HDPE 速隔墊襯墊法在城市排水箱涵修復(fù)中的應(yīng)用

王 斌，魏 強(qiáng)

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 西安 710065）

0 引言

隨著我國(guó)城市化快速推進(jìn)，城市范圍快速擴(kuò)張，部分城市基礎(chǔ)設(shè)施因超負(fù)荷運(yùn)行、年久失修，使用過程出現(xiàn)部分隱患，城市排水箱涵就是其中之一。本工程中的箱涵斷面尺寸高4.5 m×寬5 m，因使用過程中年久失修，發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕、滲漏現(xiàn)象（見圖1），且部分涵段上部地面已改為城市道路及房屋建筑，受周邊環(huán)境及箱涵內(nèi)空間限制，開挖修復(fù)基本不可能實(shí)現(xiàn)。非開挖修復(fù)傳統(tǒng)方法一般為內(nèi)襯鋼筋混凝土修復(fù)，此法因鋼筋、混凝土用量大，受限于箱涵內(nèi)空間限制，施工速度慢，施工難度大，且此法會(huì)侵占箱涵過流斷面，影響行洪。為保證施工安全，該排水箱涵修復(fù)只能在枯水期施工，工期短、任務(wù)重。經(jīng)過查找相關(guān)資料及其它修復(fù)工藝，決定將市政排水管道非開挖修復(fù)中的HDPE 襯墊法施工技術(shù)應(yīng)用于本工程箱涵修復(fù)。HDPE 速隔墊具有材料輕便、強(qiáng)度高、光滑耐腐蝕等突出優(yōu)點(diǎn)[1]，但箱涵對(duì)比管道具有斷面尺寸大、注漿量大等特點(diǎn)，本文針對(duì)該工程施工過程中的特點(diǎn)，對(duì)其施工方法進(jìn)行介紹。

圖1 箱涵現(xiàn)狀圖

1 工程概述

本工程中所述箱涵位于深圳市龍崗區(qū)，箱涵斷面尺寸：高4.5 m×寬5 m，該箱涵原來是一條河道，上游有一座小型水庫(kù)，在十年前因政府規(guī)劃改為暗涵，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，部分涵段上部地面已改為城市道路及房屋建筑，箱涵周邊由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展已建成大量道路、工廠、居民區(qū)等，有大量的污水流入箱涵。

深圳市屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，光照充足，氣候溫和濕潤(rùn)，雨量充沛，多年平均降雨天數(shù)140 d。夏秋季節(jié)常受臺(tái)風(fēng)影響，臺(tái)風(fēng)是造成本區(qū)域?yàn)?zāi)害性天氣的主要因素，該地區(qū)暴雨主要為臺(tái)風(fēng)雨和鋒面雨，其中由臺(tái)風(fēng)帶來的降雨量所占的比重較大，常形成暴雨災(zāi)害。汛期箱涵除直接排放流域地面匯集流入的降水外，還承擔(dān)上游水庫(kù)泄洪水水量排放。

在十余年使用過程中箱涵壁發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕，原施工縫存在較大滲漏現(xiàn)象，如任其發(fā)展可能會(huì)造成箱涵背部脫空甚至影響涵身結(jié)構(gòu)安全，存在較大安全隱患。針對(duì)該箱涵病害，經(jīng)全面勘察及設(shè)計(jì)論證，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，決定采用HDPE速隔墊襯墊法對(duì)此箱涵進(jìn)行修復(fù)。

2 材料特性

HDPE 速隔墊屬于熱塑性高分子片材，具有延展性好，防滲耐腐蝕性好，光滑度高，采用獨(dú)特的V 型鍵錨固[1]。主要物理性能見表1。

表1 速格墊物理性能指標(biāo)

高徽漿（灌漿料）主要由水泥、專用外加劑，并輔以多種礦物改性組分和高分子聚合物材料配合組成，具有低水膠比、高流動(dòng)性、零泌水、微膨脹、耐久性好的特點(diǎn)，施工時(shí)，直接加水?dāng)嚢枋褂肹2]。主要物理性能見表2。

