供水鋼管與混凝土連接滲漏補(bǔ)強(qiáng)措施探討

許尚偉，李志強(qiáng)，許振營(yíng)

（山東省水利工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

沂水縣跋山水庫(kù)供水工程項(xiàng)目自跋山水庫(kù)引水至沂水縣新建縣城自來(lái)水水廠、許家湖鎮(zhèn)廬山工業(yè)園、黃山鎮(zhèn)龍山工業(yè)園。本期設(shè)計(jì)供水工程輸水規(guī)模為25 萬(wàn)m3/d，供水人口50 萬(wàn)。該工程等別為III 等，工程規(guī)模為中型，取水口工程等主要建筑物級(jí)別為3 級(jí)，本次輸水工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)水位以跋山水庫(kù)死水位為控制要素，最低運(yùn)行水位為163.00 m，按照輸水管道采用重力式自流輸水方式設(shè)計(jì)，正常輸水工作壓力為0.6 MPa，水壓試驗(yàn)壓力設(shè)計(jì)值為0.96 MPa，主要工程內(nèi)容包括：放水洞工程、取水口工程、輸水管道工程等。取水口工程位于跋山水庫(kù)放水洞出水口后、水電站前的供水管道處，采用直徑3.5 m 的鋼管與兩端外包混凝土供水管道連接，襯砌連接長(zhǎng)度為1.0 m，設(shè)計(jì)采用厚度為0.50 m 的C30 混凝土，抗?jié)B等級(jí)為W6,抗凍等級(jí)為F150。

1 鋼管與混凝土結(jié)合處局部滲漏情況

沂水縣跋山水庫(kù)供水工程正式向沂水縣溪源自來(lái)水廠供水時(shí)，取水口工程鋼管與混凝土襯砌結(jié)合處局部滲漏嚴(yán)重，但未發(fā)現(xiàn)該處襯砌工程混凝土有裂縫，如果不及時(shí)處理，將影響工程正常運(yùn)行。如果停止供水檢修處理，將嚴(yán)重影響整個(gè)沂水縣城工業(yè)和生活用水。

從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，滲水通道位于鋼管與襯砌混凝土粘結(jié)處，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員及時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)滲流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)取水口工程供水鋼管、混凝土襯砌工程、老放水洞改造工程滲流穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，排除老放水洞巖石裂隙滲透、混凝土襯砌工程局部斷裂等原因。計(jì)算結(jié)論為滲漏點(diǎn)位于供水鋼管與襯砌混凝土之間粘結(jié)處。

2 供水鋼管與混凝土粘結(jié)處滲漏成因

2.1 缺少設(shè)計(jì)原因

規(guī)范鋼板與混凝土粘結(jié)防滲設(shè)計(jì)規(guī)范及資料仍處于試驗(yàn)研究階段，尚未有一套成熟的計(jì)算理論，未頒布涉及該方面的設(shè)計(jì)規(guī)范，目前工程技術(shù)應(yīng)用方面尚未有較多的經(jīng)驗(yàn)作為參考。該處鋼管與混凝土結(jié)合處受力情況復(fù)雜，只是通過(guò)理論數(shù)值及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)其研究，研究成果僅能作為設(shè)計(jì)參考參數(shù)。本次設(shè)計(jì)需要根據(jù)跋山水庫(kù)設(shè)計(jì)水位確定該處的設(shè)計(jì)水頭，測(cè)算出該處鋼管與混凝土結(jié)合處所受內(nèi)水壓力為0.6 MPa，加入計(jì)算結(jié)構(gòu)區(qū)所受其他荷載，通過(guò)模型試驗(yàn)來(lái)確定該處混凝土襯砌連接結(jié)構(gòu)型式及長(zhǎng)度。

2.2 施工條件差

該處位于水庫(kù)大壩下游，地質(zhì)條件復(fù)雜，大部分為粗粒二長(zhǎng)花崗巖、斜長(zhǎng)角閃巖，巖石較為堅(jiān)硬，又因環(huán)保等原因，只能采用挖掘機(jī)破碎錘開(kāi)挖，費(fèi)工且效率低。根據(jù)當(dāng)時(shí)縣自來(lái)水廠供水要求，必須在20 d 內(nèi)具備通水條件，鋼管、蝶閥、安裝圖紙都沒(méi)有按照原計(jì)劃及時(shí)送達(dá)工地現(xiàn)場(chǎng)，跋山水庫(kù)當(dāng)時(shí)白天最低已接近0 ℃，混凝土襯砌工程段為管狀結(jié)構(gòu)，模板支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度較大，局部容易出現(xiàn)瑕疵。澆筑時(shí)，該處薄壁圓弧型結(jié)構(gòu)不適宜大方量混凝土澆筑，臥式圓形模板澆筑混凝土?xí)r，施工難度較大，容易造成局部混凝土澆筑時(shí)振搗不密實(shí)，影響混凝土施工質(zhì)量。

