高港樞紐水工建筑物伸縮縫修復(fù)工藝淺析

蔡振宇 黃蔚 陳擎環(huán) 吳鵬鵬 干佳馨 江蘇省泰州引江河管理處

1.工程概況

南水北調(diào)東線工程是暢通南北經(jīng)濟(jì)循環(huán)的生命線，泰州引江河高港樞紐作為南水北調(diào)工程的引江口門，具有引水、排澇、擋洪、通航等多種功能，高港樞紐工程設(shè)施包括泵站、節(jié)制閘、調(diào)度閘、送水閘、110kV專用變電所，此次伸縮縫修復(fù)范圍包括節(jié)制閘、調(diào)度閘、送水閘范圍內(nèi)的伸縮縫。

2.存在問題

工程自1999年投運(yùn)以來已有20多年，伸縮縫老化衍生出的問題，翼墻和底板間伸縮縫變形，不僅對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生不良影響，還會(huì)對(duì)整個(gè)水工建筑物產(chǎn)生直接的危害，造成水沿縫滲漏，造成水工建筑物的損壞，有三個(gè)主要因素。

2.1 材料老化

部分翼墻分縫處的填縫材料為柏油板材，長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，經(jīng)過多年太陽光紫外線照射、水分侵入和氣溫的冷熱交替，出現(xiàn)老化現(xiàn)象。逐漸硬化、變脆開裂，變形能力發(fā)生不可逆變化，不能發(fā)揮其原有的封堵作用，影響水工建筑物的整體耐久性。

2.2 沉降錯(cuò)縫

部分翼墻由于熱脹冷縮、墻后土壓力和不均勻沉降等因素的影響，造成水閘部分翼墻傾斜錯(cuò)縫明顯，且縫隙兩側(cè)表面混凝土剝落、滲水。

2.3 漏水滲水

高港閘站工程位置臨近長(zhǎng)江，尤其下游長(zhǎng)江水位受潮汐影響漲高，下游與上游存在一定的水頭差后，因底板間伸縮縫縫墩止水失效，在節(jié)制閘閘門關(guān)閉時(shí)，下游接伸縮縫處漏水，長(zhǎng)期滲漏易造成水土流失和水工建筑物不穩(wěn)定。

3.修復(fù)材料選擇

高港樞紐水工建筑物伸縮縫修復(fù)主要選用一種水溶性聚氨酯堵漏劑，水溶性聚氨酯堵漏劑材料是一種單組分、低粘度、親水型灌漿材料，具有延伸性好，耐老化，耐熱，耐水，環(huán)保等特點(diǎn)，與水泥、金屬等材料具有很強(qiáng)的吸附力，能快速高效的防滲堵漏。在裂縫中與水發(fā)生反應(yīng)，迅速乳化，快速凝結(jié)形成膠體，形成膨化、連續(xù)的伸縮縫填充材料，固結(jié)體具有彈性，且遇水可以二次膨脹，具有止水的功效。

水溶性聚氨酯灌漿材料的性能指標(biāo)，主要通過密度、粘度、凝膠時(shí)間、包水性、親水性、遇水膨脹率來體現(xiàn)。

因?yàn)楦吒蹣屑~臨近長(zhǎng)江，受漲潮落潮影響，水位變化很快，聚氨酯灌漿材料在伸縮縫內(nèi)流通，大部分的水溶性聚氨酯堵漏劑材料不能最大完全發(fā)泡，只是存留于伸縮縫間隙中。

因此遇水膨脹率在本次修復(fù)中是最為關(guān)鍵的指標(biāo)，體積膨脹的百分?jǐn)?shù)，指水溶性聚氨酯堵漏劑材料固結(jié)后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，固結(jié)體再次吸水后體積膨脹的能力[1]，體現(xiàn)的是材料在伸縮縫中張開后仍具有較好的止水效果，遇水膨脹率越高標(biāo)識(shí)材料的止水能力越強(qiáng)，在注漿過程中，水溶性聚氨酯堵漏劑材料在流通到伸縮縫內(nèi)的各個(gè)部位后固結(jié)成彈性聚氨酯固體，在長(zhǎng)江潮位上漲后，固結(jié)的水溶性聚氨酯堵漏劑材料接觸到水，再次發(fā)生膨脹，達(dá)到膨脹彈性止水和以水止水的雙重目的。

水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的配比不同時(shí)，形成的固結(jié)體的強(qiáng)度是不同的，伸縮縫修復(fù)效果也是不同的，因此，需要探索出水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的合理配比，可以達(dá)到提升閘站伸縮縫修復(fù)項(xiàng)目施工質(zhì)量的目的。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)，水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的配比5:1和2:1時(shí)，發(fā)泡較小，部分水溶性聚氨酯堵漏劑材料不完全發(fā)泡。水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的配比1:1時(shí)，發(fā)泡較好，固結(jié)體完整且具有高彈性。水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的配比1:2和1:5時(shí)，發(fā)泡較差，固結(jié)體內(nèi)有空洞，呈海綿狀，不具有高彈性。因此，施工過程中，采用水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的配比采用1:1的比例，在翼墻伸縮縫頂部進(jìn)行封堵，保證固結(jié)體的發(fā)泡程度和彈性的同時(shí)，能夠快速封堵伸縮縫頂部。

