灌區(qū)節(jié)水改造倒虹吸工程伸縮縫滲漏修補(bǔ)處理應(yīng)用試驗(yàn)研究

蔣雪梅

（遼寧省東港市財(cái)政局工程投資審核中心 遼寧 東港 118300）

倒虹吸主要用于農(nóng)田水利工程中。倒虹吸是保證灌溉工程中渠道與道路、河流發(fā)生交叉或在渠道穿越山谷時(shí)行水通暢的一種立交水工建筑物。遼寧某灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程倒虹吸工程改建完成后運(yùn)行期間出現(xiàn)了滲漏，四條伸縮縫的上部水平縫和兩側(cè)垂直縫均不同程度出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，伸縮縫的底板部分未見(jiàn)明顯滲漏。由圖紙及現(xiàn)場(chǎng)查勘可知倒虹吸的四條伸縮縫的上部水平縫和垂直縫部位共計(jì)52m的長(zhǎng)度范圍內(nèi)滲漏嚴(yán)重，必須進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)采用化學(xué)灌漿+表面高強(qiáng)砂漿封堵+表面涂布單組份聚氨酯材料的方法修補(bǔ)處理后，工程運(yùn)行恢復(fù)正常。

1 工程概況與滲漏分析

1.1 工程概況

遼寧某灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程倒虹吸工程主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，改建后的倒虹吸中軸線與原中軸線（渠道中心線）對(duì)齊，泄水閘位置不變，倒虹吸進(jìn)口閘位置距離泄水閘不變。倒虹吸工程墊層混凝土C10，上下游渠道護(hù)腳、進(jìn)出口翼墻與渠道護(hù)坡連接處、人行交通橋兩頭臺(tái)階處埋石混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，其余部位為C25，矩形鋼筋混凝土倒虹吸管抗凍等級(jí)為F150，抗?jié)B等級(jí)為W6。矩形鋼筋混凝土倒虹吸管保護(hù)層厚度為30mm。矩形鋼筋混凝土倒虹吸管管節(jié)之間分縫縫寬20mm，縫內(nèi)使用瀝青麻繩填塞；其余分縫縫寬20mm，縫內(nèi)使用566型聚乙烯閉孔泡沫板填塞。泄洪閘閘體與消力池、倒虹吸進(jìn)出口23.60m高程以下所有混凝土之間分縫處均設(shè)有P651型橡膠止水，矩形鋼筋混凝土倒虹吸管之間分縫及其與進(jìn)出口墩、鎮(zhèn)墩之間分縫處均設(shè)有止水銅片，銅片埋深20cm，寬度20cm。該工程改建完成后運(yùn)行期間出現(xiàn)了滲漏，四條伸縮縫的上部水平縫和兩側(cè)垂直縫均不同程度出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，伸縮縫的底板部分未見(jiàn)明顯滲漏。由圖紙及現(xiàn)場(chǎng)查勘可知倒虹吸的四條伸縮縫的上部水平縫和垂直縫部位共計(jì)52m的長(zhǎng)度范圍內(nèi)滲漏嚴(yán)重，必須進(jìn)行處理。

1.2 滲漏現(xiàn)象及原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘結(jié)果分析得知，主要的滲漏原因有：

（1）聚乙烯閉孔泡沫板缺失。

聚乙烯閉孔泡沫板未能適應(yīng)北方地區(qū)的環(huán)境，在施工期間，未能保持較好的形狀和位置，多處出現(xiàn)了嵌縫泡沫板與兩側(cè)混凝土縫隙較大，被管體外淤泥及雜物夾塞的現(xiàn)象。兩個(gè)管體中間的伸縮縫嵌縫泡沫板大部分收縮變形，失去嵌縫作用，泡沫板與混凝土之間夾雜大量魚(yú)蝦和木棍、枯草等污物，在行水期間兩個(gè)管體的水流互有交換，影響正常行水，加劇嵌縫材料缺失。在冬季條件下，由于天氣等原因，管體內(nèi)水位并不保持恒定，處于冰層以下的所有伸縮縫被淤泥填塞，處于冰層以上的伸縮縫受到凍脹損害，由于嵌縫材料的缺損，結(jié)冰體和淤泥充填的伸縮縫兩側(cè)混凝土不斷遭受凍脹力的破壞，有些地方出現(xiàn)了縫口破碎的現(xiàn)象。

（2）聚乙烯閉孔泡沫板改用建筑模板帶來(lái)隱患。

由于在施工過(guò)程中，在頂部水平段不能很好地固定閉孔泡沫板，施工中改用9cm厚度的建筑模板填塞頂部水平伸縮縫，由于模板含水，在冬季工況下，伸縮縫受到含水模板的膨脹壓力作用，加大了頂部伸縮縫的破壞。