表2 高徽漿灌漿料物理性能指標(biāo)

3 施工方法介紹

3.1 施工準(zhǔn)備

施工人員進(jìn)入箱涵應(yīng)佩戴專業(yè)勞動(dòng)防護(hù)用品及通訊設(shè)備，設(shè)置專職安全監(jiān)督人員監(jiān)管。箱涵內(nèi)流水屬雨污混流且上游有水庫(kù)，施工前應(yīng)與氣象部門及上游水庫(kù)管理部門取得聯(lián)系，掌握氣象信息及上游水庫(kù)調(diào)度信息，還應(yīng)檢測(cè)箱涵內(nèi)氧氣及有毒有害氣體情況，避免有毒有害氣體中毒，施工過程中保證箱涵內(nèi)持續(xù)通風(fēng)，做好箱涵內(nèi)照明。準(zhǔn)備工作完成驗(yàn)收合格后方可進(jìn)入，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙排查箱涵內(nèi)部情況，掌握施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確認(rèn)無誤后組織施工。

3.2 導(dǎo)流

箱涵施工安排在枯水期11 月～次年3 月，導(dǎo)流流量根據(jù)枯水期小雨時(shí)水量計(jì)算。采用全斷面圍堰擋水、導(dǎo)流管過流方式。圍堰采用磚砌墻圍堰，墻厚37 mm，墻高1.2 m，導(dǎo)流管采用直徑600 mm 的PVC-UH 塑料管拼接，底部采用鋼筋支架支撐，導(dǎo)流管離地高度30 cm。

3.3 清淤

箱涵經(jīng)過十余年的運(yùn)行中底部有大量淤積，首先用小型鏟車將垃圾、淤泥等鏟至工作井口，裝進(jìn)吊斗，吊車吊運(yùn)至運(yùn)輸汽車上拉到指定位置棄置。底板剩余少量淤泥用水泵沖洗至工作井井口圍堰處，采用吸污車抽排[3]。

3.4 沖洗

為保證施工質(zhì)量，速隔墊安裝前采用高壓水槍將箱涵壁上的氧化物、藻類、泥土等雜物沖洗干凈，露出原箱涵混凝土基面，以利于高灰漿與原箱涵混凝土結(jié)合牢固。

3.5 速隔墊安裝

1）因箱涵斷面尺寸較大，為便于速隔墊安裝并保證速隔墊固定牢固，在老箱涵壁上布置0.6 m×0.6 m 的固定墊片。墊片安裝前先采用彈線法在箱涵側(cè)壁及頂部確定固定速隔墊的墊片位置，再打孔安裝墊片，待速隔墊安裝后將墊片與速隔墊本身熔接在一起。墊片安裝見圖2。

圖2 墊片安裝

2）沿箱涵周邊展開一圈速隔墊貼在墻壁上，通過墻壁預(yù)先安裝的墊片固定速隔墊，緊貼固定好的速隔墊安裝下一圈速隔墊，兩圈速隔墊搭接3 cm～5 cm，速格墊接縫采用專用熱熔設(shè)備熔接在一起。

3）每段速隔墊連續(xù)安裝長(zhǎng)度根據(jù)原箱涵伸縮縫位置確定，在伸縮縫位置斷開。

4）每段速隔墊安裝完成后在安裝注漿管與溢漿管，然后采用不銹鋼板將上下游端部封閉，并采用專用封堵材料將除注漿管與溢漿管外的縫隙全部封堵，保證不漏漿。注漿管設(shè)3 個(gè)，分別安裝在速隔墊上游端部頂板中間及兩側(cè)壁頂部。溢漿管安裝在速隔墊上游端部頂板及側(cè)壁，間距50 cm。

