大口徑排水箱涵常見損傷及修復(fù)技術(shù)淺談

徐春蕾

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

0 引言

上海市大口徑排水箱涵的使用年限普遍已達(dá)15～30 a，已進(jìn)入或接近設(shè)計(jì)年限中期。在多種因素綜合作用下，箱涵內(nèi)部逐步出現(xiàn)了頂板混凝土腐蝕剝落，鋼筋銹斷、脫落等嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性缺陷，承載力大大削弱，嚴(yán)重處甚至多處出現(xiàn)頂板受腐蝕后不堪重負(fù)、坍塌，污水外冒的情況。此外，箱涵附近的施工活動(dòng)、上部超載等外部因素也嚴(yán)重影響大口徑排水箱涵的運(yùn)營(yíng)安全。

以建設(shè)在上世紀(jì)七十年代的南干線為例，經(jīng)若干箱涵斷面的抽檢，發(fā)現(xiàn)了箱涵頂板普遍存在不同程度的腐蝕，部分區(qū)域頂板下層鋼筋出現(xiàn)了銹斷、脫落的現(xiàn)象，承載力嚴(yán)重削弱，安全隱患問題突出，迫切需要進(jìn)行修復(fù)[1]。

除了頂板腐蝕外，大口徑排水箱涵常見的損壞類型有：構(gòu)件表面裂縫、頂板局部破損、變形縫處滲漏等。其修復(fù)應(yīng)根據(jù)各種不同的損傷類型、受損程度及區(qū)域大小等因素，制定相對(duì)應(yīng)的修復(fù)方案，并經(jīng)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)等各方的充分地研究、論證后，方可進(jìn)入實(shí)際修復(fù)施工。

1 損傷類型劃分

大口徑排水箱涵的結(jié)構(gòu)性損壞，可按損傷類型劃分為箱涵表面裂縫、頂板局部破損、鋼筋混凝土腐蝕及變形縫滲漏四類。對(duì)于老舊排水箱涵最為常見的鋼筋混凝土腐蝕，又可按受損部位及腐蝕程度劃分為：頂板保護(hù)層腐蝕、頂板鋼筋腐蝕及側(cè)壁鋼筋腐蝕等。排水箱涵變形縫的滲漏可按受損原因分為變形縫錯(cuò)位及止水帶破損。

1.1 箱涵表面裂縫

排水箱涵表面裂縫主要指由于外部因素，如箱涵頂部的施工、堆載等，造成箱涵表面（主要為頂板）的裂縫的一種損傷。其特征為箱涵構(gòu)件（主要為頂板）的承載能力完好。從設(shè)計(jì)角度來講，即構(gòu)件的受力狀態(tài)尚在承載能力極限狀態(tài)以內(nèi)，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度未減弱，僅局部范圍超出了正常使用極限狀態(tài)而發(fā)生了超過規(guī)范允許的裂縫。

1.2 頂板局部破損

大口徑排水箱涵頂板局部破損主要指由于外部因素，如箱涵頂部的施工或箱涵本身施工缺陷，造成箱涵結(jié)構(gòu)（主要為頂板）局部破損而發(fā)生雨污水外溢的一種損傷。其特征為箱涵的整體結(jié)構(gòu)性能完好，僅小范圍的局部結(jié)構(gòu)破壞，因此僅需局部的結(jié)構(gòu)修復(fù)即可。

1.3 頂板（側(cè)壁）保護(hù)層腐蝕

對(duì)于建成年代較近、透氣井運(yùn)作良好或壓力輸水箱涵，一般來說混凝土腐蝕較輕，僅發(fā)生保護(hù)層部分的腐蝕，粗骨料外露，其內(nèi)部鋼筋完好。

對(duì)于此類腐蝕較輕的情況，根據(jù)具體的腐蝕深度，在混凝土表面進(jìn)行基面處理后，采用防腐砂漿噴涂抹面或涂刷防腐涂料即可。

1.4 頂板（側(cè)壁）鋼筋銹蝕

對(duì)于建成年代較遠(yuǎn)、透氣井運(yùn)作不良且為非滿管流的箱涵，頂板及側(cè)壁水位線以上部位腐蝕較為嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)混凝土保護(hù)層腐蝕殆盡、下層鋼筋銹斷的情況。此時(shí)，從設(shè)計(jì)角度講，箱涵已無法承擔(dān)跨中部分彎矩，該部分結(jié)構(gòu)承載力喪失。而實(shí)際上，箱涵并未出現(xiàn)大范圍的破壞、垮塌等情況，一方面箱涵結(jié)構(gòu)以外的土拱效應(yīng)或道路的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層很好的承擔(dān)或分散了部分荷載。另一方面，箱涵頂板跨中部分形成了塑性鉸，原封閉框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為懸臂結(jié)構(gòu)，箱涵頂板上層鋼筋受力大幅增加，且箱涵側(cè)壁的內(nèi)力也大幅增加，使箱涵處于及其危險(xiǎn)的狀態(tài)。

