大型鋼筋混凝土輸水渠道應急搶修施工

周 駿

（上海城投原水有限公司，上海市 200125）

1 黃浦江上游輸水渠道概況

黃浦江上游引水系統(tǒng)輸水規(guī)模為500萬m3/d，取水口位于黃浦江上游松浦大橋附近的大橋泵站，總長度74.12 km，其中鋼筋混凝土渠道長41.84 km，分兩期建設，一期渠道浦東段于1987年7月建成通水，其主干渠道由一組三孔連通的鋼筋混凝土渠道組成，每孔斷面尺寸為2.8 m×2.5 m（ⅠA）或 3.0 m×2.5 m（ⅡA），見圖 1所示；二期渠道浦西段于1997年12月竣工通水，其主干渠道由兩組各兩孔的鋼筋混凝土渠道組成，每孔斷面尺寸3.75 m×3.25 m或3.6 m×3.25 m。

圖1 黃浦江一期ⅠA（ⅡA）型渠道結構剖面圖（單位：mm）

一期渠道從建成使用至2010年，期間只歷經(jīng)過兩次局部的停役檢修。1988年，一期渠道全線停役檢查，結果顯示渠道結構本體及沉降縫狀況良好；1993年，為配合浦東白蓮涇河道改道，一期渠道局部停役放空檢查，在靠近白蓮涇附近200 m的范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)多處沉降縫漏水、部分箱涵傾側，后經(jīng)加固檢修投入運行。

2010年12月開始,為配合青草沙水源地工程建設，對黃浦江上游一期和部分二期渠道分階段停役放空檢修，對渠道的沉降縫和本體結構均進行了徹底修復。

2 輸水渠道應急搶修背景

2.1 黃浦江上游輸水渠道檢修工程

青草沙水源地原水工程由青草沙水庫及取輸水泵閘工程、長江原水過江管工程、陸域輸水管線及增壓泵站工程三大主體工程組成，分為九個子項目實施。黃浦江上游引水系統(tǒng)改造工程作為子項之一，包括了嚴橋泵站和臨江泵站改造、黃浦江上游輸水渠道檢修等工程內(nèi)容。黃浦江上游引水系統(tǒng)在改造完成之后，將分階段切換成為青草沙原水供應系統(tǒng)的重要組成部分。

從2010年12月至2011年6月，黃浦江上游一期和二期鋼筋混凝土輸水主渠道分四個階段停役檢修，總長度約為25.24 km。

檢修工序為：（1）停役抽水；（2）渠道內(nèi)壁及沉降縫檢查、編號；（3）內(nèi)壁清掃；（4）內(nèi)壁滲漏點及滲漏縫修復；（5）沉降縫地基加固；（6）沉降縫修復；（7）渠道清理；（8）檢修井關閉；（9）復役沖洗、通水。重點是渠道沉降縫的加固修復，以及渠道本體內(nèi)壁的修復。

2.2 渠道錯位沉降情況

2011年2月，在對一期渠道（臨江泵站-嚴橋泵站段）進行內(nèi)部檢修時，發(fā)現(xiàn)位于浦東某水產(chǎn)市場內(nèi)的8節(jié)三孔渠道（3.0 m×2.5 m×3孔）沉降嚴重，總長度約200 m，經(jīng)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)有大量土方堆積在渠道上方及其保護范圍內(nèi)，長108 m，寬58 m，高14～16 m，與渠道沉降程度和位置基本吻合，違規(guī)堆土見圖2所示。

圖2 渠道保護范圍內(nèi)的堆土實景

進入渠道內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)該段渠道兩端沉降縫的錯位沉降量最大，達到36 cm，已超過渠道頂板的壁厚（32 cm），一般的錯位沉降量也遠超5 cm，沉降縫附近還有明顯滲漏點，渠道絕對沉降量最大達到91 cm，沉降縫錯位情況見圖3所示。

圖3 錯位沉降量最大處（上）和一般處（下）實景

渠道內(nèi)部的混凝土表面也有多處明顯的橫向或縱向的斜長裂縫，以及一些細小裂縫，主要位于渠道的頂部，少量位于底部，裂縫附近一般都存在明顯的滲漏點。

2.3 原水引水管渠保護依據(jù)

