頭屯河水庫工業(yè)供水暗渠工程病害成因分析及處理措施

張金鑄

(新疆水利廳頭屯河流域管理處，新疆昌吉831100)

1 工程概況

頭屯河水庫工業(yè)供水暗渠工程主要承擔(dān)八鋼集團(tuán)的工業(yè)供水任務(wù)，位于水庫西側(cè)，于1994年9月基本完工并投入運(yùn)行，供水暗渠全長4 565 m，矩形斷面1.2 m×1.2 m，其中混凝土渠道483 m，厚度40 cm，設(shè)計引水流量:1.2 m3/s，校核流量為:1.6 m3/s。工程運(yùn)行已＞10 a，部分渠段出現(xiàn)蜂窩麻面、表面松散脫落，并有不同程度的磨損，伸縮縫變形漏水嚴(yán)重，個別縫隙已形成管涌通道。在頭屯河水庫除險加固為期2 a的施工過程中，工業(yè)供水暗渠作為庫外供水系統(tǒng)的骨干工程，其運(yùn)行的安全性，可靠性，將直接影響水庫除險加固工程進(jìn)度和八鋼工業(yè)生產(chǎn)安全，解決暗渠的滲漏也迫在眉睫。

2 存在問題及原因分析

2.1 暗渠斷面磨損原因分析

1)含沙量大。由于頭屯河流域上游植被破壞，造成水土流失嚴(yán)重，2011年河道全年來水懸移質(zhì)輸沙總量為139.31萬t，占全年的47%.入庫最大含沙量67.5 kg/m3.含沙量大的水流進(jìn)入暗渠后對暗渠底板以及側(cè)壁進(jìn)行磨損，造成暗渠大部分?jǐn)嗝婺p嚴(yán)重。

2)進(jìn)入暗渠水流速度快，由于工業(yè)供水暗渠進(jìn)水底坎高程1 007.5 m以下渠道斷面是矩形，大壩連接壓力鋼管暗渠尾部高程為995 m，所以暗渠水流速度快，也加快了暗渠底板及側(cè)壁的磨損。

2.2 暗渠滲漏原因

1)伸縮縫的滲漏。頭屯河工業(yè)供水暗渠始建于1995年，暗渠全長4 565 m，由于地形地貌原因修建了5處輸水渡槽，渡槽是輸送水流跨越河渠、山溝等架空輸水建筑物，暗渠由于運(yùn)行多年，渠板之間的伸縮縫及構(gòu)件間的接頭、接縫之間都有滲漏現(xiàn)象。

2)暗渠自重的原因。渡槽采用多箱薄壁結(jié)構(gòu)型式，作為肋板形式的寬梁或開口的箱形梁，其寬跨比較大，會在復(fù)雜的薄壁槽身截面上產(chǎn)生剪力滯現(xiàn)象。剪力滯效應(yīng)會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力過分集中，造成結(jié)構(gòu)破壞或局部開裂，影響結(jié)構(gòu)的安全性或適用性。

2.3 暗渠淤積的原因

頭屯河屬于多泥沙性河流，主要有3種侵蝕類型:①坡面侵蝕;②溝谷侵蝕;③溝谷坡面侵蝕。頭屯河流域中游地帶，地質(zhì)條件差，坡體上殘破積物廣布，并且地形較陡，在主流兩側(cè)的支溝中，一般都具有較豐富的松散固定物質(zhì)，它們也是河道來沙的重要物質(zhì)來源。在季節(jié)性積雪消融和降雨時，容易形成高含沙水流和山洪。坡體上殘留坡積物松散固體物在這些高含沙水流和山洪的作用下，被帶入河道。含沙量大的水流進(jìn)入暗渠后，粒徑大的砂石就停留在暗渠內(nèi)，日積月累從而使暗渠造成淤積。

2.4 暗渠沉陷的原因

1)地質(zhì)情況復(fù)雜。供水暗渠沿線地質(zhì)情況復(fù)雜，有多種土壤組成，巖石戈壁地基長2 259 m，沉陷性黃土地基長度2 306 m。供水渠道沿線地形起伏不平，溝坡縱橫交錯，沖溝較多，由于周邊人員的采砂破壞了巖體內(nèi)部原有的力學(xué)平衡狀態(tài)，引起地表下沉和變形，影響到位于開采范圍內(nèi)的建筑物、河流、管道的地表沉陷以及地形地貌的變化，從而造成暗渠的沉陷。