對(duì)于此類腐蝕較嚴(yán)重的情況，必須對(duì)箱涵頂板進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，使其恢復(fù)原設(shè)計(jì)工況下的受力狀態(tài)，保證箱涵整體受力的穩(wěn)定性。

1.5 變形縫滲漏

大口徑排水箱涵在實(shí)際運(yùn)行過程中，經(jīng)常發(fā)生變形縫處污水溢出的情況。分析其原因，主要由以下因素造成：

（1）變形縫橡膠止水帶自身的老化、斷裂；

（2）由于箱涵頂部的超載（尤其是箱涵縱向變形縫兩側(cè)的不均勻堆土），造成變形縫處頂?shù)装遄冃慰p拉開、拉裂；

（3）由于變形縫橡膠止水帶自身的老化、斷裂引起的局部滲漏，造成基底土的軟化、擾動(dòng)，從而進(jìn)一步加大變形縫處的變形，加劇止水帶的損壞。根據(jù)以上不同的變形縫滲漏原因及程度，可將變形縫的滲漏分為：止水帶破損及變形縫錯(cuò)位兩大類。對(duì)于僅發(fā)生止水帶破損的情況，一般僅需對(duì)破損部分，或整條止水帶進(jìn)行修補(bǔ)即可，無需對(duì)箱涵結(jié)構(gòu)及地基進(jìn)行加固等的措施。而對(duì)于變形縫錯(cuò)位引起的滲漏，不但要進(jìn)行止水帶的修補(bǔ)，還需對(duì)箱涵變形縫處的接頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)地基的情況，進(jìn)一步論證受否需要進(jìn)行地基土的加固。

2 修復(fù)技術(shù)簡(jiǎn)介

針對(duì)排水箱涵不同類型的結(jié)構(gòu)性損傷，其修復(fù)技術(shù)可分為結(jié)構(gòu)性修復(fù)、變形縫修復(fù)及外部輔助性措施三大類。

2.1 結(jié)構(gòu)性修復(fù)技術(shù)

結(jié)構(gòu)性修復(fù)是指為修復(fù)箱涵某部位具體的損傷，使其恢復(fù)原有功能而對(duì)其結(jié)構(gòu)本體進(jìn)行的加固或修復(fù)，如混凝土表面的防腐砂漿噴涂、鋼筋混凝土加蓋及內(nèi)襯加固技術(shù)。

鋼筋混凝土加蓋修復(fù)技術(shù)主要應(yīng)用于排水箱涵頂板腐蝕、破損及嚴(yán)重滲漏時(shí)的局部結(jié)構(gòu)性修復(fù)。一般以排水箱涵原頂板做為新頂蓋的底模板，待新澆鋼筋混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后作為排水箱涵結(jié)構(gòu)的一部分[2]。該修復(fù)技術(shù)通過新澆筑鋼筋混凝土頂板及部分側(cè)壁的方式，與原箱涵側(cè)壁相連接，形成新的箱涵受力結(jié)構(gòu)體系，對(duì)局部腐蝕、破損或滲漏的原箱涵頂板進(jìn)行不停水修復(fù)。

內(nèi)襯加固技術(shù)主要適用于箱涵有停水內(nèi)修條件時(shí)采取的內(nèi)部結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的方式（見圖1）。通過對(duì)箱涵內(nèi)襯結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的老舊箱涵結(jié)構(gòu)提高承載力具有較好的作用。內(nèi)襯加固技術(shù)根據(jù)加固范圍可分為整體內(nèi)襯墻加固及局部構(gòu)件內(nèi)襯加固。根據(jù)加固方式可分為噴射混凝土、壓注混凝土。

圖1 箱涵內(nèi)襯加固示意圖

2.2 變形縫修復(fù)技術(shù)

