第二十六講：泵站建筑物老化病害及其除險加固

主講人：陳 堅

一 泵站建筑物老化病害綜述

泵站樞紐由許多建筑物組成，常見的泵站建筑物分為進水建筑物、泵房和出水建筑物等。其中泵房用來安裝水泵主機組、輔助設備、電氣設備及其他設備，是泵站中最重要的建筑物；進水建筑物一般有前池、進水池、進水流道或吸水管等；出水建筑物有出水流道或出水管路、壓力水箱及穿堤建筑物、出水池和出水渠等。

建筑物的老化病害是指建筑物或設備在正常運行情況下，由于物質磨損和自然侵蝕致使功能逐步喪失的過程。 “病害”廣義上的理解不僅包括 “老化” （與時間的流逝有關）所反映的特征，而且也包括其他所有不利于正常工作的異常現象。建筑物或設備在運行過程中表現出來的這些缺陷 （包括內傷和外傷，通常與其設計狀況比）應得到及時處理，否則會影響使用壽命。

泵站建筑物老化病害主要表現在：建筑物整體穩定性不足，地基不均勻沉降，混凝土構件斷裂、失穩和變形以及建筑物裂縫和滲漏等。

二 地基的防滲與加固處理

1.地基滲透破壞的類型

同其他建筑物一樣，滲透破壞對泵站的安全影響很大，特別是建于粉砂土地基上的泵站，由于防滲設計不當、施工質量不好或規劃數據改變，致使發生滲透破壞的現象時有發生。從滲透破壞發生的機理看，分為流土、管涌、接觸沖刷、接觸流土等四種破壞，但對黏性土只有流土、接觸沖刷或接觸流土三種破壞形式，不可能產生管涌破壞。

2.防滲處理的設計與施工

（1）抗滲設計的基本原理

滲透破壞的除險加固應從兩方面著手：一方面提高泵站堤身和堤基抵抗滲透破壞的能力，如提高填土密度、消除堤身堤基隱患、放緩邊坡等措施；另一方面降低滲流的破壞能力，即降低滲流出口比降和堤身的浸潤線，這應遵循“前堵后排、反濾料保護滲流出口”的滲流控制原則，并根據工程地質條件、出險情況和泵站所處堤段的重要程度選擇合理的滲流控制措施。“前堵”就是在泵站出水側采取防（截）滲措施，如設防滲鋪蓋、布置防滲斜墻等；“后排”即在泵站進水側采取導滲和排水減壓措施，如在進水池底板適當位置設反濾層、在堤后式泵房后墻設排水減壓溝、減壓井等。泵站滲透破壞的加固應根據現有泵房的基礎，結合進出水池的修補或重建，重新復核并布置地下輪廓線。應考慮防滲與導滲相結合在泵房的出水側布置防滲設施，在進水側布置排水設施。防滲排水布置應按《泵站設計規范》（GB/T 50265—97）中的有關規定執行。

（2）泵房防滲長度的校核及地下輪廓線設計

泵房地下輪廓線是指進水池、泵房、出水池等不透水結構的垂直橫斷面與地基接觸線。在泵房進、出水池水位差ΔH的作用下，泵房地基內將產生滲流，并從進水池反濾層中的排水孔逸出，泵房地下輪廓線即為滲流的第一根流線，其長度稱為泵房的防滲長度。泵房的防滲長度計算可用改進阻力系數法計算，計算出的防滲長度必須小于地下輪廓線長度。

所謂地下輪廓布置，是根據設計要求和地基特性，并參照已建工程的實踐經驗確定泵站基礎防滲的輪廓形狀和尺寸。對于更新改造泵站，由于泵房基礎不能改變，這里的地下輪廓布置只能根據現有泵站的實際情況，結合進、出水池的修復與重建進行，布置的總原則是防滲與導滲的結合，即在泵房的出水側布置防滲設備，用來延長滲徑、減小底板滲透壓力，降低泵房基礎內平均滲透坡降；在泵房的進水側布置排水和反濾層，使進入地基的滲流盡快地排出，以減小滲透壓力和防止發生滲透變形。

