一種適用于穿堤涵內(nèi)部裂縫修復(fù)的施工新方法

金 宇，劉曉娟

(北京坌集信達(dá)工程造價(jià)咨詢事務(wù)所，北京 101119)

1 項(xiàng)目概況

由于北運(yùn)河流域穿堤涵修建時(shí)間較長(zhǎng)，使用過(guò)程中穿堤涵出現(xiàn)不同的損壞，因此需要對(duì)穿堤涵進(jìn)行日常維護(hù)、養(yǎng)護(hù)，保證穿堤涵和堤防工程的安全運(yùn)行。我單位承接了“水利工程日常維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)(2019九標(biāo)：北運(yùn)河水工建筑物日常維護(hù)工程)”，此工程包含9個(gè)子工程的養(yǎng)護(hù)工作，其中有穿堤涵養(yǎng)護(hù)的工作為：①昌平段穿堤涵維護(hù)。②順 義段穿堤維護(hù)養(yǎng)護(hù)。③北運(yùn)河所穿堤涵維護(hù)。具體問(wèn)題為穿堤涵不同部位出現(xiàn)裂縫，并且裂縫大小不一，導(dǎo)致出現(xiàn)滲流問(wèn)題，需要對(duì)滲流問(wèn)題進(jìn)行整治，阻斷穿堤涵的滲水通道，維護(hù)堤防工程的安全、穩(wěn)定。

2 穿堤涵裂縫產(chǎn)生原因分析

2.1 地基不均勻沉陷形成的裂縫

地基不均勻沉陷是導(dǎo)致穿堤涵發(fā)生裂縫的主要因素。由于穿堤涵在靠近河道部分的地基含沙量較多，河道內(nèi)水流沖刷、流水的侵蝕，導(dǎo)致這部分地基承載力下降明顯；而靠近提防外側(cè)部分的地基以黏土為主，并且沒(méi)有流水的侵蝕，地基承載力較好，因此地基不均勻的沉降就導(dǎo)致了穿堤涵管壁開(kāi)裂，并且裂縫越來(lái)越大。由于穿堤涵貫穿堤壩的間距設(shè)置過(guò)大，混凝土在溫度變化作用下出現(xiàn)干縮現(xiàn)象，從而導(dǎo)致穿堤涵管產(chǎn)生環(huán)向裂縫。施工過(guò)程中由于新老堤防的填筑時(shí)間、材料、工藝上存在差異，在結(jié)合面處導(dǎo)致出現(xiàn)沉降不均勻的情況。在實(shí)際施工中需要采取有效的修補(bǔ)技術(shù)，保障堤防工程的整體安全性和穩(wěn)定性[1]。并且在開(kāi)展裂縫修補(bǔ)施工時(shí)，需采用先進(jìn)的施工處理技術(shù)，確保穿堤涵管的整體質(zhì)量得到提高[2]。

2.2 施工質(zhì)量差形成的裂縫

引發(fā)穿堤涵管裂縫的主要原因中還包括施工質(zhì)量差，其在實(shí)際的堤防工程中，主要體現(xiàn)在兩大方面。其一是穿堤涵管自身的施工質(zhì)量不佳，如施工技術(shù)選用不合理，與實(shí)地情況不適應(yīng)等。其二是對(duì)穿堤涵管周?chē)耐馏w回填質(zhì)量控制不到位。比較常見(jiàn)的現(xiàn)象包括有回填土料較差、黏粒含量較低、壓實(shí)度不足等。當(dāng)沉降不均勻時(shí)，會(huì)使管道出現(xiàn)不同程度的裂縫。水流在壓力的作用下，沿著穿堤涵管裂縫滲入到堤防或壩體中，有可能會(huì)引發(fā)堤防或壩體內(nèi)的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的變化，從而導(dǎo)致堤防或壩體出現(xiàn)安全隱患。

對(duì)于本工程而言，施工時(shí)的工程資料顯示壓實(shí)度能夠滿足項(xiàng)目需要，但施工過(guò)程中未考慮靠近河道部分的流水侵蝕，對(duì)于此部分的基礎(chǔ)應(yīng)增加壓實(shí)度，并做好迎水面的防護(hù)，以保證穿堤涵基礎(chǔ)不會(huì)被流水侵蝕，但實(shí)際施工中對(duì)于靠近河道部分的基礎(chǔ)壓實(shí)度不足，并且未做任何針對(duì)流水侵蝕的防護(hù)，所以產(chǎn)生穿堤涵裂縫。