2)凍脹原因。供水暗渠運(yùn)行期一般在4—10月，暗渠混凝土是由砂、石、水、水泥等材料組成的，這些材料具有一定的吸水性，又長期處在水的環(huán)境中，這些水分在負(fù)溫度條件下，體積會發(fā)生膨脹，經(jīng)過多個凍融循環(huán)和應(yīng)壓力的反復(fù)作用，最終導(dǎo)致混凝土的凍融破壞?；炷翆儆趧傂圆牧希哂休^高抗壓強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度較低，適應(yīng)拉伸變形或不均勻變形的能力較差，在凍脹力或熱應(yīng)力的作用下，容易破壞，其破壞形式歸納如下:①鼓脹及裂縫。在冬季混凝土板與渠床基土凍結(jié)成一個整體，承受著凍結(jié)力、凍脹力，以及混凝土板本身收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力等，當(dāng)這些應(yīng)力值大于混凝土板在低溫下的極限應(yīng)力時，板體就發(fā)生破壞;②架空隆起。在地下水位較高的渠段，渠床基土距地下水近，凍脹量大，而渠頂凍脹小，造成混凝土襯砌板大幅度隆起、架空;③滑塌。渠道襯砌的凍融滑塌有2種形式:其一由于凍脹引起混凝土板隆起架空，使得坡腳承受到破壞，混凝土板墊層失去穩(wěn)定平衡，因而基土結(jié)凍時混凝土板遭凍脹擠壓而破壞，上部混凝土板塊順坡向下滑移推開下部混凝土板塌落下滑。部分暗渠段由于凍脹原因發(fā)生沉陷變形。

3 水庫工業(yè)供水暗渠處理措施

3.1 渠道及伸縮縫防滲漏處理

3.1.1 渠道斷面防滲及蜂窩麻面的處理

頭屯河水庫根據(jù)供水渠道出現(xiàn)的問題采用混凝土襯砌的防滲措施。對部分渠段出現(xiàn)蜂窩麻面、表面松散脫落等現(xiàn)象采用聚合物砂漿抹面修補(bǔ)，聚合物砂漿適用于水工、工業(yè)建筑物混凝土的孔洞、蜂窩、麻面等缺陷修補(bǔ)加固。聚合物砂漿是由改性有機(jī)高分子乳液、化學(xué)助劑、硬質(zhì)干混料經(jīng)工廠化加工而成的聚合物修補(bǔ)加固砂漿，具有優(yōu)異的抗裂性、抗?jié)B性、強(qiáng)度高、黏結(jié)力好，可保護(hù)其修補(bǔ)的混凝土中鋼筋免遭侵蝕，提高了抗碳化、抗氯離子滲透的能力。

3.1.2 基層處理

對混凝土預(yù)制件表面的缺陷進(jìn)行清理，剔除剝落、疏松、蜂窩和腐蝕等劣化混凝土并用清水沖洗干凈。用抹刀將砂漿用力壓抹至修補(bǔ)面上，一般修補(bǔ)層厚度≤30 mm，每次壓抹≤10 mm為宜，待表干后再進(jìn)行上面一層的施工。施工完成后，對外露的砂漿表面實(shí)施陰濕養(yǎng)護(hù)。

3.1.3 暗渠伸縮縫滲漏采用BW—90型止水條處理

BW—90型止水條是有一定內(nèi)聚力的柔性材料，能適應(yīng)伸縮縫的移位，且與新、老混凝土面均能良好黏接，無污染，又不需要復(fù)雜的施工設(shè)備，能適應(yīng)此次工程修補(bǔ)工期短，施工完成后又要馬上過水的特點(diǎn)，更重要的是可避免用止水帶止水時對材質(zhì)要求高、施工難度大的弱點(diǎn)。BW—90型止水條主要性能指標(biāo)見表1。

伸縮縫的施工方案見圖1(未加預(yù)留縫)，具體施工工藝如下:

