北疆地區輸水渠道常見病害及修復技術研究

2016-04-09 13:32:35孫霞

水利技術監督 2016年2期

孫霞

（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，新疆烏魯木齊830000）

北疆地區輸水渠道常見病害及修復技術研究

孫霞

（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，新疆烏魯木齊830000）

摘要：針對我國北疆地區獨特的氣候環境特征，探尋區域長距離輸水渠道常見病害的類型及成因機理，針對性地提出輸水渠道修復技術，為同類型輸水渠道的病害診斷與施工修復提供有益借鑒。

關鍵詞：北疆地區；輸水渠道；病害機理；修復技術

我國北疆地區供水工程長距離輸水渠道在承受滿足安全荷載組合的同時，還受到特殊自然環境的侵蝕，如凍融破壞、土壤鹽分離子侵蝕、高礦化度灌溉回歸水、大氣碳化及干濕循環破壞等作用的影響，進而導致輸水渠道出現裂縫、凍脹、碳化及堿骨料反應等侵蝕破壞現象，嚴重影響供水工程的安全運行，制約了供水工程效益的正常發揮。北疆地區輸水渠道需經常進行修補，以確保該區域輸水渠道結構的強度及耐久性［1］。因此，有必要分析該區域輸水渠道常見病害成因并提出相應的施工修復技術，為類似工程的更新改造和維護維修提供借鑒依據。

1 輸水渠道常見病害類型及成因

1.1 裂縫

裂縫是影響北疆地區混凝土輸水渠道耐久性的重要因素，按其產生原因可分為外荷載裂縫、變形裂縫、施工裂縫；按裂縫的形態可分為水平與垂直裂縫、橫縱向裂縫、斜向和放射形裂縫；按裂縫深淺可分為貫穿裂縫、深層裂縫和表面裂縫［2］。

輸水渠道裂縫產生的原因主要包括：（1）新澆筑混凝土水化放熱，混凝土過大的內外溫差引起混凝土變形，從而產生裂縫；（2）在外部約束力作用下，輸水渠道混凝土硬化而導致的裂縫；（3）輸水渠道厚度較大構件因混凝土塑性塌落而導致的裂縫；（4）混凝土中的活性骨料與堿性物質發生反應，使混凝土膨脹開裂；（5）運行中的混凝土結構因不均勻沉陷或承受過載而致使混凝土輸水渠道產生裂縫。

1.2 凍脹破壞

北疆地區輸水渠道混凝土襯護渠道受干旱、少雨、季節及晝夜溫差大等氣候因素的影響，凍脹破壞現象嚴重［3］，其表現形式主要有現澆混凝土板破裂，隆起和塌陷，預制襯砌板破壞。造成輸水渠道混凝土襯砌凍脹破壞的原因主要有：（1）渠道基礎土壤入冬前的含水量超過土壤起始凍脹含水量；（2）襯砌基土屬于凍脹土類；（3）氣溫低于0℃。土壤結冰時，體積膨脹破壞混凝土襯砌面板。

1.3 碳化破壞

長期與大氣接觸的混凝土輸水渠道，大氣中的C O2將滲入混凝土內部孔隙并溶解于水分中，并與膠凝材料發生多相化學物理反應產生鈣礬石等物質，降低輸水渠道混凝土構件的強度［4］。同時，混凝土內部PH值小于10的孔隙溶液會逐漸腐蝕鋼筋鈍化膜，致使鋼筋銹蝕膨脹，甚至剝離，引起混凝土開裂，從而嚴重影響輸水渠道運行的安全性與耐久性。

1.4 堿骨料反應

北疆地區輸水渠道混凝土襯砌及構件中富含大量堿性物質，骨料中的氧化硅等物質易與這些堿性物質反應生成吸水膨脹凝膠，從而降低輸水渠道混凝土的強度。

2 輸水渠道修復技術

2.1 環氧樹脂砂漿水下裂縫修復技術

針對北疆地區混凝土輸水渠道普遍存在的水下裂縫問題，環氧樹脂水泥砂漿具有允許砂漿帶水施工作業、水下抗分散離析性好、水下強度不損失、養護期短等優勢，可在水下（20℃～25℃）4～6h初凝并實現了膠黏劑與混凝土強度的疊加，對輸水渠道水下裂縫具有較好的修復效果。

環氧樹脂砂漿采用E51或殼牌828環氧樹脂、1085水下固化劑、水泥及河砂按照一定重量比與水拌合而成［5］，具體修復施工工序如下：

（1）查縫定位后鉆孔清孔后，布設與采用與地質條件相適應的灌漿系統，確保灌漿管路、出漿設施與縫面暢通。

（2）將水泥與河砂按1：2比例混合均勻，嚴格控制水灰比為0.36～0.40，然后在水泥砂漿中摻入定量的環氧樹脂并攪拌10min，將1085型水下固化劑按固化劑與環氧樹脂1：1的比例摻入上述砂漿中，再均勻攪拌5min即可使用。

