水下混凝土襯砌板修復(fù)技術(shù)及關(guān)鍵工序控制

郭海亮，蘇超

（南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河北分局，河北 石家莊 050035）

混凝土襯砌板在南水北調(diào)工程中得到廣泛應(yīng)用，能夠有效降低邊坡糙率，提高有效供水量，保證供水效益。在運(yùn)行中，因汛期強(qiáng)降水、高地下水位作用、膨脹土變形、凍脹及溫度等原因影響，部分水下襯砌板出現(xiàn)隆起、塌陷等。為保證工程運(yùn)行安全，在不停水工況且設(shè)計(jì)流量和流速通水條件下，對水下?lián)p壞的襯砌板進(jìn)行了修復(fù)。

1 工程概況

南水北調(diào)中線干線工程河北段總干渠設(shè)計(jì)流量125～235 m3/s，加大流量150～265 m3/s，設(shè)計(jì)水深6 m。設(shè)計(jì)縱坡1/25 500，過水?dāng)嗝孢吰?.75～1∶2.75，過水?dāng)嗝嬉陨线吰?.75～1∶2.5。一級馬道寬5 m，左岸為泥結(jié)石路面，右岸為瀝青路面。過水?dāng)嗝娌捎肅20F150W6混凝土襯砌，渠坡襯砌厚度10 cm，渠底厚度8 cm，混凝土襯砌下部設(shè)復(fù)合土工膜及保溫板。

2 修復(fù)技術(shù)特點(diǎn)與難點(diǎn)

2.1 修復(fù)技術(shù)特點(diǎn)

（1）在不停水的工況下，修復(fù)了損壞的水下襯砌板，提高了供水保證率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（2）預(yù)制混凝土板結(jié)構(gòu)型式滿足邊坡安全穩(wěn)定性要求，修復(fù)后邊坡糙率滿足原設(shè)計(jì)糙率要求，有效保證過水能力。

（3）預(yù)制混凝土板結(jié)構(gòu)縫型式及嵌縫材料（SR塑性止水材料）滿足了修復(fù)后邊坡防滲要求，防止了襯砌板隆起（塌陷）部位擴(kuò)大，保證了渠道的安全性。

2.2 修復(fù)技術(shù)難點(diǎn)

（1）在渠道大流量235 m3/s、高流速1.0 m/s的通水條件下，對水下混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，在國內(nèi)無類似可借鑒的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

（2）目前水下混凝土施工技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，如水下混凝土澆筑、膜袋混凝土等，需保證修復(fù)后混凝土能滿足原設(shè)計(jì)過水?dāng)嗝娉叽绾驮O(shè)計(jì)邊坡糙率要求，這對修復(fù)工作提出了較高要求。

（3）從水下襯砌板出現(xiàn)隆起、塌陷等產(chǎn)生機(jī)理分析，其多是原渠道邊坡防滲系統(tǒng)出現(xiàn)了不同程度的破壞。在水下對原防滲系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，在國內(nèi)無類似可借鑒的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

3 關(guān)鍵工序施工與控制

3.1 裝配式鋼模板圍擋

3.1.1 鋼圍擋設(shè)計(jì)目的

為減少施工對總干渠通水產(chǎn)生污染及在施工區(qū)域形成相對靜水區(qū)，需要在襯砌板修復(fù)范圍外設(shè)置三面圍擋，圍擋高出水面0.5 m，將水流流速降低至0.5 m/s以內(nèi)。經(jīng)多次試驗(yàn)和優(yōu)化后，圍擋采用鋼模板作為面板、槽鋼作為骨架支撐的結(jié)構(gòu)型式，底部設(shè)置鑄鐵砝碼壓重。

3.1.2 圍擋設(shè)計(jì)布置及穩(wěn)定性分析

圍擋迎水面拐角處擋板與水流方向形成30°夾角，改善水流沖刷條件；順?biāo)鞣较驌醢迮c水流方向平行；下游拐角處圍擋與水流方向形成45°夾角，防止水流產(chǎn)生旋渦對圍擋產(chǎn)生壓力。

選取迎水側(cè)圍擋作為計(jì)算斷面，如圖1所示，按照內(nèi)、外水位差為5 cm計(jì)算圍擋所受水壓力，作用在圍擋上的外力相對較小，鋼圍擋自身結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)固。

圖1 圍堰受力計(jì)算

圍堰安置在總干渠渠底，圍堰內(nèi)外水深h、H分別為6.45、6.5 m。堰外水壓力=1/2γwH2=176.4 kN/m，堰內(nèi)水壓力=1/2γwh2=173.5 kN/m，水壓力P=2.93 kN/m。圍堰自重G=4 kN/m，圍堰浮力F浮=0.26 kN。圍堰與渠底間摩擦系數(shù)f取0.7，（G-F浮）×f=2.62 kN/m＜P=2.93 kN/m。為此，圍堰需增加配重G′，（G-F浮+G′-F′?。羏/P=η，其中η取1.1。經(jīng)計(jì)算，得到G′-F′浮=1.98 kN/m，配重重量為200 kg/m。

