某長距離輸水工程穿高速公路頂管加固防滲措施的探討

王紅帥

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 83000)

1 工程概述

某長距離輸水工程全長130 km，沿線穿越城市、縣城、村莊等復(fù)雜區(qū)域，沿線與已建的各種管網(wǎng)、電線光纜、鄉(xiāng)村道路及高速公路等重要建筑物相交。在樁號100+111.869 m處與某高速公路相交，影響范圍長350 m。高速公路為本城市重要交通樞紐，在前期勘察設(shè)計(jì)時(shí)與當(dāng)?shù)毓饭芾砭譁贤?，要求工程建設(shè)需保證高速公路的正常運(yùn)行。故設(shè)計(jì)采用頂管的方式穿越高速公路。

頂管包括進(jìn)、出口明渠段、管身段，進(jìn)口工作井，出口接收井。進(jìn)、出口明渠長分別為7.178 m、10.002 m；在頂管進(jìn)、出口分別設(shè)置工作井和接收井，該兩處混凝土豎井作為穿越倒虹吸的進(jìn)出口；管身采用3排DN2400的鋼筋混凝土管頂進(jìn)，管道凈距2.4 m，管道縱坡1/1000，為有壓流。

頂管技施設(shè)計(jì)降低了管身高程，采用倒虹吸型式穿越，頂管頂部距高速公路6.86 m，保證頂管位于穩(wěn)定土層中，頂管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求。頂管管道采用DN2400頂管專用Ⅲ級管材，混凝土標(biāo)號不低于C50，抗?jié)B等級為S8。管道2 m一節(jié)，采用企口連接，止水采用O型橡膠密封圈，縫表面采用聚氨酯密封膏封縫，其剛度、強(qiáng)度、防滲均滿足安全運(yùn)行的要求[1-5]。

2 存在的問題

頂管在實(shí)際施工過程中部分連接處的O型橡膠密封圈被頂出或錯(cuò)位，止水被破壞。同時(shí)，水泥漿置換填充完成后，頂管內(nèi)壁有濕痕出現(xiàn)，故管道存在滲水的隱患。根據(jù)上述現(xiàn)象可知，頂管存在的安全隱患主要有以下三方面：

(1)鋼筋混凝土管2 m一節(jié)，采用企口連接，連接處設(shè)止水，止水采用O型橡膠密封圈，現(xiàn)場頂管施工過程中部分O型橡膠密封圈被頂出或錯(cuò)位，連接處止水被破壞，不能完全起到止水作用，存在滲漏的隱患，滲漏后對管底穩(wěn)定土層基礎(chǔ)有影響，存在沉降的安全隱患。

(2)設(shè)計(jì)要求頂管施工結(jié)束后，管外壁與土之間的間隙采用水泥漿置換填充密實(shí)。根據(jù)現(xiàn)場反映，水泥漿換填施工完成后頂管內(nèi)壁有濕痕出現(xiàn)，故管道存在滲水的隱患，滲漏后對管底穩(wěn)定土層基礎(chǔ)有影響，存在沉降的安全隱患。

(3)該段巖性為粉土，厚30 m，中等濕陷下限為2～3 m，輕微濕陷性下限為3～5 m。頂管一旦滲水將引起頂管變形，進(jìn)而影響高速公路、國道等運(yùn)行安全，社會影響及經(jīng)濟(jì)損失巨大。

3 管道連接處加固處理設(shè)計(jì)方案

根據(jù)現(xiàn)場施工后存在的安全隱患分析，頂管連接處需增設(shè)加固處理措施?；炷良庸谭譃橹苯蛹庸谭ê烷g接加固法兩類。本工程頂管設(shè)計(jì)采用頂管直接頂進(jìn)施工，頂管外部無鋼套管，并且需加固的部位是管道連接處，故根據(jù)工程實(shí)際情況采用間接加固法[6]。

本工程加固的材料要求高抗拉強(qiáng)度，有一定的伸長率，與混凝土基面具有一定的黏結(jié)強(qiáng)度。加固位于管壁內(nèi)側(cè)，為了不影響過流，加固材料厚度不宜過厚。綜上，查閱《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB 50367—2013)、《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》(GB 50728—2011)中相關(guān)規(guī)定，碳纖維布較適合本工程。在本工程樁號102+822.105 m處有一座鐵路涵，干渠與鐵路涵銜接處的結(jié)構(gòu)縫加固處理采用了碳纖維布加固技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工情況效果很好，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，依然完好無損。綜上特點(diǎn)并結(jié)合已建工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，碳纖維布較適合本工程，碳纖維布本身具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模量、耐腐蝕等優(yōu)異的物理力學(xué)性能[7]。

