蘇州河防汛墻結(jié)構(gòu)性滲漏分析與處置技術(shù)應(yīng)用

鄧 群，田愛平

(上海市堤防(泵閘)設(shè)施管理處，上海 200080)

蘇州河防汛墻滲漏情況復(fù)雜，大多為結(jié)構(gòu)性滲漏，不同于土壩滲水。墻體滲漏檢測難度大、施工難度大，只適宜做“微創(chuàng)手術(shù)”，即采用破壞性較小的方式進行防滲修復(fù)。采用非開挖修復(fù)技術(shù)，需首先查明滲漏段防汛墻的結(jié)構(gòu)型式，分析滲漏原因，“對癥下藥”，解決滲漏病害。

1 結(jié)構(gòu)性滲漏概念

1.1 結(jié)構(gòu)性滲漏概念與分類

(1)概念

由于施工質(zhì)量或使用年限較長，板樁縫內(nèi)砂漿脫落或墻身之間止水帶、伸縮縫失效等，造成底板下或板樁內(nèi)側(cè)土體流失，形成滲漏通道。由于防汛墻結(jié)構(gòu)原因引起的滲漏，故簡稱為結(jié)構(gòu)性滲漏。

防汛墻滲漏與結(jié)構(gòu)密不可分，結(jié)構(gòu)是用以抵抗施加在構(gòu)筑物上的荷載，是傳遞荷載、支撐構(gòu)筑物的骨髂，結(jié)構(gòu)發(fā)揮其功能的有效程度影響著構(gòu)筑物的質(zhì)量。雖然不需要對防汛墻結(jié)構(gòu)進行改造，但正確對待與應(yīng)用結(jié)構(gòu)構(gòu)成和作用，是解決滲漏問題的先決條件。不同類型的防汛墻，其結(jié)構(gòu)有所不同，掌握結(jié)構(gòu)構(gòu)成，將有助于快速查找滲漏點，從而精準注漿。

按照擋水設(shè)計的防汛墻，在結(jié)構(gòu)完好無損時不會發(fā)生滲漏；只有在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)生破壞后，才會有滲漏發(fā)生，這也是防汛墻滲漏的實質(zhì)。因此，對防汛墻結(jié)構(gòu)破壞機理的分析，也是研究結(jié)構(gòu)性滲漏的意義之所在。

(2)分類

結(jié)構(gòu)性滲漏原因很多，從不同的角度出發(fā)，會有不同的歸納和分類。例如，防汛墻滲漏按部位分類有墻體、底板、樁基；因此，要進行嚴格的統(tǒng)一分類也是非常困難的。結(jié)構(gòu)性滲漏分類見表1。

表1 蘇州河防汛墻結(jié)構(gòu)性滲漏分類表

1.2 蘇州河防汛墻現(xiàn)狀

蘇州河上海市域段長度50km，總面積約139km2。按照建設(shè)世界級濱水區(qū)的總目標，蘇州河沿岸定位為特大城市宜居生活的典型示范區(qū)，將打造舒適宜人的生活型活動軸線，實現(xiàn)中心城區(qū)段濱水空間全線貫通，濱河步道即將實現(xiàn)公共空間貫通開放，從而蘇州河防汛墻將成為集安全、景觀、生態(tài)、文化于一體的多功能風(fēng)景線。多功能的濱水空間的打造，進一步增加了蘇州河堤防防滲的難度。

蘇州河兩岸沿線防汛墻結(jié)構(gòu)型式較多，按照不同的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和墻身結(jié)構(gòu)進行劃分，常見的有漿砌塊石重力式、斜坡式、高樁承臺式、低樁承臺式、拉錨板樁式、L 型鋼筋混凝土直立式等?，F(xiàn)有防汛墻包括蘇二期防汛墻，絕大部分為板樁騎跨式高樁承臺結(jié)構(gòu)，墻體結(jié)構(gòu)本身穩(wěn)定雖無問題，但隨著運行時間的延長，板樁脫榫、漏土現(xiàn)象逐漸開始顯露。當(dāng)基礎(chǔ)下存在滲水通道，若不及時處理，久而久之將會造成底板下基礎(chǔ)掏空出現(xiàn)險情。同時，隨著蘇州河跨河橋梁建設(shè)不斷進行，橋梁與防汛墻連接段未按規(guī)范施工，或以往橋臺連接處因沉降不均、基礎(chǔ)薄弱等原因?qū)е铝朔姥磯Φ木植堪抖螡B透水現(xiàn)象日益明顯。