1)用電錘沿伸縮縫開鑿梯形槽，槽深約40 mm×50 mm。

2)對滲水及大量漏水處，用快速堵漏劑進(jìn)行堵漏處理，保證槽內(nèi)表面干燥無水

3)在槽內(nèi)開挖面涂刷聚合物水泥凈漿，用拌好的聚合物水泥砂漿做出新的品種來，槽的斷面尺寸要＜BW—90膠條的斷面尺寸。

4)將槽內(nèi)兩側(cè)涂界面劑，隨后抹聚合物砂漿，再將BW—90膠條嵌入梯形槽內(nèi)，使BW—90止水膠條與聚合物水泥砂漿緊密結(jié)合，在BW—90止水膠條表面上抹聚合物水泥砂漿封閉。即待表面聚合物水泥砂漿初凝后，沿BW—90膠條頂部的聚合物水泥砂漿中心位置切一條預(yù)留縫。

3.2 處理方案的試驗結(jié)果及分析

暗渠通水運(yùn)行期結(jié)束后停水檢查，對用聚合物砂漿修補(bǔ)的部位進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn):修補(bǔ)面光滑，新老混凝土黏結(jié)平整，沒有脫落現(xiàn)象。

結(jié)果表明聚合物砂漿對修補(bǔ)暗渠蜂窩麻面施工效果明顯，在工期緊的情況下施工能夠達(dá)到一定的強(qiáng)度和硬度。使用BW—90材料處理的個別裂縫發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，鑿開后，發(fā)現(xiàn)有的漏水部位裂縫是沿著BW—90材料一側(cè)拉開漏水，有的漏水部位裂縫是沿著新老混凝土面漏水。分析其原因:①施工未嚴(yán)格按照施工工藝執(zhí)行、槽的尺寸等于BW—90止水條的尺寸，槽內(nèi)兩端未涂界面劑和聚合物砂漿導(dǎo)致BW—90止水條與槽之間結(jié)合不緊密;②為了堵漏，將槽的底部和兩側(cè)都抹上堵漏材料，而堵漏材料與老混凝土之間的黏接強(qiáng)度較低，導(dǎo)致兩側(cè)的堵漏材料與老混凝土之間出現(xiàn)了薄弱環(huán)節(jié);③BW—90止水條表面聚合物砂漿太厚，強(qiáng)度高。由于這3種原因，當(dāng)伸縮縫張開時，在處理部位的伸縮縫首先是沿著強(qiáng)度薄弱部位拉開，而不是沿著BW—90止水條中部開裂，導(dǎo)致漏水。

圖1 伸縮縫的施工方案

在分析上述原因的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了技術(shù)人員現(xiàn)場質(zhì)量控制，施工人員嚴(yán)格按施工工藝操作，并且改進(jìn)了施工工藝，將BW—90止水材料處理的伸縮縫增加一道工藝，即沿封蓋膠條的表層聚合物砂漿中部人為的切出一條預(yù)留縫，當(dāng)伸縮縫張開時，可以保證表層聚合物砂漿不受力，只能沿著BW—90止水條伸縮變形，從而可以發(fā)揮BW—90止水條止水的作用，修改后的施工工藝，為下一步處理類似的伸縮縫提供了寶貴的經(jīng)驗。

水工混凝土缺陷處理的關(guān)鍵是要有合適的施工方案、優(yōu)質(zhì)的施工材料和嚴(yán)格的施工工藝，三者缺一不可，頭屯河工業(yè)供水暗渠缺陷處理通過約1 a的通水運(yùn)行和停水后檢查，發(fā)現(xiàn)這次對渠道混凝土蜂窩麻面及伸縮縫滲漏的處理是成功的，關(guān)鍵是施工工藝及施工質(zhì)量。這次供水暗渠試驗工作為今后頭屯河流域類似工程提供了寶貴經(jīng)驗。

4 結(jié)語

頭屯河水庫工業(yè)供水暗渠承擔(dān)著重要的供水任務(wù)，供水暗渠建成后運(yùn)行多年，沒有進(jìn)行過徹底維修。每年用于渠道維修的時間緊，只能進(jìn)行簡單的維修處理，致使供水渠道每年都出現(xiàn)不同程度的險情，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行管理，加強(qiáng)檢查巡視力度，對出現(xiàn)的險情事故力爭做到早發(fā)現(xiàn)早處理。

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