3.6 安裝固定模板

因該箱涵斷面較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)、注漿量大，為避免速隔墊注漿時(shí)發(fā)生破裂、鼓包等質(zhì)量問題，決定搭設(shè)滿堂架、四周安裝木模板對(duì)速隔墊進(jìn)行支撐。速隔墊安裝后與原箱涵壁間隙僅2 cm，注漿采用無壓力注漿，本工程滿堂架間排距按1.5 m控制滿足承重要求。滿堂架安裝完成后安裝模板，模板采用厚度1.8 cm 的竹膠板，外部采用4 cm×9 cm 方木圍柃，方木間距40 cm，圍柃采用可調(diào)頂托與滿堂架固定牢固。

3.7 注漿

高徽漿材料為購(gòu)買的成品料。可采用水泥漿自動(dòng)攪拌機(jī)攪拌均勻，水泥漿自動(dòng)注漿機(jī)注漿。注漿分3 次進(jìn)行，先注底板、再對(duì)稱均勻注兩側(cè)側(cè)壁、最后注頂板。隨著漿液上升，最低的溢漿管會(huì)先溢出漿液，然后將最低處溢漿管封堵并繼續(xù)注漿，直至整段速隔墊內(nèi)全部注滿漿液。

3.8 模板拆除

根據(jù)速隔墊材料性能試驗(yàn)及以前施工經(jīng)驗(yàn)，注漿完成后48 h 即可拆除模板。

3.9 質(zhì)量保證措施

1）箱涵基礎(chǔ)面處理必須干凈。松動(dòng)混凝土塊、淤泥、氧化物、藻類等應(yīng)全部清理干凈，確保高灰漿與混凝土面結(jié)合緊密。

2）速隔墊安裝。速隔墊應(yīng)與墊片焊接牢固，縫熔接應(yīng)飽滿、平整，安裝后速隔墊表面應(yīng)平整[4]。

3）封堵。灌漿前每段速隔墊端頭封堵及灌漿過程中溢漿管封堵至關(guān)重要，如封堵不嚴(yán)，將導(dǎo)致漿液滲漏，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部注漿不飽滿，造成空洞。

4）模板加固。模板應(yīng)平整、加固牢固，保證注漿過程中不變形。否則將導(dǎo)致注漿過程中速隔墊膨脹、凸起，影響箱涵內(nèi)壁整體平整性，造成漿液浪費(fèi)，侵占正常過流斷面。

5）注漿質(zhì)量。首先保證漿液質(zhì)量，嚴(yán)格按照廠家給定的水灰比配置漿液，保證漿液攪拌充分、均勻，制備的漿液應(yīng)在漿液初凝前全部注完，注漿過程中保證不漏漿。

3.10 安全保證措施

1）工作井周邊防護(hù)欄、安全網(wǎng)等安全防護(hù)設(shè)施應(yīng)按要求布置。安全通道符合規(guī)范要求。

嚴(yán)格做好有限空間施工安全管理，施工前井內(nèi)通風(fēng)、照明設(shè)備應(yīng)配備到位。作業(yè)前遵循先通風(fēng)、再檢測(cè)、后作業(yè)的原則，保證箱涵內(nèi)氧氣充足，毒有害氣體濃度不超標(biāo)[5]。

2）所有配電箱、用電設(shè)備應(yīng)做好接地、接零保護(hù)，施工照明采用24 V 安全電壓。配電系統(tǒng)專人管理，非專業(yè)電工或操作人員不得亂動(dòng)用電設(shè)備。

3）安排專人在井口值守，所有人員進(jìn)入箱涵必須登記并正確佩戴防護(hù)用品。

4）施工人員正確佩戴勞動(dòng)防護(hù)用品。施工人員全部佩戴防毒面具、佩戴有毒有害氣體檢測(cè)儀、對(duì)講機(jī)等，安裝頂板墊片及速隔墊的人員應(yīng)佩戴安全帶。人員在箱涵內(nèi)連續(xù)作業(yè)時(shí)間最長(zhǎng)不得超過1 h[5]。

