交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施滲漏處置方法現(xiàn)狀分析

朱萬鑫，花鶯菡，李如瑄，孫昊天，徐 祥，戴 軒

（中國民航大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300300）

交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施概念廣泛，一般指鐵路交通、道路交通、水路交通、空中交通和管道運(yùn)輸所涉及的基礎(chǔ)設(shè)施。近些年來，隨著交通強(qiáng)國不斷發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施也逐步完善，但在其發(fā)展的同時(shí)，交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施均不同程度地受到滲漏的困擾，在房屋建筑領(lǐng)域亦然，如在《2013年全國建筑滲漏狀況調(diào)查項(xiàng)目報(bào)告》[1]中明確顯示，我國主要的城市建筑屋面滲漏率高達(dá)95.33%，與此同時(shí)，57.51%的地下結(jié)構(gòu)存在不同程度上的滲漏困擾，滲漏水災(zāi)害也是我國交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的主要問題之一。國內(nèi)城市地陷事故屢見不鮮，其背后的原因多是因?yàn)榈叵鹿艿缆┧畬?dǎo)致水土流失，地基結(jié)構(gòu)遭到破壞，進(jìn)而造成路面承載能力下降，最終導(dǎo)致路面塌陷。2020年1月，一起突發(fā)性地陷事故發(fā)生于西寧市，事故導(dǎo)致運(yùn)營中的公交車墜入坑中，造成眾多人員傷亡，本次西寧市的地陷事故就是因?yàn)楣艿缆┧疂B漏致災(zāi)。無獨(dú)有偶，2022年8月江蘇省泰州市紫東花苑小區(qū)由于富水砂層中管道滲水導(dǎo)致路面塌陷，事故致使2輛轎車墜入坑中。對(duì)于深埋于地下的結(jié)構(gòu)，如城市地鐵、地下公路和管線，滲漏對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的影響都是隱蔽而巨大的，漏水病害一旦發(fā)生，將嚴(yán)重影響工程運(yùn)維成本甚至危害公共安全，因此，如何處理好滲漏問題是工程的一個(gè)重要難點(diǎn)。本文針對(duì)目前現(xiàn)有的止漏材料，分析其特性及應(yīng)用場(chǎng)景，并對(duì)滲漏鑒別進(jìn)行分類，提出止漏在治理與搶險(xiǎn)中的有效作用，為滲漏災(zāi)害的解決提供可靠參考。

1 止漏材料的分類

1.1 水泥基類

水泥基類材料是生活中最常見的材料，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，使用較為簡(jiǎn)單、性價(jià)比高，對(duì)于一般滲漏來說堵漏效果好，但需要一定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，由于其膠接強(qiáng)度較高，對(duì)結(jié)構(gòu)還起到補(bǔ)強(qiáng)作用。

1.2 水泥-水玻璃雙液漿

水泥-水玻璃雙液漿是指在水泥漿中摻雜水玻璃來進(jìn)行混合的材料，有了水玻璃的加入使得其初凝時(shí)間大為減少。用水玻璃和水泥雙液漿去浸漬材料和涂刷材料后，對(duì)于縫隙的填補(bǔ)能力大大提高，能深入縫隙和空隙，在進(jìn)入之后使其硅凝膠固化，對(duì)于細(xì)小通道的堵塞有著很大的作用，防止其二次滲漏，對(duì)于日常的風(fēng)化、流水侵蝕，有一定的抵御作用，提高了本身的強(qiáng)度和密度。速凝防水劑是由多種礬類物和水玻璃配制而成，對(duì)滲漏的快速修復(fù)和縫隙的快速填補(bǔ)有著巨大作用。由于其凝結(jié)速度快，是良好的補(bǔ)漏用品。缺點(diǎn)也顯然易見，在補(bǔ)漏過程中要做到需要時(shí)配置，不能提前準(zhǔn)備。

雙液注漿是比較常見的止漏方法，用改進(jìn)后的雙液漿效果更為良好。其主要過程是用氯化鈣和水玻璃-水泥雙液漿重復(fù)且交替注入漏洞中，其中的水玻璃和氯化鈣反應(yīng)能快速生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到填充漏洞的作用，把其膠結(jié)起來增強(qiáng)強(qiáng)度，使其承載能力，抗侵蝕能力提高，用來加固或者止漏是非常好的選擇。