3 穿堤涵裂縫修補(bǔ)方案

3.1 裂縫修補(bǔ)原則

(1)施工人員在選擇修補(bǔ)處理方案時(shí)，要確保施工方式及技術(shù)能夠與各種復(fù)雜條件相適應(yīng)，比如能夠充分適應(yīng)區(qū)域內(nèi)的冷、熱溫度變化，并且適應(yīng)凍脹和凍融環(huán)境，保障修補(bǔ)方案具有一定的實(shí)效性[3]。

(2)在對(duì)穿堤涵的裂縫修補(bǔ)施工時(shí)，要結(jié)合實(shí)際，合理選擇方案處理時(shí)間，盡可能一次性完成裂縫修補(bǔ)作業(yè)，避免多次施工，對(duì)穿堤涵造成不必要的傷害。

(3)施工人員要盡量選擇適合大變形柔性材料的內(nèi)外處理方法。即在開(kāi)展?jié)B流修補(bǔ)施工作業(yè)之前，做好勘查工作，可以對(duì)滲漏的區(qū)域進(jìn)行有效的止水處理，并合理選擇適應(yīng)環(huán)境變化的柔性充填材料，發(fā)揮其止水性能和效果。在修復(fù)修補(bǔ)施工完成后，要確保其正常使用功能的實(shí)現(xiàn)。

(4)對(duì)穿堤涵進(jìn)行裂縫修補(bǔ)施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)保障修復(fù)完成后，其表面具有較強(qiáng)的抗沖刷能力。

(5)在穿堤涵的裂縫修補(bǔ)施工中，要合理選擇伸縮縫的表面防護(hù)材料，應(yīng)具有良好的耐久性，特別是在低溫工況下要具有較強(qiáng)的延展性和扯斷伸長(zhǎng)率等技術(shù)指標(biāo)。

3.2 裂縫修補(bǔ)措施

根據(jù)該項(xiàng)目中穿堤涵裂縫的形成原因以及處理原則，并以國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的修補(bǔ)材料為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，可以選擇手刮聚脲封閉法。這項(xiàng)修補(bǔ)技術(shù)是我國(guó)近年來(lái)新興的高效裂縫處理工藝，具有對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)破壞性較小、施工周期短、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。主要的施工修補(bǔ)方案如下。

在對(duì)穿堤涵進(jìn)行防滲修補(bǔ)的過(guò)程中，采用手刮聚脲技術(shù)能夠有效地實(shí)現(xiàn)抗老化、提高抗?jié)B能力和抗磨損能力以及抗腐蝕效果等，對(duì)修復(fù)混凝土開(kāi)裂具有良好的應(yīng)用價(jià)值。在裂縫修補(bǔ)施工中，相關(guān)人員需要著重考慮手刮聚脲的性能，以便于更好地開(kāi)展施工作業(yè)。

首先，手刮聚脲的主要物理力學(xué)性能包括固含量大于80%，能夠有效地提高修補(bǔ)部位的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，而且手刮聚脲的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到20 MPa 以上，扯斷伸長(zhǎng)率高于300%。另外在手刮聚脲的物理力學(xué)性能中，撕裂強(qiáng)度可以達(dá)到70 kN/m 以上，而且表面干燥的時(shí)間較短，僅為5 h，在穿堤涵的裂縫修補(bǔ)施工中，可以發(fā)揮較大的優(yōu)勢(shì)作用，滿足修補(bǔ)質(zhì)量，保障穿堤涵運(yùn)行的安全性。