表1 水溶性聚氨酯灌漿材料質(zhì)量指標(biāo)

4.修復(fù)工藝

因溫度對(duì)于水溶性聚氨酯堵漏劑材料的影響較小，故選擇枯水期或者潮位較低的汛后時(shí)間段進(jìn)行施工，保證施工的效果，同時(shí)避開閘站引水時(shí)間，最大程度減少施工對(duì)工程運(yùn)行的影響。

4.1 修復(fù)伸縮縫類型

按照需修復(fù)的伸縮縫類型，可分為兩大類型，采取針對(duì)性修復(fù)工藝，對(duì)伸縮縫進(jìn)行填充，并且將流水進(jìn)行堵截，可以有效降低滲透性，減少滲透量，提高抗?jié)B能力，提高混凝土的力學(xué)強(qiáng)度，并且進(jìn)一步恢復(fù)混凝土的基本結(jié)構(gòu)[2]，保障伸縮縫修復(fù)工藝質(zhì)效。

第一種類型為常規(guī)水面以上伸縮縫、錯(cuò)縫處理，使用注漿針注入水溶性聚氨酯堵漏劑材料，達(dá)到水工建筑物整體美化的目的。

第二種類型為底板間伸縮縫滲漏處理，需要騎縫鉆孔，再進(jìn)行化學(xué)灌漿，使得水溶性聚氨酯堵漏劑材料填充至需修復(fù)的伸縮縫內(nèi)部，切斷水流通道達(dá)到阻水堵漏的目的。

4.2 修復(fù)流程

針對(duì)不同類型的伸縮縫問題，需采取不同的修復(fù)流程。

常規(guī)水面以上伸縮縫、錯(cuò)縫處理流程見圖1。

圖1 常規(guī)水面以上伸縮縫、錯(cuò)縫處理流程圖

底板間伸縮縫滲漏處理流程見圖2。

圖2 底板間伸縮縫滲漏處理流程圖

4.3 水面以上常規(guī)伸縮縫、錯(cuò)縫處理具體步驟

（1）清理附著物：清除接縫兩側(cè)翼墻端表面已松動(dòng)或碳化嚴(yán)重的混凝土及表面附著物，使得伸縮縫充分暴露，再將接縫內(nèi)已經(jīng)老化的填料從上至下一一清理，清理后用刷子刷掃，確保干凈、干燥。

（2）電鉆鉆孔：用電鉆緊靠翼墻臨水側(cè)一端于接縫呈45°間隔鉆孔，間隔300mm，交錯(cuò)布置在伸縮縫左右，鉆孔深度控制在翼墻厚度的約三分之二，鉆孔穿透接縫，而不是與混凝土表面垂直。

（3）埋設(shè)注漿針：注漿針是利用環(huán)壓緊固的原理，防止?jié){液在高壓推擠的情況下倒噴，選擇合適長(zhǎng)度的注漿針頭埋設(shè)并固定在鉆孔中，確保注漿針與鉆孔緊密接觸，保證注漿針頭打入需要修復(fù)的翼墻水面以上伸縮縫內(nèi)。

（4）防水膠帶封堵：使用強(qiáng)力防水膠帶封堵翼墻臨水側(cè)和背水側(cè)，翼墻伸縮縫四周和底部形成包圍空間，有利于后期注入水溶性聚氨酯堵漏劑材料和水，能夠有效發(fā)泡，保證灌漿材料不滲漏、流失。

（5）注入水溶性聚氨酯堵漏劑材料：通過小型高壓注漿泵，自下而上向接縫內(nèi)注入水溶性聚氨酯堵漏劑材料。對(duì)填縫劑注射不到的地方，可適當(dāng)增加鉆孔，加密注漿。翼墻頂部注漿時(shí)，采用水和水溶性聚氨酯堵漏劑材料混合，按照1:1的比例，持續(xù)從孔口向孔內(nèi)打水，使得水面以上注入水溶性聚氨酯堵漏劑材料充分發(fā)泡，填滿整個(gè)翼墻伸縮縫內(nèi)部，達(dá)到較好的施工效果。

（6）接縫表面修整：接縫注漿填滿后，已發(fā)泡的水溶性聚氨酯灌漿材料表面不規(guī)則、不平整的形狀，需要對(duì)接縫處的填縫劑表面進(jìn)行鏟修，修整過程中控制力度和方向，使得接縫處平整。

（7）涂結(jié)構(gòu)膠防水防腐：沿縫涂上結(jié)構(gòu)膠，附著在水溶性聚氨酯表面，起到防水、防腐的密封作用，并且能夠形成明顯伸縮縫標(biāo)識(shí)。

（8）混凝土修補(bǔ)：鑿除水面以上接縫兩側(cè)各200mm范圍內(nèi)混凝土表面附著物，除去松動(dòng)混凝土的凹陷表面，采用丙乳砂漿補(bǔ)平去除松動(dòng)混凝土的凹陷表面，并用膩?zhàn)影亚宄秶鷥?nèi)的翼墻表面刮平、晾干。