2.3 混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間短

襯砌混凝土工程養(yǎng)護(hù)期間外部溫度最低已降至零下3 ℃，如果養(yǎng)護(hù)人員未提高養(yǎng)護(hù)期的溫度和濕度的情況下采取撒水、保溫、擋風(fēng)等措施，養(yǎng)護(hù)時(shí)間比正常溫度下仍未延長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)不到位的混凝土因水化作用停止、水分很快散失，混凝土強(qiáng)度指標(biāo)將不再增長(zhǎng)，外表將產(chǎn)生干縮開(kāi)裂、內(nèi)部組織松散，耐久性、抗凍、抗?jié)B隨之下降。以上原因均可能引起混凝土與鋼管產(chǎn)生縫隙，形成漏水通道。因水廠供水時(shí)間要求、外部氣溫低等客觀原因，造成了混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間較短，仍須盡快投入使用。

3 滲漏補(bǔ)強(qiáng)方案

在施工現(xiàn)場(chǎng)，組織業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)等參建單位召開(kāi)了專家論證咨詢會(huì)，考慮到該處地基應(yīng)力、結(jié)構(gòu)受力、溫度應(yīng)力等客觀條件比較復(fù)雜，同時(shí)滲漏處理方案施工時(shí)供水不能中斷、外部施工溫度較低、施工作業(yè)空間狹窄等客觀因素，提出以下滲漏補(bǔ)強(qiáng)處理方案。

3.1 防滲止水類化學(xué)灌漿

防滲止水類化學(xué)灌漿是根據(jù)工程實(shí)際需要，將一定比例的化學(xué)材料配制成不含固體顆粒的真溶液，用化學(xué)灌漿高壓針頭將其灌入需要修補(bǔ)的混凝土裂縫內(nèi)，使化學(xué)漿液滲透、擴(kuò)散、膠凝或固化，以進(jìn)行混凝土建筑物內(nèi)裂縫修補(bǔ)的一項(xiàng)加固基礎(chǔ)措施，用于混凝土缺陷補(bǔ)強(qiáng)和防水堵漏技術(shù)。防滲止水類化學(xué)灌漿是化學(xué)學(xué)科與工程學(xué)相結(jié)合，工程技術(shù)、高分子化學(xué)漿材和應(yīng)用化學(xué)科學(xué)進(jìn)行混凝土加固補(bǔ)強(qiáng)、防滲止水缺陷處理，可確保工程順利進(jìn)行或用以提高工程質(zhì)量的一項(xiàng)新技術(shù)。本次設(shè)計(jì)處理方案灌漿材料采用單液型水性聚氨酯灌漿液材料，該材料誘導(dǎo)凝固時(shí)間為40 s、粘度為280 mPas、混合時(shí)間（4 倍水）為30 s、遇水膨脹率為1600%、抗?jié)B系數(shù)為1.8×10-9、發(fā)泡率為450%。對(duì)需要處理滲漏處的連接段混凝土區(qū)域采用人工清理干凈，因操作空間較小，施工人員使用專用鉆孔工具電錘進(jìn)行鉆孔，在鉆好的孔內(nèi)安裝注漿嘴，先用高壓清洗機(jī)注入清潔水，將封內(nèi)粉塵清洗干凈，再向注漿孔內(nèi)灌注化學(xué)注漿料，然后拆除注漿嘴。該方案材料無(wú)毒、工藝先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、施工速度快，工期較短、造價(jià)較低。

3.2 加長(zhǎng)混凝土連接長(zhǎng)度

直徑3.5 m 的鋼管與外包混凝土供水管道連接，延長(zhǎng)襯砌連接長(zhǎng)度各為1.0m，C30 混凝土厚度為0.50 m，抗?jié)B等級(jí)為W6, 抗凍等級(jí)為F150。該方案混凝土澆筑時(shí)間長(zhǎng)、造價(jià)較高，影響工期較長(zhǎng)。

3.3 重新澆筑

對(duì)直徑3.5 m 的鋼管與外包混凝土供水管道連接重新澆筑，在已澆筑混凝土的基礎(chǔ)上，襯砌連接長(zhǎng)度各增加至2.0 m，C30 混凝土厚度為1.0 m，抗?jié)B等級(jí)為W6,抗凍等級(jí)為F150。該方案巖石開(kāi)挖量大、混凝土澆筑時(shí)間較長(zhǎng)、造價(jià)較高，影響工期較長(zhǎng)。

針對(duì)上述三個(gè)方案比較，方案比選見(jiàn)表1，通過(guò)對(duì)施工工藝、施工成本、施工工期等多方面論證，擬采用防滲止水類化學(xué)灌漿方案。

表1 滲漏處理方案比選表

4 灌漿工藝流程

施工灌漿設(shè)計(jì)工藝原理：利用專用機(jī)械動(dòng)力將專門(mén)制作好的化學(xué)漿液高壓注入混凝土裂成狹長(zhǎng)細(xì)微的縫中，當(dāng)化學(xué)漿液遇到混凝土內(nèi)部裂成狹長(zhǎng)細(xì)微發(fā)絲縫中的水分會(huì)快速擴(kuò)張，形成無(wú)窮無(wú)盡的個(gè)體封閉閉合汽泡，水流完全不能進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)的裂縫里，可達(dá)到止漏防水效果。

