北疆地區(qū)輸水渠道常見(jiàn)病害及修復(fù)技術(shù)研究

孫 霞

（新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆烏魯木齊830000）

?

北疆地區(qū)輸水渠道常見(jiàn)病害及修復(fù)技術(shù)研究

孫 霞

（新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆烏魯木齊830000）

摘要：針對(duì)我國(guó)北疆地區(qū)獨(dú)特的氣候環(huán)境特征，探尋區(qū)域長(zhǎng)距離輸水渠道常見(jiàn)病害的類型及成因機(jī)理，針對(duì)性地提出輸水渠道修復(fù)技術(shù)，為同類型輸水渠道的病害診斷與施工修復(fù)提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：北疆地區(qū)；輸水渠道；病害機(jī)理；修復(fù)技術(shù)

我國(guó)北疆地區(qū)供水工程長(zhǎng)距離輸水渠道在承受滿足安全荷載組合的同時(shí)，還受到特殊自然環(huán)境的侵蝕，如凍融破壞、土壤鹽分離子侵蝕、高礦化度灌溉回歸水、大氣碳化及干濕循環(huán)破壞等作用的影響，進(jìn)而導(dǎo)致輸水渠道出現(xiàn)裂縫、凍脹、碳化及堿骨料反應(yīng)等侵蝕破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響供水工程的安全運(yùn)行，制約了供水工程效益的正常發(fā)揮。北疆地區(qū)輸水渠道需經(jīng)常進(jìn)行修補(bǔ)，以確保該區(qū)域輸水渠道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及耐久性［1］。因此，有必要分析該區(qū)域輸水渠道常見(jiàn)病害成因并提出相應(yīng)的施工修復(fù)技術(shù)，為類似工程的更新改造和維護(hù)維修提供借鑒依據(jù)。

1 輸水渠道常見(jiàn)病害類型及成因

1.1 裂縫

裂縫是影響北疆地區(qū)混凝土輸水渠道耐久性的重要因素，按其產(chǎn)生原因可分為外荷載裂縫、變形裂縫、施工裂縫；按裂縫的形態(tài)可分為水平與垂直裂縫、橫縱向裂縫、斜向和放射形裂縫；按裂縫深淺可分為貫穿裂縫、深層裂縫和表面裂縫［2］。

輸水渠道裂縫產(chǎn)生的原因主要包括：（1）新澆筑混凝土水化放熱，混凝土過(guò)大的內(nèi)外溫差引起混凝土變形，從而產(chǎn)生裂縫；（2）在外部約束力作用下，輸水渠道混凝土硬化而導(dǎo)致的裂縫；（3）輸水渠道厚度較大構(gòu)件因混凝土塑性塌落而導(dǎo)致的裂縫；（4）混凝土中的活性骨料與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土膨脹開(kāi)裂；（5）運(yùn)行中的混凝土結(jié)構(gòu)因不均勻沉陷或承受過(guò)載而致使混凝土輸水渠道產(chǎn)生裂縫。

1.2 凍脹破壞

北疆地區(qū)輸水渠道混凝土襯護(hù)渠道受干旱、少雨、季節(jié)及晝夜溫差大等氣候因素的影響，凍脹破壞現(xiàn)象嚴(yán)重［3］，其表現(xiàn)形式主要有現(xiàn)澆混凝土板破裂，隆起和塌陷，預(yù)制襯砌板破壞。造成輸水渠道混凝土襯砌凍脹破壞的原因主要有：（1）渠道基礎(chǔ)土壤入冬前的含水量超過(guò)土壤起始凍脹含水量；（2）襯砌基土屬于凍脹土類；（3）氣溫低于0℃。土壤結(jié)冰時(shí)，體積膨脹破壞混凝土襯砌面板。

1.3 碳化破壞

長(zhǎng)期與大氣接觸的混凝土輸水渠道，大氣中的C O2將滲入混凝土內(nèi)部孔隙并溶解于水分中，并與膠凝材料發(fā)生多相化學(xué)物理反應(yīng)產(chǎn)生鈣礬石等物質(zhì)，降低輸水渠道混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度［4］。同時(shí)，混凝土內(nèi)部PH值小于10的孔隙溶液會(huì)逐漸腐蝕鋼筋鈍化膜，致使鋼筋銹蝕膨脹，甚至剝離，引起混凝土開(kāi)裂，從而嚴(yán)重影響輸水渠道運(yùn)行的安全性與耐久性。

1.4 堿骨料反應(yīng)

北疆地區(qū)輸水渠道混凝土襯砌及構(gòu)件中富含大量堿性物質(zhì)，骨料中的氧化硅等物質(zhì)易與這些堿性物質(zhì)反應(yīng)生成吸水膨脹凝膠，從而降低輸水渠道混凝土的強(qiáng)度。

2 輸水渠道修復(fù)技術(shù)

2.1 環(huán)氧樹(shù)脂砂漿水下裂縫修復(fù)技術(shù)