原水引水管渠是上海的生命線工程，1995年1月17日發(fā)布的《上海市原水引水管渠保護辦法》是目前原水管渠保護和處理違章的主要依據(jù)。

2.3.1 保護范圍和控制范圍的劃定

《上海市原水引水管渠保護辦法》第四條規(guī)定：引水管渠保護范圍為鋼筋混凝土渠道及其外緣兩側各10 m內(nèi)的區(qū)域，鋼管及其外緣兩側各8 m內(nèi)的區(qū)域；引水管渠控制范圍為保護范圍兩側各40 m內(nèi)的區(qū)域。

2.3.2 禁止行為的規(guī)定

《上海市原水引水管渠保護辦法》第七條規(guī)定：在引水管渠保護范圍內(nèi)，嚴禁下列危及管渠或輸水安全和原水水質(zhì)的行為：建造建筑物、構筑物，以及堆放砂石、磚瓦、金屬、木材等物品、打樁、鑿井等等。

2.3.3 安全等級的規(guī)定

1997年3月11日頒布的《上海市原水引水管渠保護技術標準》中第七條規(guī)定：原水引水管渠定為一級安全等級。

3 輸水渠道應急搶修施工方案

3.1 總體方案制定

在時間比較充裕的情況下，對這段嚴重沉降的渠道，采取重新建造的方案無疑是最佳選擇，風險較小，然而，一期渠道（臨江泵站-嚴橋泵站段）停役時間為2011年2月1日至3月31日。由于受到渠道停役時間的較大限制，如果能夠采取必要的技術措施對受損渠道的本體結構和沉降縫進行加固修復，確保按時復役通水，無疑是目前條件下比較理想的技術方案?；谝陨系姆治?，采取了如下的搶修方案：

第一、責成責任單位清除渠道上方及其保護范圍內(nèi)的大量土方，減輕荷載，防止渠道的進一步沉降。2011年3月3日至3月5日，在移除了渠道上方及保護范圍內(nèi)的違章堆土之后，渠道本體向上抬升了20 mm～100 mm。

第二、由第三方檢測單位對渠道進行混凝土結構檢測，情況如下：

（1）強度檢測：根據(jù)渠道內(nèi)部結構的鋼筋分布情況，選擇裂縫較多、靠近裂縫附近兩側的位置，分別鉆取一組作為芯樣強度試件，檢測結果顯示：第1組混凝土強度推定值為39.0 MPa，第2組混凝土強度推定值為41.9 MPa，遠超當年設計要求的25.0 MPa。

（2）裂縫檢測：通過對渠道混凝土裂縫的分布形式及走向的調(diào)查和檢測，內(nèi)部裂縫寬度為0.2～0.6 mm，外部裂縫寬度為0.1～0.2 mm，經(jīng)過超聲波檢測，在19#-16～19#-17一段渠道頂板的兩條混凝土裂縫有斷續(xù)貫穿的現(xiàn)象。

第三、根據(jù)檢測結果和渠道內(nèi)部的實際情況分析判斷，沉降段渠道的主體結構基本完好，處于安全可控狀態(tài)，可以進行加固和修復。具體技術措施如下：

（1）采用壓密注漿對渠道地基加固；

（2）滲漏點和裂縫采用水溶性聚氨酯注漿加聚合物水泥防水涂料進行修復；

（3）錯位較嚴重的沉降縫進行找平和加固修復；

（4）渠道頂部的裂縫從外部大開挖并澆筑鋼筋混凝土加固，增強渠道運行后的安全性。

3.2 應急加固和修復措施的實施

3.2.1 地基加固

在渠道上方的堆土卸載完成之后，對錯位沉降嚴重的7條沉降縫均采取壓密注漿地基加固。

對沉降縫的壓密注漿，先從渠道內(nèi)部底板處鉆孔，設置注漿孔，在每條沉降縫兩側各布置5排注漿孔，共計10排，注漿孔每排的橫向間距為0.8 m或1.6 m，縱向間距為1 m，共計90孔。如果渠道底部有裂縫，在每條裂縫兩側各布置1排注漿孔，共計2排，注漿孔每排的橫向間距為1.6 m，縱向間距為1 m，共計18孔。其平面布置如圖4所示。

