大型倒虹吸工程的病害及維修分析

吉全之

（山東省膠東調(diào)水工程寒亭管理站 山東 濰坊 261100）

1 工程概況

引黃濟青工程是中國山東省境內(nèi)一項將黃河水引向青島的水利工程（跨流域、遠距離的大型調(diào)水工程）。工程全長290km，1989年11月25日正式通水，工程運行25年來，累計從黃河引水31億m3。崔家河倒虹位于樁號108+972～109+170處，有崔家河與之交叉而過，渠道底板比崔家河河底高14cm，考慮到防洪要求，將該段渠道設(shè)計成現(xiàn)澆倒虹吸管，設(shè)計流量35m3/s，倒虹進口段長度36 m，出口段長27 m，洞身段長147 m，管身橫斷面為一聯(lián)兩孔箱型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單孔尺寸為寬度3.8 m、高度3.5 m，洞身共分13節(jié)，水平段7節(jié)，每節(jié)長15.68 m。上游底高程2.74 m，下游底高程2.47 m。本地區(qū)地下水屬第四系松散巖層孔隙水，粉沙為主要含水層，主要為大氣降水補給，地下水位標高3.00 m左右，水位隨季節(jié)變化，據(jù)水質(zhì)分析，總硬度為89.73，為極硬水，pH值等于7.5，具弱堿性，沒有侵蝕性二氧化碳，根據(jù)地下水侵蝕性判別標準，認為該區(qū)地下水對混凝土無侵蝕性，但由于地下水含鹽量較高，對金屬有一定的侵蝕性。粉沙層因各項物理力學(xué)指標較好，且貫入擊數(shù)較高，將其作為地基主要持力層。

2 工程現(xiàn)狀及病害情況

引黃濟青工程共有輸水河倒虹34座，穿輸水河倒虹51座，經(jīng)2011年調(diào)查統(tǒng)計，處于病態(tài)運行的占總數(shù)的六分之一，其中崔家河倒虹建于1988年，2009年發(fā)現(xiàn)三處漏水點，漏水明顯，三年后發(fā)展到14處，漏水流量約0.33m3/s。且漏水點有逐漸擴大、增多的趨勢，威脅工程安全。因此，對其形成原因進行分析和總結(jié)，采取有效措施進行處理，延長工程使用壽命是十分必要的。2012年4月對雙孔抽干后進行了詳細檢查，發(fā)現(xiàn)主要有以下病害。

2.1 管節(jié)間伸縮縫止水帶破裂

伸縮縫止水由E3型中埋式橡膠止水帶和C3型內(nèi)貼式橡膠止水帶構(gòu)成，空隙填充瀝青麻絲。內(nèi)止水帶破裂部位主要發(fā)生在拐角處，有滲水流出，止水帶端頭粘接已經(jīng)斷開。壓接鋼板已經(jīng)腐爛松動，失去頂壓作用。

2.2 洞身混凝土有破損滲漏孔洞

破損點大小共有9處，主要集中在8號管頂板。其中四處漏水，空洞直徑在0.4mm～2.7mm。

2.3 發(fā)現(xiàn)右洞7、9號管中部有裂縫

裂縫發(fā)生在邊墻、中墻，都是在管的中部。裂縫特征：起點均從一、二期混凝土施工縫開始，以垂直向上延伸，開裂高度1.20 m～2.11 m，寬度0.06mm～0.24mm。裂縫產(chǎn)狀：傾角與水平面呈80°～90°，走向基本與水流方向垂直。開裂部位、走向與傾角呈現(xiàn)出規(guī)律性。

3 病害原因分析

3.1 伸縮縫漏水成因

經(jīng)查閱施工資料，在未安裝內(nèi)止水帶時，就發(fā)現(xiàn)多處滲水點，可見中止水帶可靠性不高，且有的部位失去止水作用。中止水帶個別部位失去止水作用主要是工程建設(shè)期間由于施工原因造成的，當時伸縮縫兩側(cè)混凝土澆注相隔25天以上，在鋼筋綁扎、模板支護等工序中涉及的材料較多，工作人員技術(shù)水平高低不一，使止水橡皮被扎穿或局部裂開；另外，止水帶定位不牢固、澆搗不規(guī)范會使止水帶發(fā)生位移或產(chǎn)生氣孔，使?jié)B水路徑縮短。在中止水問題未經(jīng)排除的情況下就開始安裝內(nèi)止水帶，安裝內(nèi)止水時未涂粘接劑或加襯墊，直接用鋼板壓接，有的部位還不平整，特別在邊角處還處于受力狀態(tài)，從此留下了安全隱患。經(jīng)多年運行后，拐角處止水帶因疲勞而提前破裂，鋼板也因銹蝕而逐漸失去壓接作用，漏水點便逐漸增多起來。因伸縮縫較長、漏水點較多，用化學(xué)灌漿難以達到質(zhì)量要求，決定采用塞填法，即先將滲漏點堵塞，再填充瀝青麻絲，刷防水涂料，最后更換內(nèi)貼止水板。

