南疆灌區(qū)工程中渡槽防滲處理研究

（喀什大學(xué) 土木工程學(xué)院，新疆 喀什 844000）

0 引言

南疆地區(qū)地處天山以南，昆侖山系以北，屬干旱區(qū)，農(nóng)業(yè)以灌溉為主.渡槽作為灌溉的重要水工建筑物在穿越渠道、道路等工程中被廣泛應(yīng)用.南疆地區(qū)渡槽多采用鋼筋混凝土材料建造，由于受到設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行環(huán)境等因素的影響[1]，伸縮縫滲水問題日益凸顯，不僅浪費(fèi)水資源，而且一旦其功能失效，會對灌區(qū)經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重破壞.經(jīng)調(diào)查塔里木灌區(qū)的7 座典型病害渡槽，分縫處滲水主要原因是止水遭到破壞[2].針對渡槽工程的伸縮縫處理目前多采用嵌縫材料充填、縫面粘貼橡膠止水帶的處理方法，有的工程甚至僅采用粘貼橡膠止水的防滲處理方案[3].粘貼材料目前種類居多，例如RMO 柔性修補(bǔ)劑[4]、環(huán)氧基液[5]、噴涂型聚脲[6]等，但是受南疆紫外線強(qiáng)、晝夜溫差大等的影響，縫面橡膠止水帶經(jīng)陽光直射，會加快其老化速度；粘貼止水帶的處理方法止水效果安全度較低.因粘貼橡膠止水帶存在防滲質(zhì)量低、維修困難等弊端，影響防水效果；采用鋼板壓條式渡槽止水嵌縫處理的方法也比較常見，該方法對混凝土強(qiáng)度、鋼板錨固工藝要求較高，一旦鋼板與混凝土之間形成滲流通道，內(nèi)止水效果將會受到影響.由于選擇的7 座渡槽止水多采用埋入式，因此，這類渡槽的防滲處理較為困難.根據(jù)現(xiàn)場量測分縫處滲透破壞程度，比較技術(shù)方案的經(jīng)濟(jì)性及當(dāng)?shù)厥┕すに囁剑謩e選用鋼板壓條和聚氨酯灌縫處理兩種方式進(jìn)行渡槽防滲維修處理，并采用Super Decisions1.6.0 軟件，從工藝難易程度、造價、維護(hù)管理等幾方面評價兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn).

1 渡槽工程概況

塔里木灌區(qū)位于阿克蘇河的最下游，呈帶狀分布于塔里木河上游兩岸.灌區(qū)某干渠總長45.342 km，控制灌溉面積44.48 萬畝，設(shè)計(jì)流量為32.2 m3/s，加大流量為38.7 m3/s，地震基本烈度為Ⅵ度.從渠線所經(jīng)路線可以看出，該線路砂土、輕壤及砂壤土結(jié)構(gòu)差、透水性能較好、抗沖刷能力較差.由于該干渠沿線無連續(xù)良好的隔水層，地下水位受干渠滲漏影響較明顯，基本靠渠水滲漏補(bǔ)給地下水.干渠線路所經(jīng)地區(qū)地下水位埋深為2.0 m 左右，距設(shè)計(jì)渠底為0.3～0.8 m 之間，土層含水量15%～28%，粘性土的塑限在15%～22%之間.

由于干渠沿線共有渡槽7 座，渡槽槽身采用矩形梁式渡槽，下部為鋼筋混凝土帽梁、井柱樁.渡槽上、下游連接段均采用C20 混凝土，渡槽槽身、蓋梁、井柱樁、橋板采用C25 鋼筋混凝土，下部采用C20 二級配混凝土（抗硫水泥）.7 座渡槽中，樁號為4+943、7+010、11+838、28+062 的渡槽采用雙層止水，內(nèi)止水采用P651 型止水橡皮，外止水采用平板橡板（規(guī)格250 mm×15 mm）通過鋼板壓條和螺栓進(jìn)行錨固，伸縮縫用瀝青鋸末板填充；樁號為26+977、34+817、36+520 的渡槽采用雙層止水，內(nèi)止水采用P653 型止水橡皮，外止水采用聚氨酯（3cm）灌縫，伸縮縫用瀝青鋸末板填充.渡槽結(jié)構(gòu)尺寸如表1 所示.