圖4 沉降縫壓密注漿平面布置圖（單位：mm）

壓密注漿采用水泥漿、水玻璃漿雙液注漿。根據(jù)現(xiàn)場試驗，漿液配比為水∶水泥∶水玻璃=1∶0.28∶0.033，水泥采用普通硅酸鹽42.5，注漿壓力不大于0.2 MPa，注漿深度加深至4.5 m～5.0 m，經(jīng)過底部壓密注漿之后，沉降段渠道整體向上有所抬升，底部出現(xiàn)一定的空隙。為了確保渠道穩(wěn)定，繼續(xù)采用水泥漿進行填充，注漿采用水泥漿、水玻璃漿雙液注漿，漿液配比為水∶水泥∶水玻璃=1∶2∶0.04；注漿壓力不大于0.3 MPa。注漿結束后，采用聚合物水泥防水涂料嵌平后雙快水泥封堵和修補注漿孔，并涂刷水泥基滲透結晶型防水材料。

在地基加固完成之后，渠道本體向上抬升了33 mm～156 mm。

3.2.2 內(nèi)壁滲漏點和裂縫修復

3.2.2.1 較小滲漏點和裂縫修復

裂縫寬度小于0.3 mm，采用聚合物水泥涂料進行表面封閉，涂料厚度控制在1.2～2.0 mm。

3.2.2.2 較大滲漏點和裂縫修復

裂縫寬度大于或等于0.3 mm，無論是否有滲水的現(xiàn)象，采用水溶性聚氨酯和水泥基滲透結晶型防水涂料進行修復，施工流程如下：

第一步：在裂縫處用砂輪片切割或人工開槽，槽口寬度控制在5～7 cm；

第二步：槽內(nèi)埋入導漿麻絲并用雙快水泥進行封堵，在封堵時，每間隔30 cm左右埋入注漿壓力管；

第三步：用壓漿機在0.2～0.3 MPa壓力，分次用水溶性聚氨酯壓漿，直到相臨的注漿管冒液為止；

第四步：用雙快水泥封堵注漿口，固化后封孔；

第五步：用聚合物水泥防水涂料均勻涂刷，厚度1.2～2.0 mm；

第六步：采用水泥基滲透結晶型防水材料與水進行一定比例的調(diào)和后，用硬毛刷以圓周方式涂刷在滲漏點和滲漏縫表面，至少覆蓋修復部位外側20 cm，3 h后，再次涂刷一遍，然后濕養(yǎng)護48 h。

3.2.3 錯位較大沉降縫的找平和加固修復

錯位沉降量超過120 mm的沉降縫，要進行找平施工。先植入HRB335φ12的鋼筋，植筋深度一般為16～18 cm左右，確保新植入鋼筋與老鋼筋之間有可靠的連接，支模后用C30細石混凝土澆筑找平，混凝土澆筑前應對渠道表面進行鑿毛清洗，并涂界面劑，參見圖5所示。

