大型倒虹吸工程的病害及维修分析

吉全之

（山东省胶东调水工程寒亭管理站 山东 潍坊 261100）

1 工程概况

引黄济青工程是中国山东省境内一项将黄河水引向青岛的水利工程（跨流域、远距离的大型调水工程）。工程全长290km，1989年11月25日正式通水，工程运行25年来，累计从黄河引水31亿m3。崔家河倒虹位于桩号108+972～109+170处，有崔家河与之交叉而过，渠道底板比崔家河河底高14cm，考虑到防洪要求，将该段渠道设计成现浇倒虹吸管，设计流量35m3/s，倒虹进口段长度36 m，出口段长27 m，洞身段长147 m，管身横断面为一联两孔箱型钢筋混凝土结构，单孔尺寸为宽度3.8 m、高度3.5 m，洞身共分13节，水平段7节，每节长15.68 m。上游底高程2.74 m，下游底高程2.47 m。本地区地下水属第四系松散岩层孔隙水，粉沙为主要含水层，主要为大气降水补给，地下水位标高3.00 m左右，水位随季节变化，据水质分析，总硬度为89.73，为极硬水，pH值等于7.5，具弱碱性，没有侵蚀性二氧化碳，根据地下水侵蚀性判别标准，认为该区地下水对混凝土无侵蚀性，但由于地下水含盐量较高，对金属有一定的侵蚀性。粉沙层因各项物理力学指标较好，且贯入击数较高，将其作为地基主要持力层。

2 工程现状及病害情况

引黄济青工程共有输水河倒虹34座，穿输水河倒虹51座，经2011年调查统计，处于病态运行的占总数的六分之一，其中崔家河倒虹建于1988年，2009年发现三处漏水点，漏水明显，三年后发展到14处，漏水流量约0.33m3/s。且漏水点有逐渐扩大、增多的趋势，威胁工程安全。因此，对其形成原因进行分析和总结，采取有效措施进行处理，延长工程使用寿命是十分必要的。2012年4月对双孔抽干后进行了详细检查，发现主要有以下病害。

2.1 管节间伸缩缝止水带破裂

伸缩缝止水由E3型中埋式橡胶止水带和C3型内贴式橡胶止水带构成，空隙填充沥青麻丝。内止水带破裂部位主要发生在拐角处，有渗水流出，止水带端头粘接已经断开。压接钢板已经腐烂松动，失去顶压作用。

2.2 洞身混凝土有破损渗漏孔洞

破损点大小共有9处，主要集中在8号管顶板。其中四处漏水，空洞直径在0.4mm～2.7mm。

2.3 发现右洞7、9号管中部有裂缝

裂缝发生在边墙、中墙，都是在管的中部。裂缝特征：起点均从一、二期混凝土施工缝开始，以垂直向上延伸，开裂高度1.20 m～2.11 m，宽度0.06mm～0.24mm。裂缝产状：倾角与水平面呈80°～90°，走向基本与水流方向垂直。开裂部位、走向与倾角呈现出规律性。

3 病害原因分析

3.1 伸缩缝漏水成因

经查阅施工资料，在未安装内止水带时，就发现多处渗水点，可见中止水带可靠性不高，且有的部位失去止水作用。中止水带个别部位失去止水作用主要是工程建设期间由于施工原因造成的，当时伸缩缝两侧混凝土浇注相隔25天以上，在钢筋绑扎、模板支护等工序中涉及的材料较多，工作人员技术水平高低不一，使止水橡皮被扎穿或局部裂开；另外，止水带定位不牢固、浇捣不规范会使止水带发生位移或产生气孔，使渗水路径缩短。在中止水问题未经排除的情况下就开始安装内止水带，安装内止水时未涂粘接剂或加衬垫，直接用钢板压接，有的部位还不平整，特别在边角处还处于受力状态，从此留下了安全隐患。经多年运行后，拐角处止水带因疲劳而提前破裂，钢板也因锈蚀而逐渐失去压接作用，漏水点便逐渐增多起来。因伸缩缝较长、漏水点较多，用化学灌浆难以达到质量要求，决定采用塞填法，即先将渗漏点堵塞，再填充沥青麻丝，刷防水涂料，最后更换内贴止水板。

3.2 渗漏点的破坏原因

混凝土破损渗漏点集中发生在8号管顶板，对其进行分析后，确认是由于混凝土施工质量差、不密实，抗渗等级低造成的，在混凝土内部形成了相互连通的空隙。渗漏水把混凝土中氢氧化钙溶出带走，在混凝土外部形成白色碳酸钙结晶。这样就破坏了水泥其他水化产物稳定存在的平衡条件，从而引起水化产物的分解，导致混凝土的性能下降。当混凝土中总的氢氧化钙含量被溶出25%时，混凝土抗压强度要下降50%；而当溶出量超过33%时，混凝土将完全失去强度而松散破坏，渗漏孔会逐渐增大。由于漏水处混凝土强度有所下降，决定采用聚氨酯灌注浆堵漏修补，这种材料聚合速度快，遇水后立即生成不溶于水的凝结体，凝胶具有较高的抗压强度，堵水效果显著且具有补强作用。

3.3 裂缝的产生原因

采用超声波和压水试验的方法对开裂深度进行检测，判定全为半缝，非贯通缝。倒虹吸管身竖墙裂缝主要是由于一期管身段底板混凝土与二期边墙顶板混凝土浇注间隔时间过长，在40至60天之间，造成已浇筑混凝土对后浇注混凝土约束应力过大所致。另外，气候条件变化较大、混凝土早期水化热释放过于集中和混凝土施工工艺等原因也会引起此类裂缝。考虑到补缝材料必须具有良好的渗透性且与混凝土有良好的粘接性能，决定采用中化798－III高渗改性低粘度环氧树脂灌浆、刮涂聚氨酯弹性体涂层作为面层的方案进行处理。

