洗后用酒精喷灯使其充分干燥→③用加热法烧制沥青（沥青采用90号沥青）→④用毛刷将裂缝及周边部分均匀涂覆，涂刷两遍→⑤在沥青冷却前，粘贴SBS改性沥青防水卷材，并采用软质工具轻轻拍打，使防水卷材粘贴密实牢靠。

（2）临水侧裂缝

①裂缝处理流程

裂缝观测→混凝土表面处理→标注注胶嘴位置→配置灌（封）缝环氧树脂封闭裂缝→固定注胶嘴→注入灌缝材料→养护→混凝土表面处理。

②详细步骤

1）混凝土表面处理

a、用钢丝刷将裂缝两侧宽度10cm范围清理干净，尤其是注胶嘴处。

b、用吹风机将裂缝清理范围的灰尘和其它杂物清楚干净，并用甲醛洗净混凝土表面，并使其充分干燥，必要时可以采用酒精喷灯进行烘烤。

2）按照要求确定注胶嘴间距，并做好标记

a、根据裂缝观测记录，必要时可采用超声波对裂缝深度进行探测，以此确定注胶嘴的位置，用石笔在裂缝外侧5cm处标记注胶嘴位置。

b、注胶嘴的位置间隔宜设置在20cm～30cm，具体根据裂缝宽度和深度进行调整。

3）固定注胶嘴

a、按照说明书调制粘接胶，精确称取A、B两组分，使用电动搅拌工具充分搅拌均匀。

b、在涂刷粘接胶前再次检查混凝土表面，确认清洁后将粘接胶均匀涂刷在标记注胶嘴位置周边，同时避免将粘接胶涂刷裂缝处，防止影响注胶效果。

c、然后在注胶嘴四周涂刷适量粘接胶，然后快速跨缝居中将注胶嘴固定于混凝土表面，并适当用力垂直于混凝土表面按压注胶嘴，使注胶嘴四周充满粘接胶并密贴于混凝土表面。

4）裂缝表面封闭

a、用表面密封胶将注胶嘴之间的裂缝完全封闭，密封时宜从一段向另一端进行，避免遗漏。

b、密封胶的涂刷宽度宜为裂缝两侧各15～20mm，厚度2～3mm。

c、涂刷密封胶至注胶嘴处时，为确保密封效果，宜再次用密封胶沿注胶嘴四周进行封闭。

d、温度20-25℃时，密封胶硬化时间不少于2小时。

e、如果有树枝状裂缝，应仔细检查，确保裂缝表面全部密封到位

5）配制灌缝材料

a、根据裂缝长度、宽度和深度，粗略计算一次灌缝数量，并用电子天平按照配合比精确称量各组分用量。

b、称取完成后放置于搅拌容器内，用电动搅拌工具搅拌均匀。

6）灌缝

a、将配制好的灌缝材料，小心灌入专用压力灌缝容器内。

b、用压力连接管将灌缝容器和注胶嘴相连，逐渐加压，直至将灌缝胶全部压入裂缝内，稳压5～10min。整个过程要在灌封胶开始凝固前完成。

7）养护

灌缝完成后，用胶带粘贴在裂缝表面养护不少于1d，同时避免太阳暴晒。

8）混凝土表面处理

a、整个灌缝完成后，对混凝土表面进行处理，铲除粘接胶，保证混凝土表面平整无色差。

b、局部难以清除的地方可以采用砂纸打磨，必要时可采用打磨工具。

3.3混凝土外观修补

（1）对于混凝土表面出现的气孔、砂线、缺棱掉角以及蜂窝（直径大于10mm、小于30mm，深度大于5mm但不大于保护层厚度或50mm的不规则孔洞，表现为孔洞可见石子且水泥浆不饱满或孔洞相连的蜂窝状的混凝土松散）等情况，采用水泥砂浆进行表面修补。修补时，在现场进行水泥砂浆配比调制，保证修补颜色与结构物混凝土颜色一致。水泥采用与结构物混凝土所用水泥一致。修补水泥砂浆中掺拌一定量的胶合物，搅拌均匀后进行修补，修补人员加强抹面工作，保证表面光滑平整，修补完成后保湿养护不少于3d。

（2）对于比较严重的空洞、蜂窩、缺棱掉角等情况，对缺陷处混凝土进行凿毛处理，凿毛至坚硬层，清除表面松动的碎石、浮尘，并冲洗干净。采用与结构物混凝土同强度等级的细石混凝土进行修补，细石混凝土修补时应注意振捣密实，并收面、抹平。及时进行覆盖养护，洒水保湿，修补完成后保湿养护不少于14d。

（3）对于混凝土表面错台大于2mm或者相邻段错台大于验收标准的，采用打磨机进行打磨处理，规范允许范围内的禁止打磨处理。

所有修补工作均在技术和试验人员指导下，安排有经验的修补工人进行修补。

四、结束语

航道工程混凝土结构的耐久性受环境、设计、施工及后期使用全过程影响，要解决好这个问题，需要从设计到施工、以及后期运营期间的管理和养护，进行多方面的工作。只有采取多方面措施，才能提高混凝土结构的耐久性，才能保证内河水运工程的可持续发展。