灌區節水改造倒虹吸工程伸縮縫滲漏修補處理應用試驗研究

蔣雪梅

（遼寧省東港市財政局工程投資審核中心 遼寧 東港 118300）

倒虹吸主要用于農田水利工程中。倒虹吸是保證灌溉工程中渠道與道路、河流發生交叉或在渠道穿越山谷時行水通暢的一種立交水工建筑物。遼寧某灌區續建配套與節水改造工程倒虹吸工程改建完成后運行期間出現了滲漏，四條伸縮縫的上部水平縫和兩側垂直縫均不同程度出現滲漏現象，伸縮縫的底板部分未見明顯滲漏。由圖紙及現場查勘可知倒虹吸的四條伸縮縫的上部水平縫和垂直縫部位共計52m的長度范圍內滲漏嚴重，必須進行處理。經過采用化學灌漿+表面高強砂漿封堵+表面涂布單組份聚氨酯材料的方法修補處理后，工程運行恢復正常。

1 工程概況與滲漏分析

1.1 工程概況

遼寧某灌區續建配套與節水改造工程倒虹吸工程主要建筑物級別為4級，改建后的倒虹吸中軸線與原中軸線（渠道中心線）對齊，泄水閘位置不變，倒虹吸進口閘位置距離泄水閘不變。倒虹吸工程墊層混凝土C10，上下游渠道護腳、進出口翼墻與渠道護坡連接處、人行交通橋兩頭臺階處埋石混凝土強度等級為C20，其余部位為C25，矩形鋼筋混凝土倒虹吸管抗凍等級為F150，抗滲等級為W6。矩形鋼筋混凝土倒虹吸管保護層厚度為30mm。矩形鋼筋混凝土倒虹吸管管節之間分縫縫寬20mm，縫內使用瀝青麻繩填塞；其余分縫縫寬20mm，縫內使用566型聚乙烯閉孔泡沫板填塞。泄洪閘閘體與消力池、倒虹吸進出口23.60m高程以下所有混凝土之間分縫處均設有P651型橡膠止水，矩形鋼筋混凝土倒虹吸管之間分縫及其與進出口墩、鎮墩之間分縫處均設有止水銅片，銅片埋深20cm，寬度20cm。該工程改建完成后運行期間出現了滲漏，四條伸縮縫的上部水平縫和兩側垂直縫均不同程度出現滲漏現象，伸縮縫的底板部分未見明顯滲漏。由圖紙及現場查勘可知倒虹吸的四條伸縮縫的上部水平縫和垂直縫部位共計52m的長度范圍內滲漏嚴重，必須進行處理。

1.2 滲漏現象及原因分析

根據現場查勘結果分析得知，主要的滲漏原因有：

（1）聚乙烯閉孔泡沫板缺失。

聚乙烯閉孔泡沫板未能適應北方地區的環境，在施工期間，未能保持較好的形狀和位置，多處出現了嵌縫泡沫板與兩側混凝土縫隙較大，被管體外淤泥及雜物夾塞的現象。兩個管體中間的伸縮縫嵌縫泡沫板大部分收縮變形，失去嵌縫作用，泡沫板與混凝土之間夾雜大量魚蝦和木棍、枯草等污物，在行水期間兩個管體的水流互有交換，影響正常行水，加劇嵌縫材料缺失。在冬季條件下，由于天氣等原因，管體內水位并不保持恒定，處于冰層以下的所有伸縮縫被淤泥填塞，處于冰層以上的伸縮縫受到凍脹損害，由于嵌縫材料的缺損，結冰體和淤泥充填的伸縮縫兩側混凝土不斷遭受凍脹力的破壞，有些地方出現了縫口破碎的現象。

（2）聚乙烯閉孔泡沫板改用建筑模板帶來隱患。

由于在施工過程中，在頂部水平段不能很好地固定閉孔泡沫板，施工中改用9cm厚度的建筑模板填塞頂部水平伸縮縫，由于模板含水，在冬季工況下，伸縮縫受到含水模板的膨脹壓力作用，加大了頂部伸縮縫的破壞。

（3）止水銅片部分止水失效。

埋設于矩形鋼筋混凝土倒虹吸管之間分縫及其與進出口墩、鎮墩之間分縫處的止水銅片，銅片埋深20cm，寬度20cm。由于銅片施工過程中出現了移位，澆筑振搗不密實等缺陷，導致部分銅片止水失效，銅片位置錯位。

（4）河流的季節性變化帶來內外壓差交替變化。

夏季，倒虹吸運行期間，渠道的水位高于上部河流的水位。在出現嚴重滲漏的伸縮縫部位會有大量的渠道水進入河流；冬季時候，由于河流的水位高于管體內的水位，在河底沒有完全結冰的狀態下，伸縮縫部位可見河流的水和淤泥壓入縫里，在銅片失效部位進而壓入管體內部，填充泡沫板與混凝土之間的縫隙。