4 崔家河倒虹的维修措施

4.1 伸缩缝止水的维修

崔家河倒虹内止水带采用压板式止水，有内外两层钢板，外层钢板焊接固定螺栓并浇注在混凝土中，通过螺母紧压内层钢板来固定止水橡皮。橡胶止水带是利用其高弹性能，在各种荷载下产生弹性形变且遇水后会发生体积膨胀，因此其能起到坚固密封作用，既能防止建筑物外部水进入建筑物内部，又能防止建筑物内部水渗到外界，同时止水带还能起到减震缓冲作用。止水效果主要受紧固面平整度和紧固力大小的制约。

维修前先清理伸缩缝周围500mm范围内混凝土表面，使其达到表面干净、平整、光滑。然后将腐蚀的钢板、破裂的止水带以及缝内其他杂物清除干净。用快凝砂浆将渗漏孔堵塞。将锈蚀失效的螺栓进行更换，换上的螺栓一定要焊接在外层钢板上，用水性环氧砂浆（混凝土）修补止水带压接基面，修补完自然养护3天后方可进行后续操作。用手锤将加工好的沥青麻丝塞进伸缩缝内，分层压实嵌入，进行初步止水。在施工中要控制好沥青麻丝的塞填深度，采用膨胀橡胶塞填沥青麻丝未能塞满的缝隙，最后使膨胀橡胶的表面与底层钢板表面持平，并要保证缝隙内必须塞填密实，对膨胀橡胶表面平整度进行检测，均符合要求后涂刷PCS柔性防水涂料，然后进行橡胶板和不锈钢板的安装，所用板材长度应与缝隙长度相同，且板材的钻孔位置及间距应与膨胀螺栓位置相符。橡胶板钻孔采用皮带冲打孔方法，在止水带安装过程中不能用力拉扯，止水带与混凝土间涂以环氧胶粘剂相粘接，止水带与夹板间填加石棉纸或软金属片衬垫以确保严密性。橡胶止水带接头用热焊法对接，使止水带搭接缝质量安全可靠，从而为伸缩缝的防水提供更完善、更可靠的保证。为了防止铁件再被腐蚀，最后在螺栓及钢板表面涂刷不锈树脂。

4.2 管身渗漏点的修补措施

在倒虹内发现有多处渗漏点，漏水较明显，查明漏水部位后，在该处凿孔眼，并清洗干净，用水玻璃拌制1：2水泥砂浆固定排水管及注浆管，并封闭管口周围，使水流集中于排水管排出，注浆管埋入深度不小于5cm。当管周围封闭砂浆具有足够强度时开始注浆。注浆压强为0.3 MPa加漏水压强，注浆时间为3～5分钟，最后做防水面层。

4.3 裂缝的维修措施

灌浆处理步骤：在缝口封闭前用钢丝刷将裂缝两侧各5cm、两端10cm范围内混凝土基面的附浆、薄弱表层清理干净，用清水冲洗混凝土裂缝，用热风机吹干并吹净粉尘和碎屑。对于微细裂缝不能保证骑缝准确，所以布孔采用斜向孔，钻孔斜度45°～50°，孔位沿裂缝两侧各11cm布置，钻孔长度25cm，孔径14mm，灌浆嘴间距20cm～30cm（根据缝宽和裂缝类型布置），一条缝至少布3个灌浆嘴，灌浆嘴兼起排气嘴和出浆嘴作用。将灌浆嘴采用斜缝型式粘贴在预定位置，对于裂缝较细的位置采用小间距，裂缝两端必须粘贴灌浆嘴，采用环氧树脂胶泥封缝，将拌和均匀的环氧树脂胶泥沿裂缝涂抹成宽3cm，厚度为2mm～5mm厚的条带。管嘴及缝口封闭后进行压力检查，压力为0.5MPa左右，发现外漏立即予以修补至不漏为止，灌浆前应将所有孔（嘴）上的阀门全部打开，用压缩空气将孔内、缝内的水分尽量吹挤干净，并争取达到处于干燥状态，然后准备灌浆。根据裂缝情况选择灌浆方法，对细微裂缝，需用较长时间凝结的浆液；对较宽裂缝，需用较短时间凝结的浆液。灌浆由下而上的顺序进行。灌浆过程中，应保持工作压力为0.2MPa～0.4MPa，当灌到最后一个灌浆嘴时，应适当加大压力迸浆。迸浆期间应观察是否还在进浆，灌浆结束标准以不吸浆为原则，如果吸浆率小于0.01 L/min，应稳定维持一段时间，可作为结束标准，停止灌浆。要求进浆均匀，计量准确，记录详细无误。灌浆完毕，待浆液凝固72h后，必须沿裂缝走向凿除封缝用的结构胶、灌浆嘴及残留物，用角磨机打磨修补面并清理干净，用专用腻子填补混凝土表面较大的孔洞，待孔洞填补好后，涂刷界面剂，待界面剂表干后，刮涂聚氨酯弹性体涂层（宽10cm、厚2mm）。涂刷完聚氨酯弹性体涂层后，24小时内不能有水浸泡。施工结束三天后就可以达到正常使用的强度要求。后来按照规范对裂缝抽样检查，进行防渗压水检测，结果均达到质量控制标准。

5 结语

该工程维修后已经正常运行两年，没有再出现漏水现象。伸缩缝止水是倒虹吸工程施工质量的关键部位，也是薄弱环节，应引起高度重视。混凝土浇注过程不可忽视每一个环节，避免给工程留下隐患。

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