1.3 遇水發(fā)泡材料

聚氨酯堵漏劑是目前發(fā)泡性能較好的一種可控制速度的止漏發(fā)泡材料，以MDI為主要配方的單液聚氨酯，其價(jià)格便宜，毒性小、黏度大，乳化時(shí)不易分散，分子量高。在具體施工過程中，根據(jù)施工進(jìn)程和難度，添加催化劑控制其反應(yīng)發(fā)泡速度來達(dá)到預(yù)期結(jié)果。MDI水性聚氨酯乳液成膜速度快、成膜性好，其膠膜的耐水性、耐磨性、機(jī)械強(qiáng)度和彈性都比較高。

1.4 混凝土高強(qiáng)反應(yīng)粘接劑

新老混凝土高強(qiáng)界面粘合劑是針對(duì)新老混凝土結(jié)合層處常出現(xiàn)的空鼓、漏水和開裂等情況，有針對(duì)性地研制出的界面劑，可防止工程出現(xiàn)二次空鼓、開裂和漏水凍融等缺陷情況，且能防止由于雨水腐蝕，凍融對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞，提高結(jié)構(gòu)的耐久性能。

1.5 水泥基滲透結(jié)晶材料

水泥基滲透結(jié)晶材料中主要包含有硅酸鹽水泥、石英砂等基礎(chǔ)材料，還含有一定的活化學(xué)物質(zhì)。在使用過程中，按照相應(yīng)的配比與水制成灰漿，均勻涂抹在混凝土表面，其中的活化學(xué)物質(zhì)滲透到混凝土縫隙中，就可以發(fā)生良好的粘結(jié)作用。水泥基滲透材料還有著獨(dú)特的自我修復(fù)能力，這樣使得該材料對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施中的鋼筋、管道等具有較好的抗老化和抗腐蝕的作用，同時(shí)水泥基滲透材料還具有極強(qiáng)的耐水壓能力，而且還能對(duì)所作用的混凝土結(jié)構(gòu)起到一定的補(bǔ)強(qiáng)作用。因此，近些年來，水泥基滲透結(jié)晶材料廣泛應(yīng)用在地鐵、隧道等基礎(chǔ)工程設(shè)施的防水工程中。

1.6 其他止漏材料

利用各種高聚物形成的新型材料，例如用于封堵土石壩滲漏通道的可視化高聚物注漿材料[2]，HTD-3型高溫堵漏材料[3]，新型抗高溫可控凝膠堵漏劑等。

2 交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施滲漏的評(píng)價(jià)

交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施滲漏現(xiàn)象發(fā)生的來源往往是多種多樣的，不僅僅存在于隧道工程或者地下隧道工程當(dāng)中，常見的交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施比如公路、各類跑道及鐵路等也會(huì)受到地下結(jié)構(gòu)滲漏水的影響。除此之外，一些運(yùn)輸管道也會(huì)發(fā)生滲漏現(xiàn)象，比如雨水管、污水管、排水管、供水管及供熱水管等。由于其發(fā)生來源的復(fù)雜多樣導(dǎo)致了鑒別和治理的難度極大增加，除去設(shè)施所在地的地質(zhì)條件、地下水及設(shè)施所處溫度環(huán)境的外在因素影響，管線所運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)對(duì)管線中的防水材料也有很大的影響。例如污水運(yùn)輸管，污水當(dāng)中難免會(huì)摻雜有對(duì)防水材料或管道材料有腐蝕作用的化學(xué)物質(zhì)，隨著時(shí)間的增加也就導(dǎo)致其腐蝕作用積累加強(qiáng)，從而對(duì)管道的防水材料及管道材料造成破壞，出現(xiàn)管道滲漏水的現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)生管道破裂的情況。眾所周知，當(dāng)出現(xiàn)管道破壞的情況時(shí)，往往需要快速高效堵漏，否則會(huì)對(duì)管道運(yùn)輸造成不可估量的損失；對(duì)于供熱管線而言，其溫度和較高的空氣壓強(qiáng)也會(huì)對(duì)防水材料和管道造成影響；對(duì)于雨水管，常年較大雨水量和其中摻雜的固體物質(zhì)也會(huì)對(duì)管道造成沖撞上的破壞，因此在管道滲漏水上的因素尤其多樣且不可控。