（5）管理難度加劇冬季混凝土及伸縮縫損害。

據調查了解，每逢冬季，管體內會匯集大量的魚蝦，當地農民會在冬季抽水鑿冰撈魚，這種抽水方式會導致管體內壓力短時間左右失衡，同時管體內除底部淤泥層外大部分處于結冰狀態。

2 修補設計與施工處理

2.1 滲漏處理設計

經過現場勘查及滲漏分析，經多次討論，擬定兩個方案進行處理，詳細如下：

圖1 化學灌漿施工工藝示意圖

圖2 注漿孔布置圖

表1 伸縮縫灌漿效果檢結果

方案一：伸縮縫內部采用化學灌漿+表面高強砂漿封堵+表面涂布聚氨酯材料；

方案二：伸縮縫內部采用化學灌漿+表面高強砂漿封堵+GB柔性材料+表面錨固U型鋼板。

因為管體混凝土的最大厚度為40cm，且管體內聚集有大量的塑料、泡沫、樹根、草堆等雜物，使用錨固鋼筋和螺栓時會掛扯許多這些雜物。經過現場試驗段對比試驗總結，結合倒虹吸的實際運行情況最終確定，保留方案二中GB柔性材料一項，在泡沫板缺損嚴重的部位使用GB柔性材料進行合理填充，其余部位仍然采用方案一進行修補處理。

由以上最終方案可見，施工中涉及到的施工項目有：化學灌漿；混凝土缺陷修復（聚合物混凝土、高強砂漿、鋼塑纖維混凝土等材料進行缺陷填補）；排水、導流；伸縮縫處理（GB等柔性嵌縫材料填充）；表面封閉（表面防護）。

2.2 修補施工

2.2.1 化學灌漿

使用高壓灌漿設備將柔性化學漿液灌注到伸縮縫內部進行封堵止水，采用的化學漿液具有一定的強度，且具有適應變形的能力。化學漿液為遇水膨脹型的聚氨酯柔性材料，固結后的彈性體能夠較好地填充伸縮縫內部空間。

化學灌漿施工的工藝流程的關鍵步驟為：施工準備→查縫定位→布孔→鉆孔→鉆孔清理→安裝檢查嘴→壓水、壓氣檢查→安裝灌漿嘴→裂縫表面臨時性封堵→漿液配制→灌注漿液→質量檢查（壓水檢測、取芯檢測）→去除表面臨時性封堵并打磨混凝土表面、表面封堵和驗收。施工工藝見圖1。

因為結構縫的嵌縫材料一般為防滲材料，因此灌漿孔的布置需采用結構縫兩側均勻布置的原則，其鉆孔布置見圖2。

對于結構縫頂部裂縫開裂寬度大于0.5mm以上的部位在注水檢查完成后進行表面臨時剛性封堵，表面粘貼處理前再清除臨時剛性封堵材料。

結構縫由下至上一次灌漿，灌漿壓力由底向高逐漸上升，先灌深孔，從下層進漿開始灌漿，待上層回漿管排出孔內水、氣后，封閉回漿管。根據吸漿量情況逐步升至設計壓力，當吸漿率小于1ml/min時，保持壓力延續灌注3min～5min即可結束灌漿，4h～5h后檢查灌漿效果，對管口不飽滿的膠管進行第二次灌漿直至飽滿。

本工程中根據灌漿設備、混凝土厚度及灌漿工藝，選擇伸縮縫兩側同時進行單孔灌漿。每側單孔從下向上灌漿。灌漿順序為由下向上，單孔逐一連續進行。當相鄰灌漿孔開始出漿并且壓力達到0.5MPa后，保持壓力12min～15min，即可停止該灌漿孔灌漿，移至相鄰灌漿孔灌漿，直至最上部位兩側灌漿孔同時灌漿完成。

2.2.2 混凝土局部缺陷修復

伸縮縫縫口附近的混凝土使用聚合物混凝土、高強砂漿（聚合物/鋼塑/聚合物纖維砂漿等）、鋼塑纖維混凝土等材料進行凍融剝蝕等局部缺陷填補、修復及養護。保證表面封堵的基礎面是平整的。

2.2.3 排水與導流

現場施工時間是在3月至4月份，施工期間雖經過清理，但管體內仍然有大量的結冰體，經過管體內外取暖保溫后，同時隨著天氣的不斷轉暖，結冰體不斷融化，管體內排水與伸縮縫部位導流隨工程同時進行。

有明顯滲水和明流出口的伸縮縫區域進行適當導流，臨時性導流采用口徑為1cm/2cm的軟塑料管+滲流處封堵來引流，以保持工作面干燥可進行其他作業。塑料管的口徑和外露長度依據現場條件確定為3cm。