4.1 灌漿施工前準(zhǔn)備

施工人員準(zhǔn)備好穿戴個(gè)人防護(hù)器具、單液型水性聚氨酯灌漿液材料、高壓注漿管、高壓灌漿機(jī)、高壓注漿嘴、快干水泥密封劑、SDS 定點(diǎn)鉆頭、電鉆機(jī)等器材。

4.2 表面清理

施工人員詳細(xì)檢查混凝土襯砌與鋼管結(jié)合處狀況，確定埋設(shè)止水針頭位置及間距，將混凝土表面清理潔凈，清掃混凝土表面異物，保證表面潤(rùn)濕、潔凈。

4.3 電鉆鉆孔

因鋼管與混凝土結(jié)合處布滿了微細(xì)不規(guī)則形狀裂縫，須沿著管道滲水方向兩側(cè)3～10 cm 范圍內(nèi)交叉布孔，孔距暫定為5～10 cm，采用孔徑?10 mm 左右的鉆頭進(jìn)行鉆孔，鉆孔與混凝土表面夾角為10°～40°，交叉點(diǎn)位于離鋼管混凝土底部的1/3 范圍內(nèi)，順序由下向上布置鉆孔，再埋設(shè)止水針頭，鉆孔深度接近混凝土結(jié)構(gòu)厚度4/5 處或接近鋼管處左右深，鉆孔須接近滲漏處，注意不要將鋼管結(jié)構(gòu)打穿。

4.4 埋嘴

在已經(jīng)鑿好的鑿孔內(nèi)將專用工具止水針頭放進(jìn)去安裝好，并且確保沒(méi)有用過(guò)的止水針頭、孔壁及橡膠部分無(wú)水干燥，以免針頭有水打滑不方便安裝，使用專用扳手將針頭擰緊，確保止水針頭與周?chē)g擠壓封閉完好不漏，防止?jié){液滲漏。

4.5 清孔

用氣泵將表面的粉塵清洗去除，再用高壓水射流清洗機(jī)沖洗好已經(jīng)鑿好的鑿孔，直至灌漿鑿孔流出清水，則可進(jìn)行下一步操作。

4.6 灌漿

在高壓灌漿機(jī)儲(chǔ)料桶中放入單液型水性聚氨酯注漿液，首先用高壓化學(xué)灌漿機(jī)將注漿管及料杯內(nèi)的異物擠壓排出，待至化學(xué)漿液噴出，再將止注漿嘴與高壓化學(xué)灌漿機(jī)連接，通過(guò)止水針頭將單液型親水性聚氨酯注漿液注入鋼管與混凝土結(jié)合滲漏處，施工工藝順序由鋼管底部向上依次注漿，當(dāng)鄰近孔開(kāi)始冒出化學(xué)藥劑后，繼續(xù)保持最高灌漿壓力不變3～6 min，方可暫停該孔施工。當(dāng)移至臨近鑿孔灌漿時(shí)，直至該孔高壓灌漿打不進(jìn)去，確保全部灌漿壓力最大化，如果局部繼續(xù)滲漏，可在該處繼續(xù)增孔加壓灌漿。

4.7 清理場(chǎng)地

全部灌漿施工完畢，鋼管與混凝土接觸面無(wú)滲水即可去掉止水針頭，清除溢出的灌漿液，用防滲水泥基滲透型結(jié)晶抗壓密封劑對(duì)灌漿口進(jìn)行封堵，確保修補(bǔ)后的混凝土外觀質(zhì)量。

5 結(jié) 語(yǔ)

在供水工程中采用防滲止水類化學(xué)灌漿封堵細(xì)小貫穿裂縫，能夠克服供水管道工程特有的條件，滲漏現(xiàn)象基本消失，防滲效果明顯，從經(jīng)濟(jì)效益的角度分析具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）材料、速度能夠適應(yīng)本次供水管道工程野外施工隨季節(jié)變化的氣候條件，克服了需要帶水作業(yè)等施工惡劣環(huán)境，從而節(jié)約成本，提高了施工效率。

2）防滲止水類化學(xué)灌漿材料無(wú)毒，能夠滿足本次供水工程安全要求，使水資源在供水區(qū)不受污染，滿足人們的生產(chǎn)、生活用水要求。

3）防滲止水類化學(xué)灌漿施工工藝簡(jiǎn)易方便、可快速處理類似漏水事故，滿足了供水工程運(yùn)行不間斷施工、時(shí)間緊的要求。

總之，防滲止水類化學(xué)灌漿是水利工程中鋼管與混凝土粘結(jié)處細(xì)小裂縫滲漏處理的一項(xiàng)較為有效的施工方案，此方法工藝成熟、操作方便、處理速度快，不僅能保證工程施工質(zhì)量，而且能夠極大提高工作效率，在不停水的情況下縮短了施工周期，降低了施工成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)推廣價(jià)值。