對(duì)于管道滲漏水的滲漏方向無非分為2種，內(nèi)滲及外滲。當(dāng)管道內(nèi)水壓較大時(shí)，滲漏水的滲漏往往是以外滲的形式發(fā)生的，通常表現(xiàn)為滲漏水外噴、流速較快，其滲漏程度也更為嚴(yán)重；水壓較小時(shí)則是以內(nèi)滲的形式發(fā)生的，其表現(xiàn)為地下水向管道內(nèi)部逐漸滲透，水土流失隱蔽且不易察覺。滲漏水的鑒別方法大致為目視及漏量計(jì)算，而滲漏水的成分鑒別則通常是通過電化學(xué)及物理電極的方法進(jìn)行的。

滲漏水的發(fā)生大都?xì)w結(jié)于復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，隨著時(shí)間變長，地下水的高水壓及其中含有的腐蝕性物質(zhì)使得結(jié)構(gòu)物的防水性能下降，甚至?xí)鸾Y(jié)構(gòu)的變化從而發(fā)生更加嚴(yán)重的滲水，極大地增加滲漏水發(fā)生的可能和滲漏程度的加大，進(jìn)而導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)的防水工作難度急劇增加。交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施滲漏水的分類是多種多樣的，其可以根據(jù)滲漏水的滲漏部位進(jìn)行分類，也可以按照滲漏水的滲出形式進(jìn)行分類[4]。為方便研究，現(xiàn)本文將按照滲漏水的出水量進(jìn)行分類，滲漏水大致上可以分為濕漬、滲水、水珠、滴漏、線流及漏水漏砂6種類別。濕漬是滲水最為輕微的一類，通常表現(xiàn)為在混凝土側(cè)壁的表面出現(xiàn)小范圍的濕斑；滲水則是滲漏水會(huì)在建筑混凝土結(jié)構(gòu)的表面形成一層薄薄的水膜但不足以產(chǎn)生流動(dòng)或水珠；水珠則很容易理解，其在頂板部位表現(xiàn)得更為明顯和突出，此時(shí)的滲水量已經(jīng)不能被水的表面張力所束縛，會(huì)緩慢地形成小水滴在混凝土頂板的滲漏處緩慢垂直下落；滴漏更為通俗，當(dāng)滲水量達(dá)到滴水時(shí)說明建筑的滲漏情況已經(jīng)較為嚴(yán)重，會(huì)不斷地有滲漏水滴下，這種情況在襯砌混凝土上表現(xiàn)得更加嚴(yán)重和明顯；滲漏水繼續(xù)發(fā)展便形成線流，此時(shí)將有明顯的地下水流失；當(dāng)滲漏繼續(xù)發(fā)展，變形成漏水漏砂，此時(shí)會(huì)使結(jié)構(gòu)承載條件極具變化甚至?xí)l(fā)生局部的結(jié)構(gòu)坍塌或破損[5]，嚴(yán)重威脅到人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

滲漏水會(huì)因?yàn)闈B漏程度的不同而滲出不同的物質(zhì)成分，不論是其外觀表現(xiàn)還是滲漏水的成分都會(huì)有所不同。滲漏水通常含有漏水、渾濁泥水及砂水混合物等。當(dāng)壓強(qiáng)較小時(shí)，滲漏水往往是清澈的，幾乎不摻雜泥沙，在進(jìn)行堵漏工作時(shí)可以減小泥沙固體對(duì)堵漏材料的影響，可以較好地減少堵漏的工作量。而滲漏出渾濁泥水時(shí)，其中往往含有粉質(zhì)黏土等，滲漏水渾濁且摻雜少量的細(xì)小固體顆粒[6]。當(dāng)滲漏水的壓強(qiáng)較大時(shí)，滲漏水中會(huì)攜帶一些細(xì)砂、礫砂、圓礫，甚至是砂巖顆粒等較大的固體顆粒，在進(jìn)行堵漏工作時(shí)就需要考慮這些較大的固體顆粒對(duì)于堵漏材料的影響。

根據(jù)滲漏水的分類，在現(xiàn)有的水土流失實(shí)驗(yàn)設(shè)備上分別模擬不同類型的滲漏水，從而進(jìn)一步對(duì)一部分堵漏材料的性能進(jìn)行測(cè)試。