針對(duì)北疆地區(qū)混凝土輸水渠道普遍存在的水下裂縫問(wèn)題，環(huán)氧樹(shù)脂水泥砂漿具有允許砂漿帶水施工作業(yè)、水下抗分散離析性好、水下強(qiáng)度不損失、養(yǎng)護(hù)期短等優(yōu)勢(shì)，可在水下（20℃～25℃）4～6h初凝并實(shí)現(xiàn)了膠黏劑與混凝土強(qiáng)度的疊加，對(duì)輸水渠道水下裂縫具有較好的修復(fù)效果。

環(huán)氧樹(shù)脂砂漿采用E51或殼牌828環(huán)氧樹(shù)脂、1085水下固化劑、水泥及河砂按照一定重量比與水拌合而成［5］，具體修復(fù)施工工序如下：

（1）查縫定位后鉆孔清孔后，布設(shè)與采用與地質(zhì)條件相適應(yīng)的灌漿系統(tǒng)，確保灌漿管路、出漿設(shè)施與縫面暢通。

（2）將水泥與河砂按1：2比例混合均勻，嚴(yán)格控制水灰比為0.36～0.40，然后在水泥砂漿中摻入定量的環(huán)氧樹(shù)脂并攪拌10min，將1085型水下固化劑按固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂1：1的比例摻入上述砂漿中，再均勻攪拌5min即可使用。

（3）采用連接灌漿泵自下而上將環(huán)氧樹(shù)脂砂漿漿液均勻灌注整個(gè)縫面，若灌漿時(shí)發(fā)現(xiàn)漏漿、冒漿現(xiàn)象，可采用表面封堵、嵌縫、低壓間歇灌漿等方法處理。

2.2 輸水渠道防滲修復(fù)技術(shù)

針對(duì)北疆地區(qū)輸水渠道混凝土襯砌因凍脹所引起的破壞，具體修復(fù)施工工序如下：

（1）清淤拆板。對(duì)需修復(fù)渠道清除淤泥后，自上而下拆除渠道舊混凝土板，輕拆輕放整齊碼放在合適位置，并清除其粘結(jié)的砂漿、泥沙。

（2）開(kāi)挖削坡。按照設(shè)計(jì)的渠道中線、渠底高程及斷面尺寸進(jìn)行削坡修整，對(duì)沉陷、滑坡嚴(yán)重渠段拋填夯實(shí)砂石進(jìn)行換基處理。

（3）渠道襯砌。在清理后的渠坡、渠底等處灑水潤(rùn)濕、整平密實(shí)，然后緊貼基礎(chǔ)鋪設(shè)防滲塑料薄膜，并按照先渠底后坡面的順序鋪設(shè)保溫板與薄膜預(yù)制板，隨后進(jìn)行砂漿墊層與混凝土板襯砌板的鋪設(shè)，確?；炷烈r砌板達(dá)到設(shè)計(jì)平整度，并用C15干硬性細(xì)石混凝土對(duì)混凝土板勾縫，要求板縫密實(shí)、光滑、飽滿。

（4）養(yǎng)護(hù)。勾縫12h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不低于10d，同時(shí)依據(jù)襯砌混凝土板厚度與設(shè)計(jì)要求制作伸縮縫，最后將拌合好的干硬性鋸末水泥砂漿澆筑至伸縮縫并抹平。

2.3 丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復(fù)技術(shù)

針對(duì)北疆地區(qū)低溫、潮濕等惡劣環(huán)境中的輸水渠道閘門底板、側(cè)墻、閘墩等長(zhǎng)期處于碳化、鹽侵、水流淘刷及臨界水位線的輸水渠道渠系建筑結(jié)構(gòu)，可采用丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復(fù)破損部位。丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿采用Po42.5硅酸鹽水泥，細(xì)度模數(shù)為2.5的天然河砂，粒徑為0.5～2cm的當(dāng)?shù)厥?，銑削性鋼纖維，N SF硅粉劑及丙乳按一定配合比制成［6］，較傳統(tǒng)混凝土提高了早期強(qiáng)度及最終強(qiáng)度，改善了混凝土離析和泌水的性能，適用于水工建筑物溢流面及水位臨界面破壞的修復(fù)處理，具體修復(fù)施工工序如下：

（1）基面處理。采用風(fēng)把鉆機(jī)對(duì)混凝土表層進(jìn)行噴砂打毛，然后用高壓水流沖洗使其露出新鮮混凝土層面。

（2）砂漿配置。用攪拌機(jī)將原干料按照設(shè)計(jì)配合比均勻攪拌，轉(zhuǎn)運(yùn)至施工作業(yè)面后，通過(guò)人工攪拌摻加丙乳膠，確保隨拌隨用。

（3）涂刷界面劑并噴射砂漿［7］。在已鑿毛清洗后的混凝土基層上涂抹一層丙乳凈漿并找平受噴面較大坑洼，待固結(jié)后再噴射丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿，同時(shí)控制混凝土塌落度在8cm左右。施工結(jié)束后，鋪設(shè)塑料保水薄膜于新澆筑的混凝土砂漿表層。