現(xiàn)狀蘇州河下游段兩岸，多為市政道路和居民小區(qū)，通行要求較高，地理位置重要，一般不適用于大面積開挖的修復(fù)方式，因此防滲技術(shù)需要施工簡單、非開挖處置、干擾小的新技術(shù)。歷年來防汛部門對蘇州河頻繁組織防汛搶險和除險加固工作，而蘇州河現(xiàn)有防汛墻出現(xiàn)最普遍的就是滲漏問題，防汛安全直接影響到兩岸人民群眾生命財產(chǎn)安全。

1.3 蘇州河防汛墻滲漏概況

據(jù)統(tǒng)計，近兩年蘇州河市區(qū)段防汛墻滲漏整治共有41處。按影響類別，建(構(gòu))筑物跨河或穿河的部位滲漏最多，如橋梁跨河滲漏為35處，占85.4%，滲漏原因包括防滲設(shè)計欠考慮、結(jié)構(gòu)相臨接頭處理不到位及不均勻沉降等；按滲漏位置，有變形縫滲漏、板樁與底板間滲漏、板樁之間滲漏和墻體滲漏等，其中變形縫處滲漏占結(jié)構(gòu)性滲漏最多，其次是板樁間接縫處滲漏，具體情況如圖1所示。

圖1 蘇州河堤防結(jié)構(gòu)性滲漏原因統(tǒng)計圖

2 結(jié)構(gòu)性滲漏分析與注漿方案設(shè)計

需從結(jié)構(gòu)性滲漏出發(fā)，“對癥下藥”，消除蘇州河防汛墻滲漏隱患。通過掌握防汛墻結(jié)構(gòu)和滲漏機理，確定滲漏點，一個部位，一個滲漏點，一套布孔方案，一套注漿方案。采用“繡花針”功夫，創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，重點在技術(shù)方案設(shè)計，布孔、孔深、注漿壓力等與土壩防滲注漿有所不同。本文通過針對四種不同的典型結(jié)構(gòu)構(gòu)成，分析滲漏機理，提出對應(yīng)處置方案。其技術(shù)路線是：根據(jù)地面滲漏→查結(jié)構(gòu)構(gòu)成→滲漏形式判斷→設(shè)計處置方案→高聚物注漿。

2.1 變形縫處滲漏

蘇州河防汛墻一般每隔10～15m，就需要設(shè)置一道沉降縫(即永久變形縫，簡稱變形縫)，據(jù)此，僅下游段兩岸防汛墻就有變形縫約7000條，是蘇州河防滲的關(guān)鍵部位。變形縫破損后，滲漏修復(fù)是難點也是關(guān)鍵點。

2.1.1滲漏位置和機理分析

防汛墻變形縫和止水是不可或缺的設(shè)計內(nèi)容。變形縫將防汛墻分割為兩個或多個獨立的沉降單元，可有效地防止地基不均勻沉降產(chǎn)生的損害。但是變形縫兩邊的防汛墻，或防汛墻與橋臺間的變形縫，兩邊沉降難以均勻一致，往往造成止水破損，在水壓力作用下，河水沿著垂直變形縫向墻內(nèi)滲流，如圖2所示。當(dāng)?shù)装迳系乃阶冃慰p破損后，水在壓力作用下沿著變形縫向底板上面滲水。穿過變形縫的滲水，一般表現(xiàn)在墻后人行道或路緣石處存在滲漏水。

圖2 垂直變形縫破損后易發(fā)生滲漏

另外，新老墻連接處通常是變形縫，因不是同時施工，止水帶無法正常設(shè)置，因此，也是滲漏易發(fā)部位。一般由于老墻底板較短，在高水位壓力作用下通過底板下方進行滲透。例如，老墻保留段在橋臺的兩側(cè)，若地下存在地鐵或管線，則情況更為復(fù)雜，因此應(yīng)綜合分析結(jié)構(gòu)型式，摸清滲漏點，確定注漿位置和鉆孔深度。

2.1.2注漿方法—導(dǎo)管注漿

變形縫有水平縫和垂直縫，發(fā)生滲漏均可采用導(dǎo)管注漿法，但布孔位置、孔深有所不同。對于垂直縫滲漏，可以采用在防汛墻迎水面水平布孔注漿方案，也可以采用水平鉆孔注漿和墻后垂直鉆孔注漿相結(jié)合的方案。對于底板上的水平縫，通常采用板上垂直鉆孔注漿方案。