3 不同滲漏情況的修復(fù)措施

首先，需要對(duì)材料進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與測(cè)試。由于施工地區(qū)海拔、溫度、地質(zhì)條件及水壓等方面的差異，使得快速堵漏材料在交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施施工過程中的堵漏效果不盡相同，利用現(xiàn)有的水土流失測(cè)試設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)置不同地層和水壓影響下的施工條件。根據(jù)在地層和水壓影響下快速堵漏材料的凝結(jié)時(shí)間、膨脹率、鎖水率及凝結(jié)強(qiáng)度變化的國家規(guī)范要求對(duì)相關(guān)堵漏材料進(jìn)行測(cè)試。隨后，進(jìn)行各種材料的不同配合比使用，對(duì)新材料的凝結(jié)時(shí)間、膨脹率、鎖水率及凝結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行重新評(píng)估。在合適條件下可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)堵漏材料的薄弱處進(jìn)行加強(qiáng)，進(jìn)一步提高堵漏材料和交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)合度。在這個(gè)過程中還要注意堵漏過程的難度問題，提高在緊急情況下交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施堵漏的效率。

3.1 道面滲水情況的修復(fù)

以跑道為例，對(duì)于道面滲水的情況要分不同的滲漏類型、結(jié)構(gòu)類型及病害原因，采取不同的修復(fù)措施。對(duì)于瀝青道面一些局部滲水嚴(yán)重，空隙率較大的路段可以采用噴灑乳化瀝青的方式，利用乳化瀝青填補(bǔ)空隙；對(duì)于一些局部路段長期滲水嚴(yán)重，有坑槽或網(wǎng)裂的瀝青道面可以進(jìn)行翻修處理；對(duì)于長距離路段滲水嚴(yán)重的瀝青道面則可以在已建成的道面上加鋪一層厚度約1.5～2.5cm的細(xì)粒式瀝青面層來進(jìn)行防水修復(fù)[7]。

對(duì)于水泥混凝土道面，若道面滲水處縫隙多為表面裂隙且縫隙寬度不超過0.5 mm，可以采用壓注灌漿法，在裂隙處壓注黏滯性強(qiáng)的堵漏劑進(jìn)行堵漏。對(duì)于一些裂隙寬度較大的則需要采用擴(kuò)縫灌漿法等進(jìn)行修復(fù)。

對(duì)于一些隧道內(nèi)道面滲水情況，堅(jiān)持著“以堵為主，堵排結(jié)合”的原則，除開向裂隙處注入堵漏劑進(jìn)行堵漏或加鋪瀝青層外，還可以在隧道內(nèi)外設(shè)置井點(diǎn)來進(jìn)行排水以減少道面積水，緩解滲水情況。

3.2 管道滲水情況的修復(fù)

一些埋藏在道面下的排水管道可能會(huì)因年久失修或外部壓力等原因造成滲漏從而對(duì)交通設(shè)施造成破壞，所以對(duì)于一些滲漏較少的管道可以在確定滲漏位置后采用遇水快速凝固膨脹的堵漏材料進(jìn)行堵漏處理，然后再對(duì)管道進(jìn)行修復(fù)，但須對(duì)水壓、材料環(huán)保性能進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于管道大面積破壞的情況則只能進(jìn)行換管處理。

3.3 高溫情況的修復(fù)

供熱管線等高溫水滲漏，在裂隙縫寬5～10 mm且具有較大壓力的情況下，可以使用快速濾失固結(jié)堵漏材料ZYSD，從而快速堵漏；裂隙縫寬0.12～0.2 mm且周圍溫度偏高時(shí)，可以選用5%抗高溫剛性堵漏材料DXD與3%彈性堵漏材料TXD進(jìn)行復(fù)配，相較于其他材料具有更好的抗高溫高壓性；在裂隙縫寬2～5 mm且需快速堵漏的情況下，可以選用海泡石粘土水基鉆井液[8]，該堵漏劑在高溫高壓的情況下仍具有很好的流變性及強(qiáng)度。

3.4 地下工程滲漏的修復(fù)

由于地下工程其本身的特質(zhì)相較于地上工程而言整體工程對(duì)于防水性能的要求更高，所以對(duì)于防滲漏的防水材料也有更多要求。面對(duì)不同情況，防滲漏措施也相應(yīng)不同。

對(duì)于地下工程主體結(jié)構(gòu)上可能因施工造成蜂窩、孔洞等問題，從而引發(fā)滲漏的問題，可以采用全粘法鋪設(shè)堵漏劑進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)于堵漏劑可以選用柔彈性堵漏材料，該材料具有很好的彈性和韌性，可以更好地適應(yīng)地下工程所具有的高壓力的特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)有效封堵，并且加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，增強(qiáng)混凝土的抗裂性與抗?jié)B性，避免或減少因混凝土產(chǎn)生裂隙而造成的滲漏。對(duì)于一些最容易出現(xiàn)滲漏情況的細(xì)部結(jié)構(gòu)，如后澆帶、變形縫處若出現(xiàn)滲漏可以先將表面松散的混凝土及浮灰清理干凈后再對(duì)其進(jìn)行壓注灌漿法，對(duì)裂隙進(jìn)行修補(bǔ)并涂上防水層進(jìn)行加固[9]。