（4）養(yǎng)護(hù)。待砂漿基本固結(jié)后，可滾涂砂丙乳水泥凈漿、采用噴霧器噴霧養(yǎng)護(hù)，在混凝土砂漿澆筑72h后可緩慢浸水進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)7天以后才可投入使用［8］。

2.4 超快硬混凝土修復(fù)技術(shù)

針對(duì)北疆地區(qū)輸水渠道中閘門、沉砂池以及壓力前池等重要過(guò)水設(shè)施的應(yīng)急搶險(xiǎn)施工，可采用超快硬混凝土修復(fù)技術(shù)。超快硬混凝土采用超快硬混凝土修復(fù)王作為水泥材料，總重約 2400kg/m3，其配合比為修復(fù)王（A+B）1400kg/m3、粗骨 料980kg/m3、水84kg/m3，其中修復(fù)王A與B基料按1：1混合使用，粗骨料宜采用10～35mm連續(xù)級(jí)配的碎石，用水量為修復(fù)王的5.5%～6%，拌制后的混凝土或水泥砂漿可在15min內(nèi)凝固，施工1h后即可達(dá)到使用強(qiáng)度要求［9］，其具體施工工序如下：

（1）嚴(yán)格按照計(jì)算需求量將修復(fù)王黃色包裝的A料及白色包裝的B料與粗骨料倒入攪拌機(jī)內(nèi)，充分?jǐn)嚢?0min后加水?dāng)嚢?，直至混合料呈現(xiàn)良好的流動(dòng)性和黏性為止。

（2）在經(jīng)過(guò)處理后的基面上澆筑超快硬混凝土?xí)r，應(yīng)立即使用平板振動(dòng)夯或振搗棒充分振搗，確保振搗密實(shí)，同時(shí)因修復(fù)王的自流平特性，所以要不斷抹面，直至超快硬混凝土初凝。

（3）澆筑1h后，混凝土即可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求并無(wú)需進(jìn)行專門養(yǎng)護(hù)。

（4）由于超快硬混凝土初凝時(shí)間短，一般只用于輸水渠系建筑物的局部修復(fù)［10］。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)北疆地區(qū)輸水渠道因其特有的工作環(huán)境而遭受多種病害的威脅，探究該區(qū)域輸水渠道常見(jiàn)病害的成因與機(jī)理，提出切實(shí)可行的輸水渠道修復(fù)技術(shù)與工藝，通過(guò)修復(fù)處理后的輸水渠道及其配套建筑設(shè)施外觀質(zhì)量明顯改善，增強(qiáng)了輸水渠道運(yùn)行的安全性和耐久性。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)該類區(qū)域輸水渠道運(yùn)行管理，嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)預(yù)定工況運(yùn)行，加強(qiáng)對(duì)輸水渠系建筑物特殊易損部位監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行科學(xué)規(guī)范處理，注重定期維護(hù)、嚴(yán)禁帶病運(yùn)行，這樣才能降低輸水渠道病害發(fā)生機(jī)率，從而提高該區(qū)域輸水渠道使用壽命，最大發(fā)揮工程社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］高英利.寒冷地區(qū)渠道防滲工程凍脹破壞及其防治措施［J］.水利建設(shè)與管理，2013（03）：75-78.

［2］張煥敏，涂興懷.水工混凝土裂縫的成因及控制［J］.混凝土，2005（10）：74-77.

［3］馬喜彥.淺探現(xiàn)澆混凝土梯形防滲渠道施工技術(shù)要點(diǎn)［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2003（04）：55-56.

［4］王俊發(fā)，馬旭，周海波.混凝土襯砌渠道凍脹破壞的機(jī)理及力學(xué)分析［J］.佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，24（02）：308-311.

［5］陳麗萍.新疆地區(qū)混凝土防滲渠道防凍脹處理措施探討［J］.水利建設(shè)與管理，2014（06）：63-65.

［6］潘珂，覃德勇.丙乳硅粉鋼纖維混凝土在水工混凝土缺陷處理工程中的應(yīng)用［J］.科技信息，2011（08）：364-365.

［7］麥麥提艾力·麥麥提熱依木.輸水渠道能耗因素及節(jié)能設(shè)計(jì)芻議［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2013（06）：45-47.

［8］田小路.渠道襯砌混凝土防裂施工技術(shù)［J］.水利建設(shè)與管理，2012（01）：22-25.

［9］王秉玉，楊明.水利渠道工程的滲漏及處理［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2012（04）：57-59.

［10］劉明杰.超快硬混凝土修復(fù)王在搶修工程中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2011（11）：97-98.

中圖分類號(hào)：TV698.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-1305（2016）02-0060-02

DOI：10.3969/j.issn.1008-1305.2016.02.026

收稿日期：2015-09-16

作者簡(jiǎn)介：孫 霞（1975年—），女，工程師。