（3）止水銅片部分止水失效。

埋設(shè)于矩形鋼筋混凝土倒虹吸管之間分縫及其與進(jìn)出口墩、鎮(zhèn)墩之間分縫處的止水銅片，銅片埋深20cm，寬度20cm。由于銅片施工過(guò)程中出現(xiàn)了移位，澆筑振搗不密實(shí)等缺陷，導(dǎo)致部分銅片止水失效，銅片位置錯(cuò)位。

（4）河流的季節(jié)性變化帶來(lái)內(nèi)外壓差交替變化。

夏季，倒虹吸運(yùn)行期間，渠道的水位高于上部河流的水位。在出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏的伸縮縫部位會(huì)有大量的渠道水進(jìn)入河流；冬季時(shí)候，由于河流的水位高于管體內(nèi)的水位，在河底沒(méi)有完全結(jié)冰的狀態(tài)下，伸縮縫部位可見(jiàn)河流的水和淤泥壓入縫里，在銅片失效部位進(jìn)而壓入管體內(nèi)部，填充泡沫板與混凝土之間的縫隙。

（5）管理難度加劇冬季混凝土及伸縮縫損害。

據(jù)調(diào)查了解，每逢冬季，管體內(nèi)會(huì)匯集大量的魚(yú)蝦，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民會(huì)在冬季抽水鑿冰撈魚(yú)，這種抽水方式會(huì)導(dǎo)致管體內(nèi)壓力短時(shí)間左右失衡，同時(shí)管體內(nèi)除底部淤泥層外大部分處于結(jié)冰狀態(tài)。

2 修補(bǔ)設(shè)計(jì)與施工處理

2.1 滲漏處理設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查及滲漏分析，經(jīng)多次討論，擬定兩個(gè)方案進(jìn)行處理，詳細(xì)如下：

圖1 化學(xué)灌漿施工工藝示意圖

圖2 注漿孔布置圖

表1 伸縮縫灌漿效果檢結(jié)果

方案一：伸縮縫內(nèi)部采用化學(xué)灌漿+表面高強(qiáng)砂漿封堵+表面涂布聚氨酯材料；

方案二：伸縮縫內(nèi)部采用化學(xué)灌漿+表面高強(qiáng)砂漿封堵+GB柔性材料+表面錨固U型鋼板。

因?yàn)楣荏w混凝土的最大厚度為40cm，且管體內(nèi)聚集有大量的塑料、泡沫、樹(shù)根、草堆等雜物，使用錨固鋼筋和螺栓時(shí)會(huì)掛扯許多這些雜物。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段對(duì)比試驗(yàn)總結(jié)，結(jié)合倒虹吸的實(shí)際運(yùn)行情況最終確定，保留方案二中GB柔性材料一項(xiàng)，在泡沫板缺損嚴(yán)重的部位使用GB柔性材料進(jìn)行合理填充，其余部位仍然采用方案一進(jìn)行修補(bǔ)處理。

由以上最終方案可見(jiàn)，施工中涉及到的施工項(xiàng)目有：化學(xué)灌漿；混凝土缺陷修復(fù)（聚合物混凝土、高強(qiáng)砂漿、鋼塑纖維混凝土等材料進(jìn)行缺陷填補(bǔ)）；排水、導(dǎo)流；伸縮縫處理（GB等柔性嵌縫材料填充）；表面封閉（表面防護(hù)）。

2.2 修補(bǔ)施工

2.2.1 化學(xué)灌漿

使用高壓灌漿設(shè)備將柔性化學(xué)漿液灌注到伸縮縫內(nèi)部進(jìn)行封堵止水，采用的化學(xué)漿液具有一定的強(qiáng)度，且具有適應(yīng)變形的能力?；瘜W(xué)漿液為遇水膨脹型的聚氨酯柔性材料，固結(jié)后的彈性體能夠較好地填充伸縮縫內(nèi)部空間。

化學(xué)灌漿施工的工藝流程的關(guān)鍵步驟為：施工準(zhǔn)備→查縫定位→布孔→鉆孔→鉆孔清理→安裝檢查嘴→壓水、壓氣檢查→安裝灌漿嘴→裂縫表面臨時(shí)性封堵→漿液配制→灌注漿液→質(zhì)量檢查（壓水檢測(cè)、取芯檢測(cè)）→去除表面臨時(shí)性封堵并打磨混凝土表面、表面封堵和驗(yàn)收。施工工藝見(jiàn)圖1。

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)縫的嵌縫材料一般為防滲材料，因此灌漿孔的布置需采用結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)均勻布置的原則，其鉆孔布置見(jiàn)圖2。

對(duì)于結(jié)構(gòu)縫頂部裂縫開(kāi)裂寬度大于0.5mm以上的部位在注水檢查完成后進(jìn)行表面臨時(shí)剛性封堵，表面粘貼處理前再清除臨時(shí)剛性封堵材料。