沿變形縫兩側(cè)交叉布孔，孔深要求穿透混凝土層，注漿孔距變形縫20cm，孔間距小于1m。在注漿孔內(nèi)下注漿管，穿透混凝土層。高聚物漿液膨脹擴散，迅速充填伸縮縫孔隙，自內(nèi)向外封堵滲漏縫隙通道。水平縫一般在滲漏處加密布孔，距離防汛墻500mm處開始布孔，兩側(cè)交叉布置，間距為800～1000mm，如圖3所示。

圖3 底板水平變形縫注漿布孔平面示意圖(單位：mm)

2.2 板樁或墻體與底板相交處滲漏

蘇州河下游段防汛墻多為高樁承臺，樁基為前板后方的結(jié)構(gòu)型式，板樁的臨空面有3.0m左右。板樁數(shù)量多，受力復(fù)雜，是結(jié)構(gòu)性滲漏的重點。

板樁或墻與底板相交處形成水平縫，兩者不同的是板樁與底板相交的水平縫在底板下，而墻體與底板相交形成的縫在底板上?？梢钥闯觯m均為水平縫，但位置不同，這就決定了需要采用不同的注漿方法，難易程度也不同。

2.2.1滲漏位置和機理分析

(1)板樁與底板相交處滲漏

預(yù)制板樁的樁頭雖埋入底板內(nèi)，但顯然難以形成固結(jié)，只能是簡支。受力分析表明，樁頭嵌入底板，相交部位削弱了底板的整體作用，底板對樁頭也難以形成握固作用；在水平荷載的作用下，樁頭四周的混凝土極易發(fā)生塑形變形，或被壓碎，如圖4所示，從而降低了板樁與底板的連接，容易形成滲流。

圖4 板樁與底板連接處易發(fā)生滲流

板樁頭部的塑性變形，使連續(xù)拼接的板樁與底板相交處形成一道水平縫。其次，軟土地基上的防汛墻，底板與地基常有脫開現(xiàn)象，一是當(dāng)樁頂下沉量小于基底土的下沉量時，基底與地基就會脫開；二是由于樁基和土的共同作用、軟土的固結(jié)沉降等影響，樁間土的沉降大于樁基沉降，基底與地基也會脫開，這種狀況出現(xiàn)的幾率很大，對防汛墻滲流穩(wěn)定極為不利，既會產(chǎn)生滲流通道，同時，下沉的土體對樁基又會產(chǎn)生負摩擦力，也使樁基與底板間易于產(chǎn)生滲流。

板樁與底板相交處滲漏，可在蘇州河低水位時，通過直接觀察板樁和底板連接處進行判斷。另外，蘇三期標準段的防汛墻為高樁承臺騎跨式結(jié)構(gòu)，底板與下方老結(jié)構(gòu)漿砌塊石的交界面也是水平縫，容易形成滲漏。

(2)墻與底板相交處滲漏

早期蘇州河防汛墻墻體為漿砌塊石墻體，坐落在鋼筋混凝土底板上，出現(xiàn)滲漏，原因是施工時交界面未處理好，從而形成水平縫發(fā)生滲流；此種墻體與底板相交形成的水平縫是在底板上。因為一般注射漿液易于向上擴散，不易于向下擴散，因此，此種水平縫形成的滲漏最難處置。

2.2.2注漿方法—導(dǎo)管注漿

(1)水平縫在底板下

板樁與底板相交形成的水平縫在底板下，注漿孔一般布置在防汛墻墻前、板樁之后，布孔間距為0.8～1.0m。注漿深度應(yīng)根據(jù)滲漏情況確定，一般要穿過底板。根據(jù)不同的注漿深度，選用不同的鉆孔機械，鉆孔深至預(yù)定注漿點。鉆孔與透水層平行、斜交或垂直相交。下注漿導(dǎo)管，在鉆孔內(nèi)插入注漿導(dǎo)管，注漿管長度接近注漿孔深度。通過注漿導(dǎo)管實施高聚物注漿，在透水層中形成連續(xù)的高聚物帷幕防滲體。

(2)水平縫在底板上

水平縫在底板上，此種滲漏最難處置，因為一般注射漿液易于向上擴散，不易向下擴散，新老擋土墻相交處，注漿難度大。一般可以采用反壓導(dǎo)管注漿，即鉆孔深至底板頂面，在鉆孔內(nèi)插入注漿導(dǎo)管至底板頂面，于底板頂面持續(xù)注漿，高聚物在管底連續(xù)向水平方向擴散，從而在透水層中形成連續(xù)的水平向的帷幕防滲體。