（3）采用連接灌漿泵自下而上將環氧樹脂砂漿漿液均勻灌注整個縫面，若灌漿時發現漏漿、冒漿現象，可采用表面封堵、嵌縫、低壓間歇灌漿等方法處理。

2.2 輸水渠道防滲修復技術

針對北疆地區輸水渠道混凝土襯砌因凍脹所引起的破壞，具體修復施工工序如下：

（1）清淤拆板。對需修復渠道清除淤泥后，自上而下拆除渠道舊混凝土板，輕拆輕放整齊碼放在合適位置，并清除其粘結的砂漿、泥沙。

（2）開挖削坡。按照設計的渠道中線、渠底高程及斷面尺寸進行削坡修整，對沉陷、滑坡嚴重渠段拋填夯實砂石進行換基處理。

（3）渠道襯砌。在清理后的渠坡、渠底等處灑水潤濕、整平密實，然后緊貼基礎鋪設防滲塑料薄膜，并按照先渠底后坡面的順序鋪設保溫板與薄膜預制板，隨后進行砂漿墊層與混凝土板襯砌板的鋪設，確保混凝土襯砌板達到設計平整度，并用C15干硬性細石混凝土對混凝土板勾縫，要求板縫密實、光滑、飽滿。

（4）養護。勾縫12h后進行灑水養護，養護時間不低于10d，同時依據襯砌混凝土板厚度與設計要求制作伸縮縫，最后將拌合好的干硬性鋸末水泥砂漿澆筑至伸縮縫并抹平。

2.3 丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復技術

針對北疆地區低溫、潮濕等惡劣環境中的輸水渠道閘門底板、側墻、閘墩等長期處于碳化、鹽侵、水流淘刷及臨界水位線的輸水渠道渠系建筑結構，可采用丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復破損部位。丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿采用Po42.5硅酸鹽水泥，細度模數為2.5的天然河砂，粒徑為0.5～2cm的當地石料，銑削性鋼纖維，N SF硅粉劑及丙乳按一定配合比制成［6］，較傳統混凝土提高了早期強度及最終強度，改善了混凝土離析和泌水的性能，適用于水工建筑物溢流面及水位臨界面破壞的修復處理，具體修復施工工序如下：

（1）基面處理。采用風把鉆機對混凝土表層進行噴砂打毛，然后用高壓水流沖洗使其露出新鮮混凝土層面。

（2）砂漿配置。用攪拌機將原干料按照設計配合比均勻攪拌，轉運至施工作業面后，通過人工攪拌摻加丙乳膠，確保隨拌隨用。

（3）涂刷界面劑并噴射砂漿［7］。在已鑿毛清洗后的混凝土基層上涂抹一層丙乳凈漿并找平受噴面較大坑洼，待固結后再噴射丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿，同時控制混凝土塌落度在8cm左右。施工結束后，鋪設塑料保水薄膜于新澆筑的混凝土砂漿表層。

（4）養護。待砂漿基本固結后，可滾涂砂丙乳水泥凈漿、采用噴霧器噴霧養護，在混凝土砂漿澆筑72h后可緩慢浸水進行蓄水養護，養護7天以后才可投入使用［8］。

2.4 超快硬混凝土修復技術

針對北疆地區輸水渠道中閘門、沉砂池以及壓力前池等重要過水設施的應急搶險施工，可采用超快硬混凝土修復技術。超快硬混凝土采用超快硬混凝土修復王作為水泥材料，總重約 2400kg/m3，其配合比為修復王（A+B）1400kg/m3、粗骨料980kg/m3、水84kg/m3，其中修復王A與B基料按1：1混合使用，粗骨料宜采用10～35mm連續級配的碎石，用水量為修復王的5.5%～6%，拌制后的混凝土或水泥砂漿可在15min內凝固，施工1h后即可達到使用強度要求［9］，其具體施工工序如下：

（1）嚴格按照計算需求量將修復王黃色包裝的A料及白色包裝的B料與粗骨料倒入攪拌機內，充分攪拌30min后加水攪拌，直至混合料呈現良好的流動性和黏性為止。

（2）在經過處理后的基面上澆筑超快硬混凝土時，應立即使用平板振動夯或振搗棒充分振搗，確保振搗密實，同時因修復王的自流平特性，所以要不斷抹面，直至超快硬混凝土初凝。

（3）澆筑1h后，混凝土即可達到設計強度要求并無需進行專門養護。

（4）由于超快硬混凝土初凝時間短，一般只用于輸水渠系建筑物的局部修復［10］。

3 結語

我國北疆地區輸水渠道因其特有的工作環境而遭受多種病害的威脅，探究該區域輸水渠道常見病害的成因與機理，提出切實可行的輸水渠道修復技術與工藝，通過修復處理后的輸水渠道及其配套建筑設施外觀質量明顯改善，增強了輸水渠道運行的安全性和耐久性。同時，應加強該類區域輸水渠道運行管理，嚴格遵循設計預定工況運行，加強對輸水渠系建筑物特殊易損部位監測，發現問題及時進行科學規范處理，注重定期維護、嚴禁帶病運行，這樣才能降低輸水渠道病害發生機率，從而提高該區域輸水渠道使用壽命，最大發揮工程社會及經濟效益。

參考文獻

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［4］王俊發，馬旭，周海波.混凝土襯砌渠道凍脹破壞的機理及力學分析［J］.佳木斯大學學報（自然科學版），2006，24（02）：308-311.

［5］陳麗萍.新疆地區混凝土防滲渠道防凍脹處理措施探討［J］.水利建設與管理，2014（06）：63-65.

［6］潘珂，覃德勇.丙乳硅粉鋼纖維混凝土在水工混凝土缺陷處理工程中的應用［J］.科技信息，2011（08）：364-365.

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［9］王秉玉，楊明.水利渠道工程的滲漏及處理［J］.水利技術監督，2012（04）：57-59.

［10］劉明杰.超快硬混凝土修復王在搶修工程中的應用［J］.科技創新與生產力，2011（11）：97-98.

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