其次，手刮聚脲還具有低溫柔性和低溫工作性。在該項(xiàng)目的裂縫修補(bǔ)中可以發(fā)現(xiàn)，手刮聚脲在抗凍性能試驗(yàn)中充分發(fā)揮其柔性性能的特點(diǎn)，比如在-45 ℃的情況下，仍能夠保持較高的柔性，而且斷裂伸長(zhǎng)率可以達(dá)到100%以上，同時(shí)其抗拉長(zhǎng)度也會(huì)有所增長(zhǎng)。因此手刮聚脲可以在高寒地區(qū)的低溫環(huán)境下有效的抵御混凝土低溫開(kāi)裂變形。雖然在一定程度上斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)在低溫下出現(xiàn)下降，但對(duì)于低溫工作性能則不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，在穿堤涵的裂縫修補(bǔ)施工中，手刮聚脲具有相對(duì)較好的應(yīng)用效果[4-5]。

最后，手刮聚脲的類型包括有防滲型和抗沖磨型，均具有相對(duì)良好的抗沖磨性，并在性能上明顯優(yōu)于二級(jí)配高強(qiáng)混凝土。通過(guò)手刮聚脲與高強(qiáng)混凝土抗沖磨對(duì)比試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)手刮聚脲的沖磨后質(zhì)量損失相對(duì)較低，而且磨損率也低于高強(qiáng)混凝土。因此在穿堤涵的裂縫修補(bǔ)施工中，應(yīng)用手刮聚脲具有較好的修復(fù)效果，可以提高修復(fù)部位的強(qiáng)度。

3.3 手刮聚脲裂縫修補(bǔ)施工工藝

在穿堤涵的裂縫修補(bǔ)施工中應(yīng)用手刮聚脲，需要相關(guān)人員充分掌握其施工工藝和技術(shù)要點(diǎn)。一般情況下，手刮聚脲施工多采用人工涂刷的方式，通過(guò)控制涂刷的遍數(shù)和頻率，以有效保障手刮聚脲涂刷的均勻性和厚度。與此同時(shí)對(duì)穿堤涵洞內(nèi)壁的缺陷集中位置，應(yīng)當(dāng)利用手刮聚脲對(duì)其表面進(jìn)行局部的全封閉，材料涂刷的厚度應(yīng)控制在2 mm左右。手刮聚脲施工工藝的具體流程是①施工準(zhǔn)備②開(kāi)展混凝土表面打磨③修復(fù)混凝土存在缺陷④清洗混凝土⑤適當(dāng)涂刷界面劑⑥手刮聚脲一遍⑦合理布置胎基布⑧手刮聚脲兩遍以上⑨檢 查和驗(yàn)收修補(bǔ)表面質(zhì)量。

在開(kāi)展手刮聚脲工藝時(shí)，施工人員還要嚴(yán)格控制其工序技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。即對(duì)鋼筋頭進(jìn)行有效的割除，對(duì)混凝土進(jìn)行有效的鑿毛。施工人員需要對(duì)影響穿堤涵裂縫修補(bǔ)施工的鋼筋等預(yù)埋件進(jìn)行割除，并對(duì)存在嚴(yán)重風(fēng)化的混凝土表面鑿除一定深度，其具體深度可由現(xiàn)場(chǎng)混凝土試驗(yàn)的結(jié)果而確定。通常情況下鑿除深度在20～30 mm左右，保障表面露出新鮮混凝土土面。在鑿除工藝之后需要利用高壓風(fēng)槍對(duì)表面進(jìn)行清洗，最后使用聚合物砂漿開(kāi)展回填養(yǎng)護(hù)作業(yè)，最大限度地保障裂縫修補(bǔ)施工質(zhì)量；施工人員還需對(duì)混凝土出現(xiàn)凍融剝蝕等滲漏缺陷進(jìn)行修補(bǔ)施工，當(dāng)混凝土的凍融破壞或者剝蝕、基坑深度大于30 mm時(shí)，可以利用聚丙烯混凝土進(jìn)行有效的回填和養(yǎng)護(hù)。同時(shí)施工人員可以利用鋼筋錨固對(duì)鋼筋網(wǎng)進(jìn)行穩(wěn)定加固，從而保障新老混凝土之間的黏結(jié)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度達(dá)到相關(guān)規(guī)定[6]；另外在對(duì)穿堤涵開(kāi)展裂縫修補(bǔ)施工時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)注意對(duì)混凝土的表面進(jìn)行打磨和開(kāi)收邊槽。

