漢江干堤澤口閘伸縮縫滲水處理方案

朱淼煌，楊靜蕓，謝 偉，陳 雷，翁朝暉

（1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,湖北 武漢 430070；2.武漢市蔡甸區(qū)河道堤防工程管理總段,湖北 武漢 430010）

0 引言

但在大中型多孔涵閘中,為適應(yīng)地基不均勻沉降,常在閘墩中間或相鄰建筑物間設(shè)置結(jié)構(gòu)伸縮縫,其伸縮縫止水破壞而滲水同樣也嚴(yán)重影響著涵閘的安全運(yùn)行。適宜的防滲加固處理技術(shù),對(duì)保障涵閘安全可靠運(yùn)行,有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過漢江干堤澤口閘伸縮縫滲水問題出發(fā),進(jìn)行涵閘伸縮縫止水滲漏處理設(shè)計(jì),為類似水工建筑物伸縮縫滲水處理提供了一種解決辦法。

1 工程概況

澤口閘位于潛江市境內(nèi)漢江干堤右岸218+050 處,是漢南灌區(qū)的重要引水涵閘。現(xiàn)有涵閘兩座,澤口閘（新）位于澤口老閘（現(xiàn)作為反壓閘使用）上游側(cè),其閘室與老閘上游護(hù)坦相接,是集灌溉與防洪為一體的中型涵閘。澤口閘于1987 年動(dòng)工新建,竣工于1989年9月,共6孔,單孔尺寸5.0 m×4.0 m,三孔一聯(lián),總凈寬30 m,閘室底板高程28.0 m,上游護(hù)坦板長38 m。閘室兩聯(lián)之間設(shè)置伸縮縫,位于中墩正中,閘墩厚2 m；閘室兩側(cè)各設(shè)3 節(jié)刺墻,分別長13 m、12 m 和12 m,總長37 m；左右翼墻為懸臂式擋土墻。

2 滲水險(xiǎn)情及原因分析

2021 年8 月,漢江流域發(fā)生多輪強(qiáng)降雨過程,形成超20 年一遇秋季洪水。受漢江上游強(qiáng)降雨及區(qū)間來水影響,澤口閘在近兩個(gè)月高水位運(yùn)行下出現(xiàn)了較嚴(yán)重的工程隱患。澤口閘中墩伸縮縫、左右岸邊墩各與第1 節(jié)刺墻接合部、右岸第1 節(jié)刺墻和第2 節(jié)刺墻接合部,共出現(xiàn)4 處接合部位滲水險(xiǎn)情。除中墩伸縮縫滲水流量為30 L/min 左右,其它3 處滲水量均為7 L/min 左右,且均為清水,見圖1。判定伸縮縫止水部分破壞,造成接合部位滲水。

圖1 澤口閘險(xiǎn)情滲水點(diǎn)示意圖

本次秋汛險(xiǎn)情,漢江水位38.26 m,澤口閘與老閘間水位33.5 m,澤口閘下游中墩高程37.00 m 伸縮縫處滲水,位于兩個(gè)水位之間,根據(jù)滲水的位置、水量、水的性狀等判斷垂直止水存在缺陷。澤口閘運(yùn)行至今以來,多次出現(xiàn)伸縮縫滲漏,其主要原因：

（1）澤口閘建成多年,其上下游水位變動(dòng)大,閘基持力層以淤泥質(zhì)土為主,地基多為透水性土質(zhì),長期運(yùn)行水閘易出現(xiàn)不均勻沉降,不均勻沉降使伸縮縫擴(kuò)大,止水材料斷裂而失效。

（2）混凝土振搗不密實(shí),止水材料與兩側(cè)混凝土粘結(jié)不緊密,再加上水流侵蝕作用,兩者局部錯(cuò)位而脫落,出現(xiàn)滲水、漏水現(xiàn)象。