表1 渡槽結(jié)構(gòu)表

2 渡槽滲水現(xiàn)狀

上述渡槽工程于2007 年竣工驗(yàn)收，到2018年，在該工程已運(yùn)行十年后，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，發(fā)現(xiàn)渡槽分縫處均存在漏水情況，當(dāng)高水位運(yùn)行時漏水現(xiàn)象更為劇烈.樁號為4+943 的渡槽下游右堤扭面混凝土出現(xiàn)斷裂，裂縫明顯，扭面與渡槽連接部位處漏水情況嚴(yán)重；樁號為36+520的渡槽上游20 m 范圍內(nèi)左堤渠道邊坡漿砌預(yù)制混凝土板已經(jīng)徹底毀損.

3 渡槽滲水原因

3.1 渡槽自身重力及混凝土的溫度應(yīng)力作用

由于渡槽自身重力、混凝土的溫度應(yīng)力會造成渡槽伸縮縫位置發(fā)生偏移[7]，導(dǎo)致止水部位剪應(yīng)力過大，破壞止水材料.

3.2 內(nèi)外止水橡皮老化和斷裂

當(dāng)?shù)厍浪泻罅康囊兹茺}，初步測定硫酸鹽為108.6 mg/L、氯鹽62.3 mg/L，渡槽運(yùn)行十余年后，由于受水流侵蝕、當(dāng)?shù)貧夂蚋稍锏挠绊?，造成?nèi)外止水橡皮老化以致斷裂，導(dǎo)致止水失效.

3.3 鋼板壓條密實(shí)度不夠

由于鋼板壓條與混凝土之間的錨固不夠緊密，中間存在縫隙，在高水位運(yùn)行時，造成鋼板和混凝土之間水壓增大，形成滲流通道，滲流水會進(jìn)一步加快橡板的老化速度.

3.4 聚氨酯灌縫不達(dá)標(biāo)

渡槽灌縫對施工工藝要求嚴(yán)格，由于渡槽灌縫質(zhì)量不滿足要求，使得聚氨酯灌縫未形成滿灌，中間存在縫隙，運(yùn)行過程中，水流的不斷沖蝕，使縫隙逐漸變大，滲水現(xiàn)象越發(fā)明顯.

3.5 扭面與渡槽連接處邊坡壓實(shí)度不夠

由于扭面與渡槽連接處邊坡壓實(shí)度不夠，運(yùn)行過程中扭面變形，導(dǎo)致接縫處止水橡皮剪應(yīng)力過大而斷裂，進(jìn)而邊坡遭到?jīng)_刷，細(xì)顆粒被帶走，導(dǎo)致連接段失穩(wěn)倒塌.

4 渡槽防滲實(shí)施方案

4.1 壓板式止水

樁號為4+943、7+010、11+838、28+062 的渡槽在渠道水放空之后，鑿除渡槽接縫處瀝青砂漿，取下鋼板，檢查內(nèi)止水橡板是否破損，如若破損及時更換，更換后按原設(shè)計(jì)恢復(fù).具體施工方案為：拆除渡槽內(nèi)部原始止水材料；清理基面填縫附著物、混凝土料渣、泥土，保證基面光滑、無雜質(zhì)，可采用打磨機(jī)處理壁面[3]；更換P651 止水橡皮，施工時保證止水橡皮不產(chǎn)生過大剪應(yīng)力；混凝土找平，噴燈烤干；刷熱瀝青厚3～5 mm，確保渡槽縫面涂滿，貼瀝青劇末板，保證鋸末板與瀝青緊密貼合；將10 mm×5 mm 鋼板、橡板鉆孔，空洞大小確保與螺栓相符，鋼板壓條一定確保壓平，用螺栓固定，防止出現(xiàn)空隙；分縫表面可采用SK 單組分聚脲復(fù)合胎基布進(jìn)行柔性密封處理[8]，最后用砂漿找平.養(yǎng)護(hù)過程一周內(nèi)渡槽內(nèi)保持清空狀態(tài)，溫度在5 攝氏度以上[9].

4.2 粘貼式止水

樁號為26+977、34+817、36+520 的渡槽在排空槽內(nèi)水后，檢查聚氨酯灌縫材料是否老化，如有老化裂縫將現(xiàn)有聚氨酯鑿除，具體修補(bǔ)的施工工序：清除伸縮縫內(nèi)填縫材料；混凝土面磨光處理，混凝土找平，噴燈烤干，刷熱瀝青厚3～5 mm 貼瀝青劇末板；聚氨酯灌縫以及養(yǎng)護(hù).