3.5 因?yàn)?zāi)害造成的滲漏

對(duì)于一些因地震、洪水等自然災(zāi)害所造成的道路滲漏情況很難馬上進(jìn)行修復(fù)，所以應(yīng)采取措施進(jìn)行臨時(shí)性的排水堵漏，然后依照滲漏原因進(jìn)行有針對(duì)性的修復(fù)措施。

對(duì)于堵漏材料的選取，首先要滿足原材料造價(jià)低、環(huán)保無毒、耐久性和抗壓性優(yōu)良等性質(zhì)。水泥類材料可以滿足以上特點(diǎn)，但是水泥類漿液顆粒較大，難以注入細(xì)微裂縫。所以經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)可以將硅酸鹽水泥二次研磨磨細(xì)后獲得超細(xì)水泥漿。這樣的水泥漿液顆粒細(xì)小，可以對(duì)細(xì)微裂縫進(jìn)行填堵，并且價(jià)格便宜，購買方便，是很好的灌縫堵漏的基質(zhì)材料。但由于普通硅酸鹽水泥凝結(jié)時(shí)間過長，所以為了滿足災(zāi)害發(fā)生時(shí)緊急堵漏、快速修復(fù)的要求，經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，將超細(xì)普通硅酸鹽水泥與自行磨細(xì)的、具有快硬早強(qiáng)特性的硫鋁酸鹽水泥復(fù)配，并在此基礎(chǔ)上摻入水性環(huán)氧樹脂[10]，可以在一定程度上縮短堵漏材料的凝結(jié)時(shí)間，還可以加入水性環(huán)氧樹脂，利用其黏滯性高的特點(diǎn)，降低堵漏材料的流動(dòng)，并且水性環(huán)氧樹脂所形成的聚合物膜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以改善堵漏材料的韌性，加強(qiáng)其抗折強(qiáng)度。但是對(duì)于因?yàn)?zāi)害導(dǎo)致交通設(shè)施損害從而發(fā)生滲漏的情況，利用堵漏材料進(jìn)行堵漏只是暫時(shí)性的，需跟進(jìn)滲漏特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究。

4 結(jié)束語

交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施滲漏問題是工程建設(shè)中常見的問題，也是工程建設(shè)過程中始終存在的痛點(diǎn)與難點(diǎn)。由于滲漏發(fā)生的條件與影響因素較為復(fù)雜，而交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是一個(gè)較為系統(tǒng)性的工程，并且滲漏發(fā)生的時(shí)間貫穿于整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施的生命周期，因此在設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段及之后的運(yùn)行維護(hù)階段，需要盡全力地避免滲漏問題的發(fā)生，當(dāng)滲漏發(fā)生時(shí)，盡快地找出滲漏原因，盡可能地規(guī)避滲漏帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

本文通過對(duì)交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施中常見滲漏問題的調(diào)查，將滲漏問題按照滲漏的來源、滲漏發(fā)生時(shí)滲漏水的滲漏方向等進(jìn)行分類，也簡(jiǎn)單地介紹了一些國內(nèi)外對(duì)于快速堵漏材料的相關(guān)研究成果，可以發(fā)現(xiàn)目前快速堵漏材料種類多樣，對(duì)于一些常規(guī)的滲漏問題都能達(dá)到很好的防治效果。對(duì)于在高水壓等不利條件下，水泥漿等防滲止漏材料就容易被沖蝕稀釋，從而導(dǎo)致出現(xiàn)效果減弱的現(xiàn)象。而化學(xué)類堵漏劑在高溫、高壓等不利條件下，則會(huì)降低其耐久性及抗壓能力，加之化學(xué)類止漏材料的產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，為達(dá)到相應(yīng)的使用效果需要做相應(yīng)的針對(duì)性改進(jìn)，使得該種材料的經(jīng)濟(jì)成本更高。因此，目前開發(fā)具有耐高水壓、耐高溫、強(qiáng)度高等性能，及更加經(jīng)濟(jì)且適用于交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施快速堵漏的材料還是大有可為的。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及保護(hù)環(huán)境的需要，快速堵漏材料未來會(huì)向著更加綠色、高效，更具綜合性的方向發(fā)展，并具有廣闊的應(yīng)用前景。