3.1.3 圍擋型式

為提高圍擋施工效率，采用裝配式結(jié)構(gòu)。渠底采用標(biāo)準(zhǔn)件（每組1.5 m），如圖2所示。邊坡采用定制件（每組1.8 m），且底座坡比可調(diào)，滿足不同比例邊坡的安裝要求。圍擋采用鋼模板（6015型或9015型），架體由底座、導(dǎo)槽和斜撐構(gòu)成。底座采用槽鋼制作，設(shè)置一根導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽為槽鋼雙拼成工字型鋼。導(dǎo)向槽兩側(cè)設(shè)置斜撐，增加剛度，防止變形；迎水面圍擋架立在邊坡上，底層擋流模板高度根據(jù)邊坡的高度調(diào)整，且底座坡比與渠道邊坡保持一致。

3.1.4 鋼模板圍擋安裝

圍擋在一級馬道上進(jìn)行焊接拼裝，在渠道兩岸設(shè)置牽引系統(tǒng)，將架體緩慢牽引入水，依次進(jìn)行安裝。安裝使用水上作業(yè)平臺運(yùn)輸，在水面上沿導(dǎo)向支架槽下放鋼模板，確保導(dǎo)流板下放到底。圍擋安裝完畢后須在圍擋上布設(shè)纜繩，固定于兩岸的混凝土錨樁上，確保穩(wěn)定。

3.2 水下襯砌板拆除施工

3.2.1 準(zhǔn)備工作

制作水上作業(yè)平臺，配置空壓機(jī)系統(tǒng)、起吊裝置、監(jiān)視器及其他必要的水下作業(yè)設(shè)備設(shè)施，并保證水上作業(yè)平臺浮力滿足預(yù)制板拆除及安裝等要求，對潛水員進(jìn)行安全技術(shù)交底。

3.2.2 襯砌板分割

潛水員采用水下液壓圓盤鋸（或其他水下作業(yè)工具）進(jìn)行水下分割，切割深度為9 cm，沿襯砌板中間切割成2.0 m×2.0 m塊；再利用氣動(dòng)鉆機(jī)在襯砌板上鉆孔錨固膨脹螺栓，每塊襯砌板設(shè)置2～3個(gè)吊點(diǎn)，避免在水下破碎，造成污染。

3.2.3 板膜剝離

首先將襯砌板與下部土工膜剝離。混凝土襯砌面板和下部土工膜經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行，結(jié)合較為緊密，分離所用的負(fù)荷較大。經(jīng)多次現(xiàn)場試驗(yàn)和方案優(yōu)化，在水上移動(dòng)作業(yè)平臺上采用電動(dòng)葫蘆配合潛水員進(jìn)行分段剝離作業(yè)，盡量避免復(fù)合土工膜二次破壞。

3.3 基礎(chǔ)處理施工

襯砌板拆除后，潛水員對渠坡基礎(chǔ)進(jìn)行水下檢查?；A(chǔ)隆起部位首先采用液壓風(fēng)鎬進(jìn)行松動(dòng)，然后裝至定制的鏟運(yùn)斗中，由起重機(jī)吊裝至運(yùn)輸車輛并運(yùn)至指定棄渣點(diǎn)?；A(chǔ)沉陷部位填筑土工布（400 g/m2）縫制的砂石袋，分層填筑，上層用砂袋找平，保證填筑密實(shí)、無縫隙，平整度誤差控制在10 mm以內(nèi)。

3.4 土工膜及保溫板鋪設(shè)

3.4.1 土工膜鋪設(shè)

主要有2種情況：①基礎(chǔ)隆起造成土工膜破壞的，在開挖區(qū)域邊界保留20～30 cm土工膜；②大面積土工膜敷設(shè)破壞的，在修復(fù)區(qū)域邊界保留20～30 cm土工膜。土工膜鋪設(shè)前按照損壞部位面積提前裁好，利用改造的鋼管軸卷起，由潛水員在水下鋪設(shè)，搭接處鋪設(shè)2道（10 mm×5 mm）SR塑性止水材料，搭接寬度不小于20 cm。

3.4.2 保溫板鋪設(shè)

比如，浙江醫(yī)院總院利用現(xiàn)有RIS/PACS服務(wù)器端軟硬件系統(tǒng)，通過光纖專線與三墩分院區(qū)實(shí)現(xiàn)連接，所有服務(wù)器軟件均使用總院的原有系統(tǒng)?？傇杭胺衷旱姆派淇平y(tǒng)一采用分布式模式調(diào)用RIS/PACS系統(tǒng)影像和報(bào)告[19]。同一醫(yī)院不同院區(qū)間的醫(yī)學(xué)影像共享促使RIS/PACS系統(tǒng)走向區(qū)域化，成為不同醫(yī)院間甚至在區(qū)域醫(yī)療體系內(nèi)實(shí)現(xiàn)影像共享的基石。