4.3 渠道修復(fù)

在渠道無水情況下，將樁號為4+943 的渡槽下游右堤扭面及樁號為36+520 的渡槽上游20m 范圍內(nèi)左堤渠道邊坡拆除，渠道橫斷面采用混凝土板、塑膜雙防的結(jié)構(gòu)形式，弧形坡腳梯形斷面采用如下型式：內(nèi)邊坡坡度1∶2；邊坡混凝土厚度為8 cm，渠底混凝土厚度為10 cm；混凝土板下鋪0.3 mm 厚聚乙烯塑膜；膜下鋪聚苯乙烯泡沫板防凍脹，陰坡和渠底5 cm，陽坡4 cm；渠基設(shè)風(fēng)積砂墊層防鹽脹，邊坡27 cm，渠底25 cm.根據(jù)規(guī)范對混凝土性能提出如下要求：混凝土強(qiáng)度采用C20，抗凍標(biāo)號為F150，抗?jié)B標(biāo)號為W6.另外，混凝土板分塊控制在2 m×2 m 左右，分縫材料采用2 cm 厚的閉孔塑料板.沿渠每100 m 設(shè)置25 cm 寬、80 cm深的混凝土隔墻一道.渠堤部分必須清基，清基厚度為20 cm，清基完成后土方回填；現(xiàn)澆用的模板應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸加工制作，建議渠底模板使用槽鋼制作；混凝土入倉平整后用平板振搗器搗實(shí)、找平，應(yīng)特別注意邊角的振搗，避免出現(xiàn)蜂窩麻面，人工灑水養(yǎng)護(hù).

5 渡槽防滲方案評價

樁號為4+943、7+010、11+838、28+062 的渡槽采用壓條式止水進(jìn)行防滲處理，由于需要鋼板壓條，工序相對復(fù)雜，工藝要求較高.因防滲采用規(guī)格10 mm×5 mm 的平面鋼板、250 mm×15 mm 的平板橡板，造價方面相對比樁號為26+977、34+817、36+520 的渡槽聚氨酯灌漿投資要高近2 倍，但是止水效果較好，維護(hù)方便；樁號為26+977、34+817、36+520 的渡槽采用粘貼式止水，采用聚氨酯灌漿處理，工序簡單、造價低，但防滲質(zhì)量較差，易形成滲流通道，需定期檢修.針對壓板式和粘貼材料式兩種防滲方式具體采用基于Super Decisions1.6.0的網(wǎng)絡(luò)層次分析法進(jìn)行量化評價，準(zhǔn)則層考慮的影響因素包括工藝可靠性、費(fèi)用、實(shí)用性，工藝可靠性因素中包含工期和工序兩類子因素，費(fèi)用因素主要考慮工程造價，實(shí)用性因素主要考慮防滲效果和維修周期兩類子因素，具體評價模型如圖1 所示.經(jīng)過一致性檢驗(yàn)獲得壓板式止水的優(yōu)先權(quán)重是0.54，粘貼式止水的優(yōu)先權(quán)重是0.46，所以壓板式止水方式更容易被接受.

圖1 渡槽防滲處理方案評價模型

6 結(jié)語

通過對塔里木灌區(qū)7 座渡槽進(jìn)行防滲研究，從止水橡皮老化、鋼板壓條密實(shí)度不夠、聚氨酯灌縫不達(dá)標(biāo)、扭面與渡槽連接處邊坡壓實(shí)度不夠幾方面分析渡槽分縫處滲水的可能原因，結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)際，提出合理的防滲措施及施工中的注意事項(xiàng)，并提出在分縫表面建議采用SK 單組分聚脲復(fù)合胎基布進(jìn)行柔性密封處理.采用Super Decisions1.6.0 軟件對壓板式止水和粘貼式止水兩種渡槽止水方式進(jìn)行評價，結(jié)果表明壓板式止水更容易被采納.渡槽滲水問題，在灌區(qū)極為常見，其危害嚴(yán)重，本文提出的渡槽防滲處理方案，可為灌區(qū)工程防滲處理提供一定的指導(dǎo)和借鑒.