2.3 板樁間接縫處滲漏

蘇州河下游段防汛墻多數(shù)為“前板后方”的高樁承臺的結(jié)構(gòu)型式，鋼筋混凝土預(yù)制板樁為常用的樁型，在現(xiàn)場或工廠預(yù)制而成，運至現(xiàn)場定位后打入。板樁應(yīng)用的數(shù)量多，施工存在很多不確定性；板樁臨空面高，既是受力構(gòu)件，也是防滲屏障，由此，板樁間的灌漿、拼接等都是結(jié)構(gòu)性滲漏的關(guān)注點。

2.3.1滲漏位置和機理分析

如圖5所示，板樁上段為兩根板樁的凹槽對拼，凹槽空隙一般用M10膨脹水泥砂漿灌滿。但由于水下施工質(zhì)量難以控制，凹槽內(nèi)砂漿往往難以填滿，或砂漿凝固收縮，因此，砂漿與凹槽存在滲漏隱患。而板樁下段為凹槽和凸榫對接，自然存在一道縫，當(dāng)墻前泥面沖刷后下降后，潮漲潮落，墻后水就會從縫中挾帶著泥沙流出。接縫特點為豎向縫，板樁存在散點漏洞或線型滲漏。

板樁間接縫處發(fā)生滲流后，高潮位時河水倒灌于墻后回填土，低潮位時回填土內(nèi)的水又從縫內(nèi)流出；潮漲潮落，將回填土不斷帶出，當(dāng)墻后回填土的滲徑小于滲徑長度要求時，滲水就溢出地面。

2.3.2注漿方法—帷幕注漿

板樁間接縫處滲漏，可采用帷幕注漿法處置。注漿管、注漿孔和高聚物能準確到達土層中的設(shè)計堵漏防滲位置，高聚物就能在膨脹壓力作用下劈裂土層進入土體孔隙，在土體中形成一個整體，并向周圍擴展并擠密四周土體。若在注漿過程中連續(xù)提升注漿管，在注漿管底端就形成一系列“重疊”的泡沫體，從而形成連續(xù)的注漿體，達到防滲堵漏的目的。

2.4 墻體破損處滲漏

蘇州河防汛墻的墻體多數(shù)為混凝土結(jié)構(gòu)，少量為漿砌塊石結(jié)構(gòu)。前者發(fā)生滲漏通常是管道穿墻，或受地下障礙物影響所致；后者發(fā)生滲漏往往是施工質(zhì)量有缺陷，或墻體變形所致。

2.4.1滲漏位置和機理分析

墻體混凝土或漿砌塊石破損，為管涌狀或散點式滲漏，前者滲流量較大，一般采用膜袋封閉注漿方法；散點式滲漏一般可采用導(dǎo)管注漿技術(shù)。

2.4.2注漿方法—膜袋封閉注漿、局部注漿

將捆扎好膜袋的注漿管和放入漏洞口內(nèi)，再通過注漿管往膜袋內(nèi)注射雙組份高聚物材料，高聚物材料在膜袋內(nèi)迅速膨脹固化，從而快速封堵涌水通道(漏洞)，最后通過不帶膜袋的注漿管，向涌水通道內(nèi)注射雙組分高聚物材料，高聚物材料在涌水通道內(nèi)迅速膨脹并固化，從而快速封堵涌水通道。

局部防滲也可采用高聚物導(dǎo)管注漿技術(shù)。使用注漿導(dǎo)管，把高聚物材料注射到預(yù)定位置，利用高聚物材料的快速膨脹性特點，填充塊石或土體中的空隙，擠密塊石土體，并順著裂隙，從內(nèi)向外膨脹滲透，形成堅固、穩(wěn)定和持久的防水層，達到防滲堵漏目的。對于墻體散點式滲漏，可采用局部注漿技術(shù)，每平方米選擇2～3個點進行注漿，每兩個點間距不大于500mm。

圖5 板樁間接縫處易發(fā)生滲流

3 結(jié)論

本文通過結(jié)構(gòu)性滲漏的提出，抓住了防汛墻滲漏的實質(zhì)，分析了結(jié)構(gòu)破壞的機理，有利于高聚物注漿技術(shù)在蘇州河防汛墻防滲中的創(chuàng)新應(yīng)用，結(jié)合工程實際、因地制宜，較好地解決了防汛墻結(jié)構(gòu)性滲漏的修復(fù)。