（9）安裝不銹鋼蓋板：伸縮縫表面需加封不銹鋼蓋板，蓋板與混凝土之間固定嚴(yán)實(shí)，不銹鋼蓋板高度需根據(jù)最低水位和翼墻高度確定，根據(jù)工程實(shí)際情況，在最低水位基礎(chǔ)上，往水下延伸200～500mm，伸縮縫頂部不銹鋼蓋板與混凝土之間的間隙用結(jié)構(gòu)膠封堵。

4.4 底板間伸縮縫滲漏處理具體步驟

（1）鉆機(jī)就位：將鉆機(jī)移至鉆孔位置，對(duì)準(zhǔn)孔位用水平尺掌握機(jī)臺(tái)水平，立軸垂直、墊牢機(jī)架、鉆機(jī)的垂直度滿足精度要求，經(jīng)技術(shù)人員檢測(cè)合格后方可開鉆，保證鉆孔孔位、鉆孔垂直度滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）鉆孔：伸縮縫頂部布置2個(gè)鉆孔，孔徑11cm，鉆孔深度至水平紫銅片止水向上留足安全距離（20cm以上），此次施工的鉆孔深度為12.8m，垂直度控制在千分之二以內(nèi)，鉆孔過程中，觀察鉆孔內(nèi)鉆出物的組成結(jié)構(gòu)，一般兩側(cè)為半圓混凝土，中間為伸縮縫內(nèi)原有瀝青，保障后期灌漿至伸縮縫內(nèi)，鉆孔后需進(jìn)行清孔，并使用管道內(nèi)窺鏡查看孔內(nèi)水上部分及水下部分情況，管道內(nèi)窺鏡要緩慢、平穩(wěn)地放入成孔內(nèi)，避免孔內(nèi)水體渾濁，方便確認(rèn)孔位、孔壁情況。

（3）安置注漿管：采用灌漿泵，通過高壓注漿軟管與下設(shè)在孔內(nèi)的注漿鋼管連接，先將導(dǎo)管下至鉆孔底部，上部用橡膠止水塞封堵，并自下而上壓力灌注，將水溶性聚氨酯堵漏劑材料注入孔內(nèi)進(jìn)行堵漏。

（4）封堵長(zhǎng)江側(cè)縫面：灌漿前，將底板間伸縮縫長(zhǎng)江側(cè)先用水溶性聚氨酯發(fā)泡劑進(jìn)行填充，使得閘墩縫之間被聚氨酯發(fā)泡劑充分堵住，表面用強(qiáng)力防水膠帶封堵，形成發(fā)泡空間，有效減少化灌漿液流失和避免造成環(huán)境污染。

（5）灌漿：灌漿過程分為水下段和水面以上段，在灌注水下段時(shí)，灌入水溶性聚氨酯堵漏劑材料，灌漿過程中，按照固定地頻次攪動(dòng)灌漿導(dǎo)管，每隔20s左右，上提和攪動(dòng)注漿管，每次上提高度約為200mm左右，孔內(nèi)水體逐漸渾濁，水溶性聚氨酯堵漏劑材料不斷發(fā)泡凝固，灌漿過程中根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整灌漿壓力。水面以上段灌漿過程中，按照1:1的比例，不斷從孔口向孔內(nèi)打水，使得水面以上注入的化灌材料較好的發(fā)泡膨化，同時(shí)控制好灌漿速度，保證水溶性聚氨酯堵漏劑材料充分發(fā)泡的同時(shí)，又能保證水溶性聚氨酯堵漏劑材料的延伸性，達(dá)到滲縫堵漏的效果，直至灌滿灌實(shí)鉆孔及縫隙。

（6）修理平整：接縫注漿填滿后，已發(fā)泡的水溶性聚氨酯灌漿材料表面不規(guī)則、不平整的形狀，需要對(duì)接縫處的填縫劑表面進(jìn)行鏟修，修整過程中控制力度和方向，使得接縫處平整。

（7）長(zhǎng)江側(cè)縫面涂結(jié)構(gòu)膠防水防腐：接縫注漿完成后，將接縫處的填縫劑表面鏟修平整，延伸縮縫表面涂上結(jié)構(gòu)膠，起到防水、防腐的密封作用。

5.結(jié)語

水閘的安全運(yùn)行是工程搶潮引水、防洪度汛、發(fā)揮工程效益的關(guān)鍵，水工建筑物的完整、穩(wěn)定是工程運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，本次使用水溶性聚氨酯堵漏劑對(duì)高港樞紐水工建筑物伸縮縫進(jìn)行修復(fù)取得了良好的效果，具有簡(jiǎn)單、快速、有效等優(yōu)點(diǎn)，不僅能起到防滲堵漏的作用，同時(shí)還能加固水工建筑物，提升水工建筑物的穩(wěn)定性和安全性，延長(zhǎng)水工建筑物的使用壽命。在水工建筑物日常管理中，應(yīng)加強(qiáng)工程日常檢查、定期檢查和維修養(yǎng)護(hù)，并采取切實(shí)有效的措施解決工程安全隱患，確保工程安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。