結(jié)構(gòu)縫由下至上一次灌漿，灌漿壓力由底向高逐漸上升，先灌深孔，從下層進(jìn)漿開(kāi)始灌漿，待上層回漿管排出孔內(nèi)水、氣后，封閉回漿管。根據(jù)吸漿量情況逐步升至設(shè)計(jì)壓力，當(dāng)吸漿率小于1ml/min時(shí)，保持壓力延續(xù)灌注3min～5min即可結(jié)束灌漿，4h～5h后檢查灌漿效果，對(duì)管口不飽滿的膠管進(jìn)行第二次灌漿直至飽滿。

本工程中根據(jù)灌漿設(shè)備、混凝土厚度及灌漿工藝，選擇伸縮縫兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行單孔灌漿。每側(cè)單孔從下向上灌漿。灌漿順序?yàn)橛上孪蛏?，單孔逐一連續(xù)進(jìn)行。當(dāng)相鄰灌漿孔開(kāi)始出漿并且壓力達(dá)到0.5MPa后，保持壓力12min～15min，即可停止該灌漿孔灌漿，移至相鄰灌漿孔灌漿，直至最上部位兩側(cè)灌漿孔同時(shí)灌漿完成。

2.2.2 混凝土局部缺陷修復(fù)

伸縮縫縫口附近的混凝土使用聚合物混凝土、高強(qiáng)砂漿（聚合物/鋼塑/聚合物纖維砂漿等）、鋼塑纖維混凝土等材料進(jìn)行凍融剝蝕等局部缺陷填補(bǔ)、修復(fù)及養(yǎng)護(hù)。保證表面封堵的基礎(chǔ)面是平整的。

2.2.3 排水與導(dǎo)流

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間是在3月至4月份，施工期間雖經(jīng)過(guò)清理，但管體內(nèi)仍然有大量的結(jié)冰體，經(jīng)過(guò)管體內(nèi)外取暖保溫后，同時(shí)隨著天氣的不斷轉(zhuǎn)暖，結(jié)冰體不斷融化，管體內(nèi)排水與伸縮縫部位導(dǎo)流隨工程同時(shí)進(jìn)行。

有明顯滲水和明流出口的伸縮縫區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)導(dǎo)流，臨時(shí)性導(dǎo)流采用口徑為1cm/2cm的軟塑料管+滲流處封堵來(lái)引流，以保持工作面干燥可進(jìn)行其他作業(yè)。塑料管的口徑和外露長(zhǎng)度依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件確定為3cm。

2.2.4 柔性嵌縫材料填充

去除結(jié)構(gòu)縫中失效的填充材料，用柔性填料重新填好，頂口與原基面齊平，結(jié)構(gòu)縫止水失效的部位進(jìn)行必要的灌漿和導(dǎo)流，其表面使用聚氨酯材料進(jìn)行封閉。

2.2.5 表面封堵（表面防護(hù)）

表面聚氨酯粘貼處理工藝流程包含打磨、涂布界面劑、涂布多遍聚氨酯等。

使用聚氨酯材料進(jìn)行表面粘貼，固化后的聚氨酯涂膜平均厚度不小于2mm，一般性裂縫開(kāi)口部位表面涂膜厚度在3mm～4mm，聚氨酯涂刮寬度不小于30cm，聚氨酯涂層邊緣與裂縫縫口距離不小于15cm。

界面劑要求涂刷均勻，無(wú)漏涂，盡量薄涂，涂刷界面要保持干燥無(wú)明水。

在界面劑表干但未全面固化之前（以界面劑涂層與手部有少許沾粘，但不完全沾手為宜）涂刮第一遍聚氨酯，在一小時(shí)內(nèi)，將胎基布（15cm寬）用抹子輕輕按壓在第一遍聚氨酯上面，保持胎基布上表面與聚氨酯上表面齊平。

在第一遍聚氨酯表干后，在其表面涂刮第二遍、第三遍、第四遍聚氨酯，要求在裂縫上表面中間部位涂刮固化后的聚氨酯涂層厚度保持在3mm～4mm，收邊部位涂刮固化后的聚氨酯涂層厚度保持在2mm以上，收邊部位必須填勻、填實(shí)，聚氨酯涂層與收邊縫外側(cè)混凝土保持光滑過(guò)渡。

3 修補(bǔ)試驗(yàn)結(jié)果與質(zhì)量分析

3.1 灌漿處理施工質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1.1 伸縮縫處理分部工程質(zhì)量評(píng)定

（1）有效檢查孔發(fā)現(xiàn)有化灌漿液充填的伸縮縫數(shù)應(yīng)達(dá)到有效檢查孔發(fā)現(xiàn)裂縫總數(shù)的85%以上；