3.2 滲漏點的破壞原因

混凝土破損滲漏點集中發(fā)生在8號管頂板，對其進行分析后，確認是由于混凝土施工質(zhì)量差、不密實，抗?jié)B等級低造成的，在混凝土內(nèi)部形成了相互連通的空隙。滲漏水把混凝土中氫氧化鈣溶出帶走，在混凝土外部形成白色碳酸鈣結(jié)晶。這樣就破壞了水泥其他水化產(chǎn)物穩(wěn)定存在的平衡條件，從而引起水化產(chǎn)物的分解，導(dǎo)致混凝土的性能下降。當混凝土中總的氫氧化鈣含量被溶出25%時，混凝土抗壓強度要下降50%；而當溶出量超過33%時，混凝土將完全失去強度而松散破壞，滲漏孔會逐漸增大。由于漏水處混凝土強度有所下降，決定采用聚氨酯灌注漿堵漏修補，這種材料聚合速度快，遇水后立即生成不溶于水的凝結(jié)體，凝膠具有較高的抗壓強度，堵水效果顯著且具有補強作用。

3.3 裂縫的產(chǎn)生原因

采用超聲波和壓水試驗的方法對開裂深度進行檢測，判定全為半縫，非貫通縫。倒虹吸管身豎墻裂縫主要是由于一期管身段底板混凝土與二期邊墻頂板混凝土澆注間隔時間過長，在40至60天之間，造成已澆筑混凝土對后澆注混凝土約束應(yīng)力過大所致。另外，氣候條件變化較大、混凝土早期水化熱釋放過于集中和混凝土施工工藝等原因也會引起此類裂縫?？紤]到補縫材料必須具有良好的滲透性且與混凝土有良好的粘接性能，決定采用中化798－III高滲改性低粘度環(huán)氧樹脂灌漿、刮涂聚氨酯彈性體涂層作為面層的方案進行處理。

4 崔家河倒虹的維修措施

4.1 伸縮縫止水的維修

崔家河倒虹內(nèi)止水帶采用壓板式止水，有內(nèi)外兩層鋼板，外層鋼板焊接固定螺栓并澆注在混凝土中，通過螺母緊壓內(nèi)層鋼板來固定止水橡皮。橡膠止水帶是利用其高彈性能，在各種荷載下產(chǎn)生彈性形變且遇水后會發(fā)生體積膨脹，因此其能起到堅固密封作用，既能防止建筑物外部水進入建筑物內(nèi)部，又能防止建筑物內(nèi)部水滲到外界，同時止水帶還能起到減震緩沖作用。止水效果主要受緊固面平整度和緊固力大小的制約。

維修前先清理伸縮縫周圍500mm范圍內(nèi)混凝土表面，使其達到表面干凈、平整、光滑。然后將腐蝕的鋼板、破裂的止水帶以及縫內(nèi)其他雜物清除干凈。用快凝砂漿將滲漏孔堵塞。將銹蝕失效的螺栓進行更換，換上的螺栓一定要焊接在外層鋼板上，用水性環(huán)氧砂漿（混凝土）修補止水帶壓接基面，修補完自然養(yǎng)護3天后方可進行后續(xù)操作。用手錘將加工好的瀝青麻絲塞進伸縮縫內(nèi)，分層壓實嵌入，進行初步止水。在施工中要控制好瀝青麻絲的塞填深度，采用膨脹橡膠塞填瀝青麻絲未能塞滿的縫隙，最后使膨脹橡膠的表面與底層鋼板表面持平，并要保證縫隙內(nèi)必須塞填密實，對膨脹橡膠表面平整度進行檢測，均符合要求后涂刷PCS柔性防水涂料，然后進行橡膠板和不銹鋼板的安裝，所用板材長度應(yīng)與縫隙長度相同，且板材的鉆孔位置及間距應(yīng)與膨脹螺栓位置相符。橡膠板鉆孔采用皮帶沖打孔方法，在止水帶安裝過程中不能用力拉扯，止水帶與混凝土間涂以環(huán)氧膠粘劑相粘接，止水帶與夾板間填加石棉紙或軟金屬片襯墊以確保嚴密性。橡膠止水帶接頭用熱焊法對接，使止水帶搭接縫質(zhì)量安全可靠，從而為伸縮縫的防水提供更完善、更可靠的保證。為了防止鐵件再被腐蝕，最后在螺栓及鋼板表面涂刷不銹樹脂。