2.2.4 柔性嵌縫材料填充

去除結構縫中失效的填充材料，用柔性填料重新填好，頂口與原基面齊平，結構縫止水失效的部位進行必要的灌漿和導流，其表面使用聚氨酯材料進行封閉。

2.2.5 表面封堵（表面防護）

表面聚氨酯粘貼處理工藝流程包含打磨、涂布界面劑、涂布多遍聚氨酯等。

使用聚氨酯材料進行表面粘貼，固化后的聚氨酯涂膜平均厚度不小于2mm，一般性裂縫開口部位表面涂膜厚度在3mm～4mm，聚氨酯涂刮寬度不小于30cm，聚氨酯涂層邊緣與裂縫縫口距離不小于15cm。

界面劑要求涂刷均勻，無漏涂，盡量薄涂，涂刷界面要保持干燥無明水。

在界面劑表干但未全面固化之前（以界面劑涂層與手部有少許沾粘，但不完全沾手為宜）涂刮第一遍聚氨酯，在一小時內，將胎基布（15cm寬）用抹子輕輕按壓在第一遍聚氨酯上面，保持胎基布上表面與聚氨酯上表面齊平。

在第一遍聚氨酯表干后，在其表面涂刮第二遍、第三遍、第四遍聚氨酯，要求在裂縫上表面中間部位涂刮固化后的聚氨酯涂層厚度保持在3mm～4mm，收邊部位涂刮固化后的聚氨酯涂層厚度保持在2mm以上，收邊部位必須填勻、填實，聚氨酯涂層與收邊縫外側混凝土保持光滑過渡。

3 修補試驗結果與質量分析

3.1 灌漿處理施工質量評價

3.1.1 伸縮縫處理分部工程質量評定

（1）有效檢查孔發現有化灌漿液充填的伸縮縫數應達到有效檢查孔發現裂縫總數的85%以上；

（2）粘結良好的伸縮縫數達到有化灌漿液充填裂縫總數的50%以上；

（3）芯樣抗拉試驗裂縫面斷開時粘結強度≥1.0MPa的芯樣數，加上混凝土斷裂而裂縫面未斷開的芯樣總數，達到進行芯樣試驗總數的75%以上；

（4）壓水試驗合格的伸縮縫段應達到壓水總段數的95%以上；

（5）單元工程質量評定合格率100%，單元工程優良率大于80%。

3.1.2 施工質量評價

（1）伸縮縫修補外觀檢查：對修補后的混凝土伸縮縫質量檢查采取了現場目視、錘擊等外觀檢查，外觀檢查結果證明修補材料與混凝土結合密實無表面缺陷。

（2）綜合分析檢查成果，在有效的16個檢查孔中，芯樣裂縫充填良好率為94.8%，芯樣粘結良好率為74.8%，透水率合格率為100%，混凝土內部伸縮縫化學灌漿漿液充填較好，滿足了設計要求。

（3）能夠做力學性能檢測的芯樣數為8個，這說明選用的化學灌漿材料和低壓慢灌的施工工藝，適用于本工程。

3.2 界面劑及聚氨酯施工質量評價

為了跟蹤修補質量，共同期養護測試了三組試件的粘接強度指標，由測試結果可見界面劑以及單組份聚氨酯防水材料的各種性能指標均達到預定要求。

對52m長的修補區域進行隨機性抽查100處，測試該處聚氨酯涂刮厚度，抽查結果合格率為100%。

3.3 滲漏觀測及工程運行情況調查

修補工程完成后，即進行滲漏觀測。經過7天時間的持續觀測，沒有發現明顯的滲漏現象。工程結束后于5月初恢復運行，運行以來依據管理技術人員的運行觀測，修補工程達到了預期效果，未出現以往的滲漏現象。

4 結語

結合室內試驗和實際工程綜合分析，化學灌漿彈性體與單組份聚氨酯防水材料在修補中應用效果良好。單組份聚氨酯防水材料在抗沖、粘接強度、抗凍和抗滲方面都體現出了一定的優越性；在溫度較低的條件下施工，養護后的聚氨酯材料同樣能夠達到預定性能。

伸縮縫化學灌漿已完成，綜合分析灌漿充填粘結效果和芯樣力學試驗成果，化學灌漿施工質量總體滿足設計要求。

經過生產性試驗和現場施工的摸索，總結出“延長漿材操作時間、低壓低速慢灌、排氣排水排漿、自下向上升層、持壓屏漿結束”的灌漿工藝，對伸縮縫的充分填充是行之有效的。

在冬季進行倒虹吸伸縮縫修補工程的特殊工況下，采取必要的采暖、保溫、排水、導流措施是十分有效的，這些措施的實施有效地提高了施工進度，保證了施工質量。

綜合分析試驗成果，化學灌漿施工質量總體滿足設計要求，對伸縮縫采取以遇水膨脹型的聚氨酯柔性材料為主的化學灌漿措施進行處理是必要的。實踐證明，化學灌漿可以有效填充伸縮縫、提高止水效果、消除伸縮縫缺陷的不利影響、防水防滲，對恢復倒虹吸工程的整體安全性有重要作用，保證了工程發揮正常效益。陜西水利

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