不同土壤特性的地基，地下輪廓的布置方法不同：

①黏性土地基。防滲布置主要考慮降低滲透壓力，增加泵房的抗滑穩定性。可將排水設施延伸到泵房的底板下，同時為防止打樁造成黏土的天然結構遭受破壞，黏土地基一般只設水平鋪蓋而不用板樁。

②砂性土地基。易產生管涌，防滲布置主要是考慮防止產生滲透變形。當砂層較厚時，可采用鋪蓋與板樁結合的布置形式，排水設施布置在泵站的進水池內，必要時還可在鋪蓋始端增設短板樁以延長滲徑。如砂層較薄 (4～5m以內)，下面有相對不透水層時，可用板樁將砂層切斷。對于粉砂地基，為了防止地基液化，通常采用封閉式布置，即用板樁將泵房四周圍護起來，板樁長度應超過粉砂地基的液化深度。

③特殊地基。在弱透水的地基下有透水層特別是當該層含有承壓水時，應設置穿過弱透水層的垂直排水以便將承壓水引出，防止進水側土層被承壓水頂起而發生流土。當地基為不同性質的沖積層而水平向的滲透性大于垂直向的滲透性時，應布置垂直排水以降低層間滲透壓力。

3.地基的加固處理

（1）泵房的不均勻沉陷及處理

當泵站基礎出現不均勻沉陷時，首先應探明地基的地質情況。對基礎承載力不足出現不均勻沉陷的泵房，在基礎處理前應結合沉陷觀測資料，判斷沉陷是否穩定。對沉陷未穩定的基礎處理應根據已探明的地質情況，采取相應的地基處理方法；沉陷已接近穩定的基礎處理，一般是處理底板與邊墻的裂縫或加厚底板等。

對于濕陷性黃土地基、膨脹土地基等特殊地基，應按有關規范要求，慎重選擇處理方法。應明確振沖法、高壓噴射灌漿法、強夯法、鉆孔灌注樁法、沉井法、射水地下成墻法等各地基處理方法的特點和適用范圍，因地制宜地選用地基處理方法。

（2）泵房的傾斜與糾偏

由于泵房長時間浸泡在澇水或漬水中，地基產生濕陷；或由于泵房地基流土管涌遭受滲透變形等原因，都可能導致泵房傾斜或失穩。泵房傾斜有以下三種基本形態：

①單側傾斜 (縱向或橫向一側存在傾斜)。②雙側傾斜 (縱向和橫向兩側都存在傾斜)。③扭曲 （除了雙側傾斜外，還因地基不均勻沉陷，局部產生縱向位移）。

泵房傾斜引起的直接后果是機組軸線不垂直，影響主機組的正常運行或閘門槽變形，閘門卡死，啟閉困難。因此泵房更新改造時需要進行糾偏處理。泵房糾偏是一項技術難度較高、風險較大的非常規處理技術，糾偏能否成功首先在于根據傾斜泵房的具體情況、土質條件和形成原因等選擇合適的糾偏方法。目前在房屋建筑中已經使用過的糾偏處理方法大致可歸納為：①基土促沉法；②基土加固法；③結構物頂升法；④結構物基礎減壓和剛度加強法；⑤綜合法，即根據需要同時或先后采用幾種糾偏方法。

三 建筑物裂縫處理

1.建筑物裂縫的修補

建筑物裂縫在大中型泵站中普遍存在，且多出現在泵站流道、電機大梁、擋水墻等關鍵部位。混凝土開裂從一定程度上破壞了結構的整體性，導致鋼筋銹蝕，降低了承載力，影響結構使用壽命。對于泵站更新改造，水工部分不可能作大的變動，也不太可能拆除重建，為了恢復其功能和完整性，延長使用壽命，就必須對混凝土裂縫進行修補。具體方法包括：

①表面修補法。適用于承載力對裂縫無影響或穩定的表面裂縫處理。表面一般可涂抹水泥砂漿、丙乳砂漿、環氧砂漿等。

②充填法。適用于獨立的、寬度較大的裂縫處理。一般施工步驟為：鑿嵌縫—施工前檢查—清理接縫—設置密封襯墊材料—粘貼遮擋布—涂刷基層涂料—嵌入充填材料—遮擋條的摘除—養護—罩面保護。