4.2 管身滲漏點的修補措施

在倒虹內(nèi)發(fā)現(xiàn)有多處滲漏點，漏水較明顯，查明漏水部位后，在該處鑿孔眼，并清洗干凈，用水玻璃拌制1：2水泥砂漿固定排水管及注漿管，并封閉管口周圍，使水流集中于排水管排出，注漿管埋入深度不小于5cm。當管周圍封閉砂漿具有足夠強度時開始注漿。注漿壓強為0.3 MPa加漏水壓強，注漿時間為3～5分鐘，最后做防水面層。

4.3 裂縫的維修措施

灌漿處理步驟：在縫口封閉前用鋼絲刷將裂縫兩側(cè)各5cm、兩端10cm范圍內(nèi)混凝土基面的附漿、薄弱表層清理干凈，用清水沖洗混凝土裂縫，用熱風(fēng)機吹干并吹凈粉塵和碎屑。對于微細裂縫不能保證騎縫準確，所以布孔采用斜向孔，鉆孔斜度45°～50°，孔位沿裂縫兩側(cè)各11cm布置，鉆孔長度25cm，孔徑14mm，灌漿嘴間距20cm～30cm（根據(jù)縫寬和裂縫類型布置），一條縫至少布3個灌漿嘴，灌漿嘴兼起排氣嘴和出漿嘴作用。將灌漿嘴采用斜縫型式粘貼在預(yù)定位置，對于裂縫較細的位置采用小間距，裂縫兩端必須粘貼灌漿嘴，采用環(huán)氧樹脂膠泥封縫，將拌和均勻的環(huán)氧樹脂膠泥沿裂縫涂抹成寬3cm，厚度為2mm～5mm厚的條帶。管嘴及縫口封閉后進行壓力檢查，壓力為0.5MPa左右，發(fā)現(xiàn)外漏立即予以修補至不漏為止，灌漿前應(yīng)將所有孔（嘴）上的閥門全部打開，用壓縮空氣將孔內(nèi)、縫內(nèi)的水分盡量吹擠干凈，并爭取達到處于干燥狀態(tài)，然后準備灌漿。根據(jù)裂縫情況選擇灌漿方法，對細微裂縫，需用較長時間凝結(jié)的漿液；對較寬裂縫，需用較短時間凝結(jié)的漿液。灌漿由下而上的順序進行。灌漿過程中，應(yīng)保持工作壓力為0.2MPa～0.4MPa，當灌到最后一個灌漿嘴時，應(yīng)適當加大壓力迸漿。迸漿期間應(yīng)觀察是否還在進漿，灌漿結(jié)束標準以不吸漿為原則，如果吸漿率小于0.01 L/min，應(yīng)穩(wěn)定維持一段時間，可作為結(jié)束標準，停止灌漿。要求進漿均勻，計量準確，記錄詳細無誤。灌漿完畢，待漿液凝固72h后，必須沿裂縫走向鑿除封縫用的結(jié)構(gòu)膠、灌漿嘴及殘留物，用角磨機打磨修補面并清理干凈，用專用膩子填補混凝土表面較大的孔洞，待孔洞填補好后，涂刷界面劑，待界面劑表干后，刮涂聚氨酯彈性體涂層（寬10cm、厚2mm）。涂刷完聚氨酯彈性體涂層后，24小時內(nèi)不能有水浸泡。施工結(jié)束三天后就可以達到正常使用的強度要求。后來按照規(guī)范對裂縫抽樣檢查，進行防滲壓水檢測，結(jié)果均達到質(zhì)量控制標準。

5 結(jié)語

該工程維修后已經(jīng)正常運行兩年，沒有再出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。伸縮縫止水是倒虹吸工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵部位，也是薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)引起高度重視。混凝土澆注過程不可忽視每一個環(huán)節(jié)，避免給工程留下隱患。

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