對于已經(jīng)損壞的保溫板，分塊拆除，將更換的保溫板（按原設(shè)計(jì)規(guī)格）提前粘貼在預(yù)制板下面，隨預(yù)制板同步鋪設(shè)完成，保溫板粘貼采用擠塑板專用膠，保證粘貼牢固。

3.5 鋼筋混凝土板施工

3.5.1 混凝土預(yù)制板結(jié)構(gòu)型式

預(yù)制板混凝土等級采用C35W6F150，結(jié)構(gòu)尺寸為0.99 m×1.99 m×0.1 m，四周設(shè)置梯形連接鎖扣。根據(jù)連鎖位置的不同，預(yù)制板共分6種型式，如圖3所示。

圖3 混凝土預(yù)制板結(jié)構(gòu)

3.5.2 鋼筋制安

鋼筋為直徑10 mmHRB400級，屬單層鋼筋，間距15 cm，位置距底部1/3處。預(yù)制板設(shè)置隱形吊環(huán)，吊環(huán)選用直徑10 mmHPB300級，將吊環(huán)與鋼筋綁扎連接。

3.5.3 模板工程

3.5.4 混凝土澆筑

混凝土采用自拌或商品混凝土，振搗采用定制振動(dòng)式平臺，既保證了混凝土振搗密實(shí)，也大大減少了混凝土氣泡，滿足規(guī)范要求。

3.5.5 結(jié)構(gòu)縫設(shè)計(jì)

為增強(qiáng)防滲效果，在預(yù)制板四周中間設(shè)置弧形凹槽，既減少了混凝土氣泡，又保證縫隙填充密封膠的牢固性，滿足了設(shè)計(jì)要求。

3.5.6 預(yù)制混凝土板水下安裝施工

（1）預(yù)制板吊裝及運(yùn)輸。在靠近渠道一級馬道6 m范圍的預(yù)制板直接采用起重機(jī)吊裝就位，超出此范圍外的預(yù)制板吊裝由水上作業(yè)平臺配合起重機(jī)吊裝就位。

（2）預(yù)制板安裝。潛水員在水下負(fù)責(zé)混凝土板位置的擺正及拼裝角度調(diào)整，通過水下通信、視頻監(jiān)控系統(tǒng)與岸上人員及時(shí)溝通。混凝土板吊放到位后潛水員進(jìn)行吊裝帶的解扣工作，其安裝順序自下而上逐層進(jìn)行。

（3）預(yù)制板找平。混凝土板全部鋪裝到位后，潛水員進(jìn)行水下錄像和復(fù)查，進(jìn)一步細(xì)微調(diào)整，確保混凝土板鋪設(shè)平整度不大于5 mm；同時(shí)，調(diào)整結(jié)構(gòu)縫寬度，保證縫寬均勻。

3.6 結(jié)構(gòu)縫處理

SR塑性止水材料是為混凝土面板壩接縫止水而研制的嵌縫、封縫止水材料，以非硫化丁基橡膠、有機(jī)硅等高分子材料為主要原料，經(jīng)納米材料改性而成，具有塑性高、接縫變形適應(yīng)性強(qiáng)、與混凝土基面粘結(jié)力強(qiáng)、耐老化性能優(yōu)異、抗?jié)B性能突出、可施工性能好等特點(diǎn)。SR塑性止水材料指標(biāo)，詳見表1。

表1 SR塑性止水材料指標(biāo)

預(yù)制板安裝完成后，潛水員采用低壓水槍對預(yù)制板之間的拼接縫進(jìn)行水下沖洗清理，沖洗出縫隙中的雜質(zhì)，確?？p隙內(nèi)潔凈。清理作業(yè)完成后，潛水員用SR塑性止水材料填充對接縫，利用專用工具搗實(shí)，保證縫隙填充飽滿、無空隙。

4 結(jié)語

水下襯砌板修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用，在正常通水的工況下完成水下襯砌板修復(fù)工作，修復(fù)效果滿足了渠道邊坡過水?dāng)嗝娉叽?、防滲及糙率的原設(shè)計(jì)要求，同時(shí)為國內(nèi)類似工程提供了技術(shù)支持和借鑒經(jīng)驗(yàn)。目前，該項(xiàng)技術(shù)正在南水北調(diào)中線工程全線推廣應(yīng)用，在應(yīng)用中將進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化修復(fù)技術(shù)工藝，對關(guān)鍵控制指標(biāo)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷優(yōu)化，形成一套完整的、系統(tǒng)的、科學(xué)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在不同工程和不同工況條件下推廣應(yīng)用。