③灌漿法。適合于對結構整體性有影響及有防水、防滲要求的深層裂縫及內部缺陷的修補。灌漿法一般分化學灌漿和水泥灌漿兩類。其施工步驟為：鉆孔埋管—嵌縫止漿—壓水 (或壓氣)檢查—灌漿。

④錨固法。當開裂部位的配筋量不足、混凝土構件抗彎強度不夠時，可用此法。施工步驟為：跨裂縫打斜孔—孔內注入高強漿液—孔內伸入錨固筋—對裂縫進行灌漿處理。

⑤粘鋼法。是用建筑膠黏劑將鋼板或鋼帶粘貼在構件表面的一種加固方法。粘鋼法與錨固法都適用于混凝土承受荷載能力不足的結構修補，但粘鋼法主要用于梁柱裂縫的修補，而錨固法主要用于底板裂縫的修補。

⑥粘貼纖維布法。這種方法既能起到防滲補強的作用，又能解決粘鋼 （輸水洞）施工難的問題，作用與粘鋼的原理相同，其好處是不會減小過水斷面，而且糙率低，并且已有成功的經驗。

⑦加大截面法。就是在原混凝土構件的外面包裹一定厚度的混凝土或鋼筋混凝土，以提高其強度和剛度的修補方法。一般只有在用粘鋼法和錨固法不具備施工條件時才考慮用加大截面法。

同時，裂縫修補時間的選取也要合適：對穩定不再發展的靜止裂縫，可依裂縫粗細選擇修補材料和方法及時修補；對時張時閉的活動裂縫應先消除其成因并觀察一段時間，確認其進入穩定狀態后，再使用具有彈性和柔韌性的材料進行修補；對尚在發展的裂縫應待其停止發展后再進行修補或加固。

2.底板裂縫的處理

底板若出現裂縫，要檢查裂縫的位置、長度、寬度、裂縫出現的時間和穩定的情況，裂縫有無滲水，滲出水是清水還是渾水等，據以分析裂縫的原因和危害性，進而研究修補方法。

若裂縫在施工期間產生，底板還處于干燥狀態，面上污垢雜質較少，這時處理比較容易；若裂縫在使用期間發現，則需修筑圍堰，把基坑水排干后再進行施工。

底板裂縫修補的方法通常有如下幾種：

①纖維布粘貼法。如裂縫較小、縫寬在0.5～3 mm之內、長度尚未貫穿底板全寬且無滲漏水，可采用粘貼法修補。

②灌漿嵌縫法。若裂縫較大、縫深已貫穿底板，縫長呈通縫且縫寬在5 mm以上有滲水現象，應先灌漿后用瀝青水泥砂漿和水泥砂漿堵塞縫口。

③面層加厚法。由于鋼筋下沉或面層布筋不足引起的底板面層裂縫，往往條數較多，走向不定，危害較大，對這種裂縫，常用面層加厚法進行處理。

④氰凝堵漏劑灌漿。由于氰凝遇水即反應凝固，生成不溶于水的凝固物，故適用于建筑物裂縫的堵漏，或用于表面涂抹止漏，同時也適用于地基土壤加固、水管快速修堵、樁尖加固等。

四 建筑物滲漏處理

1.混凝土滲漏處理

混凝土滲漏的原因是多方面的，普通混凝土因本身存在氣孔和氣隙，在水壓力作用下具有一定的滲透性，如在設計和施工中存在缺陷，或在運行中遭受意外破壞作用，都會導致建筑物混凝土發生滲漏。滲漏處理的基本原則是 “上截下排”,“以截為主，以排為輔”，在制定處理措施時，應根據滲漏的部位、危害性，以及修補條件等實際情況而定。

對于墻身的滲漏處理，主要措施是在上游面封堵。在迎水面堵截可直接阻止滲漏，可以防止墻身混凝土侵蝕，降低滲透壓力，有利于墻身穩定。對迎面封堵有困難，而且滲漏水在建筑物體內不影響結構穩定的，如涵洞、壓力水箱等，也可以在背水面截堵，以減少或消除漏水，改善工程運行條件。

