钱塘江海塘现有临江水工混凝土结构耐久性能及分析

钱塘江海塘现有临江水工混凝土结构耐久性能及分析

马竟成1,黄海珍2,邹传仁3,王建泽3,张俊芝3

(1.杭州市城郊河道管理处,浙江杭州　310014;2.浙江省钱塘江管理局,浙江杭州　310016;

3.浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州　310032)

摘　要:通过调查,钱塘江海塘上的临江水闸等混凝土结构,在多年运行之后出现了不同形式的病害现象,如混凝土裂缝.初步的分析研究表明,处于钱塘江感潮侵蚀环境下的水工混凝土结构,都存在碳化、氯离子侵蚀和钢筋锈蚀等耐久性问题;针对感潮环境下的水工混凝土结构的耐久性,提出了设计及运行管理的主要措施.

关键词:水工结构;混凝土;耐久性;病害

中图分类号:T V698.1+1 文献标识码:A 文章编号:1008-536X(2007)0320044203

Analysis on Hydraulic Concrete Durability of Qiantangjiang Dock

MA Jing2cheng1,HUANG Hai2zhen2,ZOU Chuan2ren3,WANG Jian2ze3,ZH ANG Jun2zhi3

(1.Hangzhou Suburb River Management O ffice,Hangzhou310014,China;2.Zhejiang Administration Bureau,

Hangzhou310016,China;3.Civil Engineering Institute of Zhejiang University of T echnology,Hangzhou330032,China)

Abstract:Different kind of damages are discovered in concrete gate structure along Qiantangjiang tidal channel after many years opera2 tion,such as concrete crack,carbon ads orption,chlorine erosion and rein forcement corrosion.The design plan and administrative meth2 ods are suggested to improve the hydraulic structure durability in tidal water environment.

K ey w ords:hydraulic structure;concrete;durability;damage

0　引　言

钱塘江是我国东南沿海一条独特的,也是浙江省第一大河.钱塘江海塘是保护其两岸经济和社会发达的杭嘉湖、苏沪地区及萧绍平原、姚北平原,抵御洪潮水侵袭的重要屏障.目前,钱塘江两岸临江一线海塘大部分建成了50年～100年一遇的标准海塘.影响钱塘江河口防洪安全重点区域的主要防洪海塘为:北岸富春江段西湖区的社井闸以下至海宁老盐仓坝,堤长约72.950km;南岸自萧山老鼠尾山至浦阳江南河口,以及萧山区茅山闸至外四工段闸,堤长约87.460km1).

钱塘江海塘工程由主体建筑物(土石)以及交叉建筑物(混凝土及砌体建筑物)组成.为满足农业排灌和交通运输等需要,在钱塘江两岸的临江海塘上设置了许多交叉建筑物.这些交叉建筑物的类型包括排涝水闸(或船闸)、施工便桥及码头栈桥等交通道口旱闸、取

收稿日期:2007206212

作者简介:马竟成(1979-),男,浙江东阳人,助理工程师,从事排灌工程工作.排(污)管道及涵管等.其中,水闸的类型按照其功能包括排涝(自排或机排)闸、节制闸和船闸等,以排涝闸站居多;各种水闸建成的年代不同;主体结构的建筑材料多是钢筋混凝土;闸门包括钢闸门及混凝土叠梁闸门等类型.根据不完全统计,在402km的钱塘江海塘上,仅各类水闸的数量就达82座,北岸的其他交叉建筑物(多为混凝土涵管)143处.

在这些交叉建筑物中,以水闸(船闸)的规模较大,有的一线海塘的大型水闸服役时间超过或接近30年,如北岸位于海盐县1980年建成的长山水闸.由于含氯离子潮水等自然环境的作用和长期荷载的作用,这些混凝土水闸的材料及构件的性能都已经和设计状态的性能有所不同,有些构件或多或少都存在一定的损坏,建成年代较早的混凝土结构(如水闸)在高潮位作用下都有耐久性破坏的风险.即使是近年来结合标准海塘建设的水闸,其混凝土材料及构件在含氯潮水的作用

1)浙江省钱塘江管理局勘测设计院.2006年钱塘江海塘防御台风暴潮预案[R].项目编号B00605,报告编号06-Z-07,2006,6.

　第19卷　第3期浙江水利水电专科学校学报V ol.19　N o.3 2007年9月J.Zhejiang Wat.C ons&Hydr.C ollege Sep.2007

下将加剧腐蚀,耐久性失效问题将在不久之后出现.

为了解这些临江水工混凝土结构的性能和现状,作者对沿线工程进行了调查,并对其中的典型工程进行测试,研究了钱塘江海塘上现有临江水工混凝土结构的安全耐久性现状,提出了延长其使用寿命的设计及运行管理的主要措施.