（3）止水材料老化,韌性減弱,脆性增加,材料強(qiáng)度降低,容易拉裂,特別是邊墩與刺墻伸縮縫迎面橡膠止水帶。

3 伸縮縫滲水處理技術(shù)方案

3.1 方案比較及選取

目前針對(duì)伸縮縫滲水處理主要有兩種方法,一種是直接法,對(duì)止水直接進(jìn)行修復(fù)或加固,完善止水條件,該種方法受運(yùn)行、施工條件影響較大,對(duì)結(jié)構(gòu)有不同程度損傷；另一種就是間接法,對(duì)伸縮縫進(jìn)行封堵處理,這種方法工藝簡(jiǎn)單、易操作,適應(yīng)性強(qiáng),高效快速。

根據(jù)險(xiǎn)情分析的相關(guān)情況,針對(duì)伸縮縫滲水問題,考慮到直接對(duì)止水進(jìn)行加固難度較大,處理方案擬對(duì)伸縮縫進(jìn)行及時(shí)快速的封堵,封閉滲漏通道以有效地減少滲漏量。目前,結(jié)構(gòu)縫滲漏處理措施主要有涂刷法、粘貼法、灌漿法、鑿槽嵌填法等。根據(jù)本工程特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)情況,結(jié)構(gòu)縫長期位于水位和填土以下,為解決伸縮縫滲漏問題,處理方案措施進(jìn)行比較,可采用的處理措施主要有以下幾種：

（1）涂刷法、粘貼法、鑿槽嵌填法：均在結(jié)構(gòu)縫縫口表面進(jìn)行處理。在中墩和刺墻上游結(jié)構(gòu)縫處粘貼止水材料,防止水進(jìn)入結(jié)構(gòu)縫中,達(dá)到堵漏效果。

（2）化學(xué)灌漿法：在結(jié)構(gòu)縫處垂直騎縫鉆孔灌注水溶性聚氨酯,利用聚氨酯遇水后自行分散、乳化、發(fā)泡,立即進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),形成不透水的彈性膠狀固結(jié)體的特性,達(dá)到堵漏效果。

3.2 滲水處理措施

3.2.1 灌漿材料

根據(jù)澤口閘險(xiǎn)情,需快速封堵滲水,且縫隙充填材料需抗壓、牢固可靠,具有親水性等需求。水溶性聚氨酯是KAY-1 親水性聚氨酯和KAY-2 疏水性聚氨酯按一定比例制備的混合物,具有良好的親水性,遇水易形成彈性體和膨脹體[1]。灌漿材料優(yōu)先選擇水溶性聚氨酯,能與水反應(yīng)迅速封堵大壓力漏水。該材料的固結(jié)體強(qiáng)度高、彈性好,與混凝土等材料粘結(jié)力強(qiáng),而且其粘度可調(diào),可漿性好,能滲入細(xì)小裂縫,可快速止水堵漏,無毒、無污染。

3.2.2 中墩滲水處理

針對(duì)中墩第二道垂直止水損壞,在中墩第二道垂直止水前側(cè)垂直騎縫鉆孔,灌注水溶性聚氨酯。便于施工機(jī)械、人員操作以及避開原測(cè)壓管,騎縫灌漿孔（孔位中心）距離第二道垂直止水上游側(cè)120 cm,灌漿孔上、下端設(shè)置封閉孔,與灌漿孔孔中心間距分別為20 cm。封閉孔與灌漿孔孔徑均為5 cm,起鉆高程均為檢修平臺(tái)44.40 m,鉆孔底高程距離水平止水20 cm,鉆孔深度至27.90 m,鉆孔長16.5 m,見圖2,圖3。封閉孔填充浸泡的土工布,待封閉孔填充密實(shí)后方能進(jìn)行灌注孔灌注。