5）注漿過程中應(yīng)安排專人管理制漿機(jī)、注漿機(jī)，箱涵內(nèi)安排專人看管模板及注漿情況，防止出現(xiàn)意外情況。

6）拆模板及滿堂架時(shí)應(yīng)自上而下拆除，材料應(yīng)緩緩放下，防止損壞速隔墊或砸傷人員。

4 速隔墊襯墊法與混凝土襯砌施工優(yōu)勢(shì)對(duì)比

4.1 操作簡(jiǎn)便

就排水箱涵修復(fù)施工來說，速隔墊襯墊法施工主要工藝包括：導(dǎo)流、清淤、堵漏、沖洗、安裝速隔墊、模板支撐、注漿、模板拆除。

混凝土襯砌施工主要施工工藝包括：導(dǎo)流、清淤、堵漏、沖洗、底板鋼筋安裝、底板混凝土澆筑、側(cè)墻及頂板鋼筋安裝、模板及滿堂架安裝、側(cè)墻及頂板混凝土澆筑、模板及滿堂架拆除、回填注漿[6]。

對(duì)比混凝土襯砌施工，速隔墊襯墊法整個(gè)施工過程中工序少、工序簡(jiǎn)單，便于施工。

4.2 施工速度快

速隔墊襯墊法施工工藝簡(jiǎn)單，施工材料輕便，材料轉(zhuǎn)運(yùn)快，且可以一次全斷面襯墊施工，有利于縮短工期。

按15 m 為一個(gè)長(zhǎng)度單元，12 人為一個(gè)班組，分別計(jì)算傳統(tǒng)混凝土襯砌與速隔墊襯墊施工工期。工期計(jì)算不考慮導(dǎo)流、清淤、堵漏鋼筋加工等可提前完成或相同工序，只考慮基礎(chǔ)處理至模板拆除完的階段，采用傳統(tǒng)混凝土襯砌與速隔墊襯墊施工每道工序所需時(shí)間對(duì)比見表3。

表3 混凝土襯砌與速隔墊襯墊施工時(shí)間對(duì)比

通過分析可知，以15 m 為一個(gè)單元進(jìn)行施工，速隔墊襯墊法施工時(shí)間比混凝土襯砌法施工時(shí)間節(jié)約7.5 d，節(jié)約1/3 時(shí)間，施工速度優(yōu)勢(shì)明顯。

4.3 施工效果好

采用速隔墊修復(fù)后箱涵具有過流斷面損失量小、耐腐蝕性好、抗?jié)B性好、減少藻類滋生、加快水流流速等特點(diǎn)，此法不會(huì)減少箱涵過流量、適應(yīng)性強(qiáng)、施工效果好。安裝速隔墊后效果見圖3。

圖3 速隔墊安裝后效果

4.4 施工成本低

施工用的HDPE 速隔墊、高徽漿等材料較易采購(gòu)，且速隔墊襯墊法修復(fù)箱涵施工工序簡(jiǎn)單、材料輕便，與傳統(tǒng)鋼筋混凝土襯砌法修復(fù)對(duì)比施工速度優(yōu)勢(shì)明顯，總體施工成本較低。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析HDPE 速隔墊材料特性，介紹HDPE 襯墊法在大斷面排水箱涵修復(fù)施工應(yīng)用中工藝方法，同時(shí)通過與傳統(tǒng)鋼筋混凝土襯砌施工中施工工序及施工工期對(duì)比分析，HDPE 速隔墊襯墊法在大斷面箱涵修復(fù)施工具有明顯優(yōu)勢(shì)，在施工工期方面、防滲耐腐蝕性方面、施工成本控制方面具有突出優(yōu)點(diǎn)，特別是不會(huì)損失箱涵過流能力，不影響行洪，在老舊河道暗涵、老舊污水箱涵承載能力滿足要求的前提下，采用HDPE 速隔墊襯墊法修復(fù)大斷面老舊箱涵具有較大的推廣價(jià)值。