（2）粘結(jié)良好的伸縮縫數(shù)達(dá)到有化灌漿液充填裂縫總數(shù)的50%以上；

（3）芯樣抗拉試驗(yàn)裂縫面斷開(kāi)時(shí)粘結(jié)強(qiáng)度≥1.0MPa的芯樣數(shù)，加上混凝土斷裂而裂縫面未斷開(kāi)的芯樣總數(shù)，達(dá)到進(jìn)行芯樣試驗(yàn)總數(shù)的75%以上；

（4）壓水試驗(yàn)合格的伸縮縫段應(yīng)達(dá)到壓水總段數(shù)的95%以上；

（5）單元工程質(zhì)量評(píng)定合格率100%，單元工程優(yōu)良率大于80%。

3.1.2 施工質(zhì)量評(píng)價(jià)

（1）伸縮縫修補(bǔ)外觀檢查：對(duì)修補(bǔ)后的混凝土伸縮縫質(zhì)量檢查采取了現(xiàn)場(chǎng)目視、錘擊等外觀檢查，外觀檢查結(jié)果證明修補(bǔ)材料與混凝土結(jié)合密實(shí)無(wú)表面缺陷。

（2）綜合分析檢查成果，在有效的16個(gè)檢查孔中，芯樣裂縫充填良好率為94.8%，芯樣粘結(jié)良好率為74.8%，透水率合格率為100%，混凝土內(nèi)部伸縮縫化學(xué)灌漿漿液充填較好，滿足了設(shè)計(jì)要求。

（3）能夠做力學(xué)性能檢測(cè)的芯樣數(shù)為8個(gè)，這說(shuō)明選用的化學(xué)灌漿材料和低壓慢灌的施工工藝，適用于本工程。

3.2 界面劑及聚氨酯施工質(zhì)量評(píng)價(jià)

為了跟蹤修補(bǔ)質(zhì)量，共同期養(yǎng)護(hù)測(cè)試了三組試件的粘接強(qiáng)度指標(biāo)，由測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)界面劑以及單組份聚氨酯防水材料的各種性能指標(biāo)均達(dá)到預(yù)定要求。

對(duì)52m長(zhǎng)的修補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行隨機(jī)性抽查100處，測(cè)試該處聚氨酯涂刮厚度，抽查結(jié)果合格率為100%。

3.3 滲漏觀測(cè)及工程運(yùn)行情況調(diào)查

修補(bǔ)工程完成后，即進(jìn)行滲漏觀測(cè)。經(jīng)過(guò)7天時(shí)間的持續(xù)觀測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的滲漏現(xiàn)象。工程結(jié)束后于5月初恢復(fù)運(yùn)行，運(yùn)行以來(lái)依據(jù)管理技術(shù)人員的運(yùn)行觀測(cè)，修補(bǔ)工程達(dá)到了預(yù)期效果，未出現(xiàn)以往的滲漏現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和實(shí)際工程綜合分析，化學(xué)灌漿彈性體與單組份聚氨酯防水材料在修補(bǔ)中應(yīng)用效果良好。單組份聚氨酯防水材料在抗沖、粘接強(qiáng)度、抗凍和抗?jié)B方面都體現(xiàn)出了一定的優(yōu)越性；在溫度較低的條件下施工，養(yǎng)護(hù)后的聚氨酯材料同樣能夠達(dá)到預(yù)定性能。

伸縮縫化學(xué)灌漿已完成，綜合分析灌漿充填粘結(jié)效果和芯樣力學(xué)試驗(yàn)成果，化學(xué)灌漿施工質(zhì)量總體滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)施工的摸索，總結(jié)出“延長(zhǎng)漿材操作時(shí)間、低壓低速慢灌、排氣排水排漿、自下向上升層、持壓屏漿結(jié)束”的灌漿工藝，對(duì)伸縮縫的充分填充是行之有效的。

在冬季進(jìn)行倒虹吸伸縮縫修補(bǔ)工程的特殊工況下，采取必要的采暖、保溫、排水、導(dǎo)流措施是十分有效的，這些措施的實(shí)施有效地提高了施工進(jìn)度，保證了施工質(zhì)量。

綜合分析試驗(yàn)成果，化學(xué)灌漿施工質(zhì)量總體滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)伸縮縫采取以遇水膨脹型的聚氨酯柔性材料為主的化學(xué)灌漿措施進(jìn)行處理是必要的。實(shí)踐證明，化學(xué)灌漿可以有效填充伸縮縫、提高止水效果、消除伸縮縫缺陷的不利影響、防水防滲，對(duì)恢復(fù)倒虹吸工程的整體安全性有重要作用，保證了工程發(fā)揮正常效益。陜西水利

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