由于在手刮聚脲的混凝土區(qū)域中，可能存在著混凝土蜂窩、脫空、凍融和剝蝕等現(xiàn)象，因此先要對(duì)出現(xiàn)的缺陷采取一定的預(yù)處理措施，再將磨削區(qū)域擴(kuò)展到100 mm的邊緣外進(jìn)行預(yù)處理。實(shí)際上，在這一過(guò)程中磨削的深度取決于現(xiàn)場(chǎng)混凝土的質(zhì)量，以保障科學(xué)合理的磨掉混凝土表面和凍融表面，打磨之后要保障表面具有較好的平整性；在手刮聚脲的施工工序中，還需有效的刷涂界面劑，施工人員必須要保障界面劑的涂刷具有均勻性，且不會(huì)出現(xiàn)滲漏情況，并實(shí)現(xiàn)涂層界面保持干燥；在對(duì)穿堤涵開(kāi)展手刮聚脲施工時(shí)，布置胎基布是指在界面劑處于干燥狀態(tài)但并未完全的固化之前，需要刮第一遍手刮聚脲，間隔1 h后，則可以將胎基布輕按在手刮聚脲的表面上，維持表面的平整性。等到手刮聚脲第一遍的表面干燥后，則可涂刷2～4遍手刮聚脲，當(dāng)土層固化之后，厚度可以達(dá)到要求的3～4 mm厚度，促使手刮聚脲與混凝土的外邊緣保持一定的平滑性和過(guò)渡性。

3.4 裂縫修補(bǔ)方案選擇

通過(guò)對(duì)施工范圍內(nèi)的穿堤涵進(jìn)行勘察，發(fā)現(xiàn)裂縫現(xiàn)狀復(fù)雜，既有滲漏較少或不滲漏的小裂縫，也有寬度很大的裂縫，并且大裂縫已經(jīng)出現(xiàn)涵洞外部空洞現(xiàn)象，再發(fā)展下去有可能出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，如果出現(xiàn)管涌現(xiàn)象將對(duì)堤壩產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。具體方法選擇如下：

(1)對(duì)于剛出現(xiàn)的裂縫或者裂縫不大(寬度小于5 cm)，并且管道外部沒(méi)有流水沖刷造成的空洞，則優(yōu)先選用手刮聚脲的施工方法進(jìn)行修復(fù)。

(2)對(duì)于裂縫較大并且出現(xiàn)空洞現(xiàn)象，則優(yōu)先選擇化學(xué)灌漿的施工方法進(jìn)行修復(fù)，對(duì)于需要加強(qiáng)抗沖刷性能的部位，可在采用化學(xué)灌漿的施工方法基礎(chǔ)上，在穿堤涵內(nèi)部再增加手刮聚脲的修復(fù)方法，這樣可增加修復(fù)的效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

在穿堤涵的裂縫修補(bǔ)中化學(xué)灌漿用于深入裂縫進(jìn)行內(nèi)部填充處理，手刮聚脲用于表層處理加固，兩者聯(lián)合使用的效果更好，能夠凸顯出修補(bǔ)方案的優(yōu)勢(shì)。在應(yīng)用化學(xué)灌漿和手刮聚脲技術(shù)時(shí)，不僅可以充分滿足滲漏險(xiǎn)工治理的質(zhì)量規(guī)范和要求，同時(shí)也保障了當(dāng)?shù)睾拥赖牡谭腊踩妊?。通過(guò)上述方法進(jìn)行的修復(fù)工程，在2020年5月進(jìn)行的質(zhì)保期的巡查中，修復(fù)質(zhì)量全部合格，并且未發(fā)現(xiàn)修復(fù)后出現(xiàn)二次開(kāi)裂。因此在今后穿堤涵修復(fù)工作過(guò)程中，需要仔細(xì)分析穿堤涵出現(xiàn)裂縫滲漏的主要原因，針對(duì)地基不均勻沉陷、設(shè)計(jì)不符合要求以及施工質(zhì)量差等問(wèn)題進(jìn)行深入研究，并結(jié)合具體的工程情況，采用合理得修補(bǔ)方案，以進(jìn)一步提高穿堤涵的修復(fù)修補(bǔ)質(zhì)量。