1　钱塘江海塘上的水工混凝土

结构现状

处于钱塘江一线海塘上的临江水工混凝土结构(如水闸等),由于受氯盐(含盐潮水)侵蚀性环境的影响及结构自然老化的作用,其结构及构件的材料性能随时间的延长逐渐劣化,整体结构的安全性也将随着服役时间的延长将逐渐降低.钱塘江一线海塘上的临江水工混凝土结构,其钢筋混凝土材料暴露在氯盐环境等自然下,由于环境和荷载作用下出现不可见的损伤,之后由于水、氯离子和二氧化碳等渗入,引起损伤的扩展,导致微裂缝和孔隙连通,致使混凝土中的钢筋锈蚀和混凝土膨胀开裂等可见的破坏现象,这些现象加剧了损伤的发展,之后混凝土严重剥蚀(剥落)将导致结构整体失效[1].

从钱塘江南北海塘上的水工混凝土结构的现场调查、部分工程的现场测试与材料样本的室内测试结论分析,临江钢筋混凝土水工构件(尤其是建成运行时间长的水闸)现状性能总体表现不良,整体安全性有待提高,耐久性问题比较突出.现有一线海塘上的临江水闸工程,已经使用一段时间之后,由于环境和荷载的作用,部分水工混凝土构件的抗渗性较差,抵抗碳化及氯离子侵蚀能力不高;混凝土构件的保护层厚度不足(尤其是建成年代较长的),碳化比较严重;混凝土中钢筋的延性降低;结构的整体稳定性不高,有的已经在混凝土结构与海塘之间形成了渗透通道.这些问题的存在,严重影响了水闸工程的安全性,降低了耐久性,使其实际使用寿命和继续服役的时间缩短.

2　临江水工混凝土结构的耐久性能现状及分析

因为所处的自然环境比较特殊,钱塘江海塘上的水工混凝土结构物的安全耐久性研究中,需要考虑的影响因素较多.河口区上游段,由于含盐潮水的上溯范围有限,海塘上的水工混凝土结构物本身的安全耐久性主要影响因素应该是一般大气环境及混凝土质量等;河口段的下游区,含氯盐潮水的影响频繁,混凝土结构的安全耐久性主要问题可能是氯离子的侵蚀问题,影响的主要因素是氯盐浓度、(运行)侵蚀的时间、施工质量及混凝土耐久性的设计标准(如保护层的厚度、混凝土的水胶比及外加剂等).

2.1　混凝土的碳化

混凝土碳化是一般大气环境下钢筋锈蚀的前提条件,对钢筋混凝土结构的耐久性有重要影响.处于钱塘江一线海塘上的临江混凝土水工混凝土结构,普遍存在混凝土碳化严重的问题,一些运行时间较长的水闸结构中的混凝土构件,已经出现非常明显的锈胀裂缝,说明其碳化深度很深.根据调查和实测资料分析,已使用30年左右的水闸闸墩混凝土的碳化深度在2～4 cm;由于暴露在大气环境下,闸墩上部的碳化深度较大,一般在3～4cm[2].

在已经调查的临江水闸工程中,混凝土表面的砂浆保护层对防止混凝土碳化有良好的作用.一般地,如果混凝土表面存在0.5cm左右的厚度砂浆保护层,则几乎没有碳化发生,足以说明砂浆保护层的作用.

2.2　构件的混凝土剥蚀和开裂

构件的混凝土剥蚀(剥落)和开裂,是混凝土构件将发生破坏(失效)的前兆和条件,说明混凝土中的钢筋已经出现锈蚀并将加剧腐蚀.钱塘江一线海塘的许多临江水闸工程,使用时间较长的混凝土构件已经出现了剥蚀和开裂,尤其是使用年限已经达到30年以上的水闸混凝土构件.相对地,河口下游区的混凝土构件剥蚀及开裂比上游区的严重、南岸的比北岸的严重.

在钱塘江北岸一线海塘,如位于西湖区且建设年代较近的水闸工程,混凝土构件的剥蚀(剥落)和开裂很少,混凝土结构受氯盐侵蚀的现象并不是很明显.但受大气环境的影响,混凝土构件的碳化严重,碳化深度超过混凝土保护层厚度后,仍将引起混凝土中钢筋的锈蚀、膨胀和产生顺筋裂缝,如仍在作为交通桥使用的水闸的闸墩、桥栏杆等构件和闸门槽附近的混凝土.河口区的北岸下游区,如下沙区、海宁市和海盐县,一线海塘临江水闸的建设时间相对较早,且氯盐腐蚀环境更恶劣,构件混凝土的剥蚀(剥落)及开裂更普遍.

相对北岸的工程,南岸一线海塘上多数临江水闸的建成年代较长,构件混凝土的剥蚀和开裂更加明显,尤其是在河口下游区的工程.南岸上游区域(如萧山区的临浦段)的混凝土构件的剥蚀和开裂,重要的原因是大气环境下的二氧化碳作用,下游区域则是大气环境

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