圖5 沉降縫找平示意圖（單位：mm）

在新澆混凝土養(yǎng)護并達到設計強度之后，再按照沉降縫柔性修復方法進行施工，工藝如下：

第一步：清除原沉降縫內(nèi)的雜物和填縫材料，并將縫清洗干凈，不傷及原橡膠止水帶。

第二步：沉降縫（無論是否滲漏）用雙快水泥進行封堵，并埋入注漿壓力管。

第三步：注入水溶性聚氨酯止水劑壓漿，壓力控制在0.3 MPa～0.5 MPa之間，直到相鄰的注漿管冒漿，再用雙快水泥封堵注漿口、膠頭。

第四步：采用填縫材料嵌縫，并用雙組份聚硫密封膠封口。

第五步：以沉降縫為中心，兩邊各200 mm的范圍內(nèi)涂抹界面劑，并根據(jù)溫度養(yǎng)護6～12 h。

第六步：養(yǎng)護好底層涂料后，采用聚合物防水涂料二度，厚1.0～1.2 mm。

第七步：安裝"Ω"橡膠止水帶（渠道每單孔必須全封閉），止水帶下層鋪涂聚硫密封膠，上面用60×8不銹鋼壓板壓緊，每隔200 mm距離固定一個M10×80不銹鋼膨脹螺栓，橡膠止水帶兩邊用防水嵌縫材嵌平，安裝完畢后，用防水防腐涂料對壓鐵板和螺栓刷二度，參見圖6所示。

圖6 沉降縫修復柔性方法示意圖（單位：mm）

3.2.4 渠道頂板外加固方案

根據(jù)檢測報告，對存在斷續(xù)貫穿裂縫的19#-16～19#-17渠道頂板區(qū)域采取了外部澆筑鋼筋混凝土保護層的技術措施，以增強渠道運行的安全性。

在渠道頂部的地面開挖前，首先在渠道外側設置鋼板樁進行圍護。然后，用清水沖洗渠道的頂部并鑿毛，植入HRB335φ10的鋼筋，植筋用的粘膠劑應采用A級膠，植筋深度不小于15d,一般控制在16～18 cm左右，新植入鋼筋與新澆筑混凝土層鋼筋之間應有可靠連接，連接長度不小于500 mm，頂板上的鋼筋網(wǎng)采用HRB335φ12。最后，澆筑厚100 mm的C30細石混凝土，抗?jié)B等級S6,保護層厚度20 mm，寬度與渠道相同，并用麻袋覆蓋，定時澆水養(yǎng)護，剖面圖參見圖7所示。

圖7 渠道頂板外加固剖面圖（單位：mm）

3.3 應急搶修措施的效果

沉降段渠道在采取了多種應急加固和修復措施后，在近一個多月的時間內(nèi)，累計抬升53 mm～256 mm，錯位較大的沉降縫以及內(nèi)壁滲漏點、裂縫得到了修復，渠道安全運行能力有所提高且基本趨于穩(wěn)定，在切換成青草沙原水通水運行之后，未發(fā)現(xiàn)有滲漏現(xiàn)象和其他異?，F(xiàn)象，至今已安全運行逾2 a，修復后的效果參見圖8所示。

圖8 錯位最大的沉降縫找平（上）和渠道頂板外加固（下）實景

4 結語

黃浦江上游一期鋼筋混凝土輸水渠道已投產(chǎn)運行了二十多年，渠道的本體結構較為完好且狀態(tài)穩(wěn)定，但常因周邊環(huán)境和沿線地面荷載的改變，導致較大錯位沉降時有發(fā)生，運行狀況也日趨惡化。因此，進行全面的檢查和加固修復是十分必要的。這也是延長輸水渠道的使用壽命、優(yōu)化其運行狀況的必要措施。

2011年2月，在浦東某水產(chǎn)市場內(nèi)發(fā)現(xiàn)一段200 m長的輸水渠道沉降縫嚴重錯位，給原水的安全運行帶來了嚴重影響，隨后通過違規(guī)堆土卸載、混凝土結構檢測、底部壓密注漿加固、錯位較大沉降縫找平和修復、內(nèi)壁滲漏點和裂縫修復，以及渠道外部加固等一系列應急搶修措施，確保了渠道能夠按時通水運行，滿足了其切換成青草沙原水系統(tǒng)的運行要求，取得了較好的社會和經(jīng)濟效益，為今后原水輸水渠道應急搶修提供了可以借鑒的經(jīng)驗。

原水渠道是上海的生命線，一方面要加強日常巡檢，對渠道上的違章行為必須按照有關法規(guī)予以制止和處置，另一方面要加強對渠道沿線單位和個人的宣傳，提高保護原水渠道安全的意識，只有這樣才能減少違規(guī)堆載對渠道的不利影響，從根本上確保渠道的安全運行。

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