圖2 中墩伸縮縫灌漿孔位圖

圖3 大樣圖A

3.2.3 刺墻滲水處理

澤口閘刺墻有3 處滲水,分別為左岸邊墩與第一節(jié)刺墻接合部、右岸邊墩與第一節(jié)刺墻接合部、右岸第一節(jié)刺墻和第二節(jié)刺墻接合部位。在交通橋（高程▽44.40 m）上刺墻垂直止水背水側(cè)垂直騎縫鉆孔灌注水溶性聚氨酯。灌漿孔位于垂直止水下游側(cè)12 cm。由于刺墻墻體只有60 cm,考慮墻體較薄以及鉆孔孔斜因素,灌漿孔下端不再設(shè)置封閉孔,灌漿孔下游伸縮縫采用包裹兩層土工布的杉木板填塞封堵,填塞長度不少于10 cm。灌漿孔孔徑為5 cm,起鉆高程均為檢修平臺(tái)44.40 m,鉆孔深度至28.70 m（左、右岸邊墩與第一節(jié)刺墻）和30.60 m（右岸第一節(jié)刺墻和第二節(jié)刺墻）,鉆孔長度分別為15.7 m 和13.8 m。灌漿方式與閘中墩滲水處理相同,見圖4～圖6。

圖4 左右邊墩與刺墻伸縮縫灌漿孔位圖

圖5 右岸第一、二節(jié)刺墻伸縮縫灌漿孔位圖

圖6 大樣圖B

3.3 施工工藝

3.3.1 滲水處理工藝流程

本次澤口新閘滲水處理工藝流程包括：檢查漏水部位、清理縫面污物、騎縫鉆孔、封縫、灌注彈性聚氨酯、灌漿結(jié)束、水泥砂漿封閉和抹平以及注水試驗(yàn)。

3.3.2 前期準(zhǔn)備

對(duì)發(fā)生滲水的伸縮縫進(jìn)行仔細(xì)檢查,根據(jù)險(xiǎn)情確定漏水的具體位置。需要人工清理伸縮縫內(nèi)部分原嵌縫材料,清除表面的雜物,確保施工基面干凈。可以使用清潔工具,如刷子、高壓水（風(fēng)）槍等,將縫面污物徹底清除,以保證后續(xù)處理效果。

3.3.3 鉆孔

鉆孔之前,應(yīng)找專業(yè)測(cè)量人員對(duì)澤口閘中墩垂直度進(jìn)行測(cè)量,在確定水閘垂直偏斜度后才能定位鉆孔。在伸縮縫的兩側(cè)進(jìn)行騎縫鉆孔,使孔洞與伸縮縫相連,以利于后續(xù)的灌漿或封堵工作。騎縫鉆孔應(yīng)采用回轉(zhuǎn)取芯鉆機(jī),鉆孔前復(fù)核操作平臺(tái)高程,孔位偏差應(yīng)小于1 cm。鉆孔每回次進(jìn)尺長度宜小于1 m,并校正孔斜,每孔孔斜不超過1 cm,避免打斷鋼筋和止水。

在澤口閘檢修平臺(tái)（高程44.40 m）中墩之間的施工縫靠近下游測(cè)壓管側(cè)騎縫鉆孔（孔徑φ50 mm）,鉆孔分2 序進(jìn)行。1 序孔為垂直止水上、下游封堵孔,下游孔位中心距離原測(cè)壓管0.3 m,2 序孔為灌漿孔,孔位中心距離封堵孔中心0.2 m。鉆孔深度到達(dá)27.90 m 高程（距離底部水平止水約20 cm,確保不能破壞底板水平止水）。

3.3.4 封縫

（1）1 序孔為封堵孔,填充土工布。填料之前,需把土工布用水浸透剪成條狀物塞入1 序孔中,用橡膠錘壓實(shí)。每隔3 m 壓實(shí)一次,壓實(shí)后才能繼續(xù)填充直到高程44.40 m。1 序孔填充完成后方能進(jìn)行2 序孔灌漿,在灌漿之前,對(duì)封閉孔孔內(nèi)土工布再次灌水,使土工布保持濕潤。