對于底部基礎滲漏的處理，以截為主，以排為輔。排水雖可降低基礎揚壓力，但會增加滲漏量，甚至引起滲透變形，故需慎重考慮。

混凝土滲漏的處理措施，主要有以下幾種：

①快凝水泥封堵。沿漏水裂縫在混凝土表面鑿成“V”形槽，并在裂縫滲漏集中部位埋設引水管。然后用舊棉絮沿裂縫填塞，使漏水集中從引水管排出，再用快凝水泥砂漿或防水快凝水泥砂漿迅速回填封閉槽口，最后用木塞將引水管封堵。

②環氧膠粘貼橡皮處理。先沿裂縫鑿出寬4c m、深2 cm的槽口，沖冼干凈并烘干后在槽內涂一層環氧基液，隨即用環氧水泥砂漿抹平，待表面凝固后，灑水養護3天。

③水泥灌漿處理。此法適用于直徑較大的涵洞洞身的一般性裂縫止水。在水泥灌漿前，先沿洞壁裂縫處鉆孔，孔深以不打穿洞壁為限，按梅花形布置，用水泥漿灌滿，再用木塞封堵孔口，待漿液已終凝，尚要沿裂縫重新鑿槽，用高標號水泥或環氧砂漿封堵即可。

④化學灌漿處理。先鑿槽嵌堵裂縫,再沿裂縫粘貼灌漿管嘴進行灌漿。灌漿1～2天后，將管嘴拔下，并用環氧水泥漿填平壓實，最后沿整個封閉帶均勻涂刷一層環氧基液即可。

2.止水縫、伸縮縫滲漏處理

在伸縮縫內補灌瀝青，縫口用橡皮壓帶護蓋。對重要的水平止水部位，處理時可先淘出原縫中的老化瀝青或淤泥，補灌瀝青后，再在混凝土面層鑿槽，補埋水平止水。

3.基礎滲漏處理

上游增加鋪蓋長度或進行帷幕灌漿，下游加做反濾器排水層，以增加滲徑長度，減少滲透壓力，降低基礎滲透坡降。

4.涵洞漏水處理

直徑較大的涵洞，人可以進入者，可采用水泥砂漿涂抹法修補，也可采用環氧水泥砂漿涂抹法修補。方形涵洞如果頂板斷裂，可在洞內用鋼柱臨時支撐。

若洞徑小而人不能入內修補時，只能將堤身挖開，清除破碎涵管，換上新管，做好接頭，然后復堤。

5.閘門漏水處理

有止水橡皮的閘門，可用墊高、降低或移動閘門止水橡皮的辦法來湊合岸墻止水面，以達到接觸嚴密不漏水的要求。修理時，先將閘門關上，并在上游側用撐桿撐住閘門，使其與岸墻止水面緊密接觸，再用手電作透光檢查。凡有光線透過的漏水處，均用塞尺測出縫隙寬度，并記錄在閘門上。然后松動止水橡皮的聯結螺絲，墊高、降低或移動橡皮，使之與岸墻止水面緊密接觸。

五 對建筑物結構損傷的加固處理

建筑物結構損傷首先應通過調查診斷，確診后尚未構成危害的應采取對策予以防護，已構成危害但可以恢復的應及時進行加固。

針對泵站建筑物最常見的幾種主要損壞形式及存在問題，更新改造中可采取的方法和措施有：

①應根據泵站更新改造設備的布置要求，依據標準重新核定泵房的尺寸。對空間不足或對設備布置有困難的，應優先考慮增設副廠房，并滿足消防、散熱、通風和采光等要求。

②對墻體的加固。泵房墻體破壞較多的是開裂和歪閃，加固前應分清哪些是承重墻，哪些是非承重墻。加固的方法有磚補縫、鋼筋拉固、增加附壁柱和扶壁垛等。

③對樓蓋或屋蓋的加固。如預制板被拉開、破損等，在清理干凈后可用水泥砂漿重新填實、配筋加厚的辦法。對損壞嚴重的樓蓋、屋蓋，可根據損壞情況處理，必要時應拆除重建。

④泵房抗震加固。這類加固需在調查檢測、計算分析的基礎上，對產生多種受力、變形裂縫的混凝土構件提出有針對性的加固施工方案及合理的施工流程，包括可能采用的錨桿靜壓樁托換地基加固、鉆孔取土迫降糾傾、砌體配筋水泥砂漿面層加固、砌塊混凝土灌芯加固，以及外貼式構造柱的施工方法及主要技術措施。