綜上所述，碳纖維布是適宜的、經(jīng)濟(jì)的、滿足工程設(shè)計(jì)要求的加固材料。碳纖維布選擇單向織物，高強(qiáng)Ⅰ級，200 g/m2，配套浸漬膠采用A級膠，縫兩側(cè)各延伸50 cm，共粘貼兩層碳纖維布。

4 管道連接處和管身的防滲處理設(shè)計(jì)方案

根據(jù)現(xiàn)場施工后存在的安全隱患分析，頂管增設(shè)防滲處理措施：混凝土表面采用防滲材料進(jìn)行防滲的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，防滲材料種類較多，通過查閱相關(guān)資料，結(jié)合同類已建工程的實(shí)例，根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇適宜的、經(jīng)濟(jì)的防滲材料。

本工程的防滲部位包括管道連接處和管身兩處，防滲材料涂刷在頂管內(nèi)壁，無外水壓力。查閱相關(guān)資料，選擇了水泥基類無機(jī)防滲材料的超強(qiáng)高韌聚合物水泥基防護(hù)涂料、環(huán)氧類有機(jī)物防滲材料的LEAC丙烯酸聚合物水泥防護(hù)涂料(LEAC21IB型)、聚脲類防滲材料單組分(脂肪族)聚脲防水涂料(Ⅱ型)進(jìn)行分析。以上三種材料均滿足工程的設(shè)計(jì)要求[8-9]。

4.1 防滲材料

(1)超強(qiáng)高韌聚合物水泥基防護(hù)涂料。該涂料強(qiáng)度高、韌性好、抗沖磨性能優(yōu)異，尤其長期泡水后自身強(qiáng)度及與基材黏結(jié)強(qiáng)度不斷提高。與原混凝土基材相融性好、滲透性高，并能使新老材料高度融合成為一個(gè)牢固的整體。

(2)LEAC丙烯酸聚合物水泥防護(hù)涂料(LEAC21IB型)。該產(chǎn)品黏結(jié)好，耐水、耐堿能力強(qiáng)，可用于長期浸水的工程，耐紫外線，可用于外露工程。

(3)單組分(脂肪族)聚脲防水涂料(Ⅱ型)。 該產(chǎn)品為外露型涂料，較為環(huán)保，具有防水性、耐黃變、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，良好的抗沖磨、抗老化性能，與多種基材黏結(jié)性優(yōu)良。廣泛用于暴露、抗沖磨、防水防腐、耐久性要求高的工程。

4.2 防滲材料比選

根據(jù)防滲材料的性能指標(biāo)、適宜性、施工工藝及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比選，投資比選中的工程量為穿清-伊高速公路的頂管施工范圍。防滲材料比選詳見表1。

經(jīng)過綜合比選，LEAC丙烯酸聚合物水泥防護(hù)涂料(LEAC21IB型)滿足本工程防滲要求，并且最經(jīng)濟(jì)。本產(chǎn)品在某明渠修補(bǔ)工程中已施工完成并運(yùn)行滿一年，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際的考察，防滲效果較好，經(jīng)過完整的凍融周期后仍然完好無損，適合嚴(yán)寒地區(qū)的工程中應(yīng)用[10]。

綜上所述，防滲設(shè)計(jì)采用LEAC丙烯酸聚合物水泥防護(hù)涂料(LEAC21IB型)，涂刷/滾刷2～3遍，施工厚度1.0～1.5 mm。

5 結(jié) 論

(1)頂管為本工程的主要建筑物，頂部為高速公路，頂管的安全隱患將影響工程的正常運(yùn)行，同時(shí)影響到交叉建筑物，采用新型技術(shù)和材料可保證工程的安全運(yùn)行。

(2)本次頂管的加固修復(fù)經(jīng)過運(yùn)行驗(yàn)證效果良好，對工程施工中存在缺陷的一些項(xiàng)目，建議采用碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。

(3)LEAC丙烯酸聚合物水泥防護(hù)涂料具有一定的黏結(jié)強(qiáng)度和延展性，與混凝土粘接不脫落，可適應(yīng)位移變化，且厚度較薄不影響過流能力。