（2）杉木板塞縫。塞縫之前,將選取適當(dāng)尺寸和厚度的杉木板,確保其能填滿伸縮縫的寬度和深度。同時(shí),杉木板應(yīng)具有一定的抗壓和耐水性能,以保證封堵效果的穩(wěn)定性和持久性。用水浸透土工布,其尺寸能夠完全覆蓋杉木板的表面,土工布的作用是增加填塞杉木板與伸縮縫之間的密實(shí)性和密封性,防止水的滲透和漏出。將包裹兩層土工布的杉木板逐一插入灌漿孔下游的伸縮縫中,確保其與伸縮縫的底部貼合緊密,采用橡膠錘將土工布的邊緣壓實(shí)、貼合伸縮縫表面,以加強(qiáng)封堵層的穩(wěn)固性和密閉性,以增強(qiáng)防漏效果。

3.3.5 注漿及封閉

（1）注漿之前需保持封縫材料濕潤,使得聚氨酯對(duì)濕潤基面親和力好,有利于形成封閉圈。

（2）水溶性聚氨酯灌漿材料的制備宜遵循“少量、多次”的原則,KAY-2 疏水性聚氨酯和KAY-1 親水性聚氨酯按配合比2∶1 進(jìn)行制備水溶性聚氨酯,其主要性能指標(biāo)見表1。

表1 水溶性聚氨酯主要性能指標(biāo)

（3）通過預(yù)埋的灌漿管往灌漿孔（2 序孔）灌注水溶性聚氨酯漿液,灌漿自孔底向頂面進(jìn)行,直至漿液充滿伸縮縫。灌漿壓力宜為0.3 MPa～0.5 MPa,在此壓力下,注入率不大于0.01 L/min 時(shí)繼續(xù)灌漿20 min,可結(jié)束灌漿。當(dāng)垂直高度的漿柱壓力大于或接近設(shè)計(jì)灌漿壓力時(shí),應(yīng)分隔灌漿段,并采取自下而上逐段灌漿。灌漿結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行掃孔復(fù)灌。

（4）灌漿結(jié)束后,清除灌漿管,并切除臨時(shí)封閉的聚氨酯,切除深度2 cm,清理切槽,再用1∶2 水泥砂漿填入封閉灌漿孔,最后抹平縫面。

3.3.6 壓水試驗(yàn)

灌漿完成后,需進(jìn)行一定的固化時(shí)間,確保灌漿材料充分固化,并進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),以確保伸縮縫滲水處理達(dá)到預(yù)期的效果。固化時(shí)間7 d 后,在灌漿孔上游伸縮縫處進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

通過壓入水到伸縮縫中,壓水不大于灌漿壓力的80%,觀察和測(cè)量水的滲透情況,判斷聚氨酯灌漿材料的封堵性能和水密性能。①滲透情況：觀察閘下游伸縮縫處周圍是否有水滲出的跡象,包括水滴、水流或濕度變化等。②水位變化：測(cè)量水位變化情況,例如水位下降速度、水位穩(wěn)定時(shí)間等,以評(píng)估滲水處理效果的持久性。

4 結(jié)語

通過對(duì)澤口閘伸縮縫滲水問題的分析和研究,采用水溶性聚氨酯的化學(xué)灌漿方法處理結(jié)構(gòu)伸縮縫滲漏問題,形成了滲水處理工藝,有效解決了水閘伸縮縫的滲水問題。實(shí)際工程應(yīng)用實(shí)踐表明,澤口閘伸縮縫滲水達(dá)到了很好的處理,水溶性聚氨酯能夠有效提高水閘伸縮縫的密封性和防水性能,該方案具有施工操作簡(jiǎn)便、成本相對(duì)較低、施工周期短等優(yōu)點(diǎn),其處理方案可為類似問題提供有益的借鑒。