變形縫修復(fù)主要針對(duì)變形縫錯(cuò)位及止水帶破損等情況造成變形縫滲漏水，根據(jù)修復(fù)方式可分為整體內(nèi)貼式止水帶及局部外貼式止水帶兩大類。

變形縫處止水帶的修復(fù)，一般無法對(duì)原中置式（預(yù)埋式）止水帶進(jìn)行修補(bǔ)，而需要在箱涵內(nèi)側(cè)或外側(cè)增設(shè)外貼式止水帶。在施工條件允許時(shí)，即排水箱涵有臨時(shí)停水、放空的條件時(shí)，宜在箱涵內(nèi)部采用整體外貼式止水帶的修補(bǔ)，其止水效果較好[3]。

然而，在目前污水量大、大口徑排水箱涵間互通性較差的情況下，很難有臨時(shí)停水的條件。這時(shí)，需根據(jù)變形縫損壞的具體情況，分析外部局部修復(fù)的可行性。

外部局部修復(fù)是在排水箱涵無法停水或無法進(jìn)入箱涵的情況下，在箱涵外側(cè)進(jìn)行的變形縫修復(fù)。鑒于箱涵底板埋深較深、防止底板下地基土的掏挖對(duì)箱涵穩(wěn)定的影響，底板部分變形縫一般無法進(jìn)行外側(cè)修復(fù)，其止水的可靠性較內(nèi)側(cè)整體式修復(fù)較差。因此，如條件允許，應(yīng)盡量采取內(nèi)部整體修復(fù)的方式，而外部局部修復(fù)需要經(jīng)充分的論證后方可實(shí)施。

2.3 外部輔助性措施

外部輔助性措施是指為改善排水箱涵內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)及外部受力工況等采取的非直接結(jié)構(gòu)性加固措施。

對(duì)于改善箱涵運(yùn)行狀態(tài)的措施，主要為透氣井的清理及適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)。根據(jù)部分箱涵透氣井的排摸，發(fā)現(xiàn)透氣井內(nèi)垃圾板結(jié)堵塞的情況較為多見。由于透氣井無法發(fā)揮應(yīng)有的功效，使得箱涵內(nèi)部有害氣體不斷積累并長(zhǎng)期作用在箱涵上，最終使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕。

改善箱涵結(jié)構(gòu)的外部受力工況，指當(dāng)箱涵結(jié)構(gòu)由于自身結(jié)構(gòu)變化或外部環(huán)境改變不能滿足荷載要求時(shí)，可以通過EPS輕質(zhì)材料換填、設(shè)置卸荷板或護(hù)管橋的方式，使原有結(jié)構(gòu)能夠維持或減輕外部荷載，使箱涵安全運(yùn)行。

外部輔助性措施一般結(jié)合內(nèi)部結(jié)構(gòu)性修復(fù)一起實(shí)施，使得受損排水箱涵的修復(fù)更為可靠。

3 修復(fù)方式確定

根據(jù)不同的損傷類型、損傷程度，并結(jié)合排水箱涵的修復(fù)施工條件（主要指停水內(nèi)修條件），確定可采用的修復(fù)方式。在必要時(shí)，加以輔助性措施，確保排水箱涵的安全運(yùn)行。各類損傷類型對(duì)應(yīng)的修復(fù)方式，詳見表1。

表1 排水箱涵修復(fù)技術(shù)選擇表

4 結(jié)語

上海市大口徑排水箱涵的使用年限較為久遠(yuǎn)，在多種因素綜合作用下，箱涵內(nèi)部逐步出現(xiàn)了頂板混凝土腐蝕剝落，鋼筋銹斷、脫落等嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性缺陷，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行必要的排摸及采取合適的方式進(jìn)行修復(fù)及加固。

大口徑排水箱涵的局部結(jié)構(gòu)性損壞，可按損傷類型劃分為箱涵表面裂縫、頂板局部破損、鋼筋混凝土腐蝕及變形縫滲漏四類。對(duì)于老舊排水箱涵最為常見的鋼筋混凝土腐蝕，又可按受損部位及腐蝕程度劃分為：頂板（側(cè)壁）保護(hù)層腐蝕、頂板（側(cè)壁）鋼筋銹蝕等。變形縫的滲漏可按受損原因分為變形縫錯(cuò)位及止水帶破損。

根據(jù)大口徑排水箱涵不同的結(jié)構(gòu)性損傷，修復(fù)技術(shù)可分別內(nèi)部結(jié)構(gòu)性修復(fù)、變形縫修復(fù)及外部輔助性措施。