南疆灌区工程中渡槽防渗处理研究

（喀什大学 土木工程学院，新疆 喀什 844000）

0 引言

南疆地区地处天山以南，昆仑山系以北，属干旱区，农业以灌溉为主.渡槽作为灌溉的重要水工建筑物在穿越渠道、道路等工程中被广泛应用.南疆地区渡槽多采用钢筋混凝土材料建造，由于受到设计、施工、运行环境等因素的影响[1]，伸缩缝渗水问题日益凸显，不仅浪费水资源，而且一旦其功能失效，会对灌区经济造成严重破坏.经调查塔里木灌区的7 座典型病害渡槽，分缝处渗水主要原因是止水遭到破坏[2].针对渡槽工程的伸缩缝处理目前多采用嵌缝材料充填、缝面粘贴橡胶止水带的处理方法，有的工程甚至仅采用粘贴橡胶止水的防渗处理方案[3].粘贴材料目前种类居多，例如RMO 柔性修补剂[4]、环氧基液[5]、喷涂型聚脲[6]等，但是受南疆紫外线强、昼夜温差大等的影响，缝面橡胶止水带经阳光直射，会加快其老化速度；粘贴止水带的处理方法止水效果安全度较低.因粘贴橡胶止水带存在防渗质量低、维修困难等弊端，影响防水效果；采用钢板压条式渡槽止水嵌缝处理的方法也比较常见，该方法对混凝土强度、钢板锚固工艺要求较高，一旦钢板与混凝土之间形成渗流通道，内止水效果将会受到影响.由于选择的7 座渡槽止水多采用埋入式，因此，这类渡槽的防渗处理较为困难.根据现场量测分缝处渗透破坏程度，比较技术方案的经济性及当地施工工艺水平，分别选用钢板压条和聚氨酯灌缝处理两种方式进行渡槽防渗维修处理，并采用Super Decisions1.6.0 软件，从工艺难易程度、造价、维护管理等几方面评价两种方法的优缺点.

1 渡槽工程概况

塔里木灌区位于阿克苏河的最下游，呈带状分布于塔里木河上游两岸.灌区某干渠总长45.342 km，控制灌溉面积44.48 万亩，设计流量为32.2 m3/s，加大流量为38.7 m3/s，地震基本烈度为Ⅵ度.从渠线所经路线可以看出，该线路砂土、轻壤及砂壤土结构差、透水性能较好、抗冲刷能力较差.由于该干渠沿线无连续良好的隔水层，地下水位受干渠渗漏影响较明显，基本靠渠水渗漏补给地下水.干渠线路所经地区地下水位埋深为2.0 m 左右，距设计渠底为0.3～0.8 m 之间，土层含水量15%～28%，粘性土的塑限在15%～22%之间.

由于干渠沿线共有渡槽7 座，渡槽槽身采用矩形梁式渡槽，下部为钢筋混凝土帽梁、井柱桩.渡槽上、下游连接段均采用C20 混凝土，渡槽槽身、盖梁、井柱桩、桥板采用C25 钢筋混凝土，下部采用C20 二级配混凝土（抗硫水泥）.7 座渡槽中，桩号为4+943、7+010、11+838、28+062 的渡槽采用双层止水，内止水采用P651 型止水橡皮，外止水采用平板橡板（规格250 mm×15 mm）通过钢板压条和螺栓进行锚固，伸缩缝用沥青锯末板填充；桩号为26+977、34+817、36+520 的渡槽采用双层止水，内止水采用P653 型止水橡皮，外止水采用聚氨酯（3cm）灌缝，伸缩缝用沥青锯末板填充.渡槽结构尺寸如表1 所示.

表1 渡槽结构表

2 渡槽渗水现状

上述渡槽工程于2007 年竣工验收，到2018年，在该工程已运行十年后，经现场踏勘，发现渡槽分缝处均存在漏水情况，当高水位运行时漏水现象更为剧烈.桩号为4+943 的渡槽下游右堤扭面混凝土出现断裂，裂缝明显，扭面与渡槽连接部位处漏水情况严重；桩号为36+520的渡槽上游20 m 范围内左堤渠道边坡浆砌预制混凝土板已经彻底毁损.

3 渡槽渗水原因

3.1 渡槽自身重力及混凝土的温度应力作用

由于渡槽自身重力、混凝土的温度应力会造成渡槽伸缩缝位置发生偏移[7]，导致止水部位剪应力过大，破坏止水材料.

3.2 内外止水橡皮老化和断裂

当地渠道水中含大量的易溶盐，初步测定硫酸盐为108.6 mg/L、氯盐62.3 mg/L，渡槽运行十余年后，由于受水流侵蚀、当地气候干燥的影响，造成内外止水橡皮老化以致断裂，导致止水失效.

3.3 钢板压条密实度不够

由于钢板压条与混凝土之间的锚固不够紧密，中间存在缝隙，在高水位运行时，造成钢板和混凝土之间水压增大，形成渗流通道，渗流水会进一步加快橡板的老化速度.

3.4 聚氨酯灌缝不达标

渡槽灌缝对施工工艺要求严格，由于渡槽灌缝质量不满足要求，使得聚氨酯灌缝未形成满灌，中间存在缝隙，运行过程中，水流的不断冲蚀，使缝隙逐渐变大，渗水现象越发明显.

3.5 扭面与渡槽连接处边坡压实度不够

由于扭面与渡槽连接处边坡压实度不够，运行过程中扭面变形，导致接缝处止水橡皮剪应力过大而断裂，进而边坡遭到冲刷，细颗粒被带走，导致连接段失稳倒塌.

4 渡槽防渗实施方案

4.1 压板式止水

桩号为4+943、7+010、11+838、28+062 的渡槽在渠道水放空之后，凿除渡槽接缝处沥青砂浆，取下钢板，检查内止水橡板是否破损，如若破损及时更换，更换后按原设计恢复.具体施工方案为：拆除渡槽内部原始止水材料；清理基面填缝附着物、混凝土料渣、泥土，保证基面光滑、无杂质，可采用打磨机处理壁面[3]；更换P651 止水橡皮，施工时保证止水橡皮不产生过大剪应力；混凝土找平，喷灯烤干；刷热沥青厚3～5 mm，确保渡槽缝面涂满，贴沥青剧末板，保证锯末板与沥青紧密贴合；将10 mm×5 mm 钢板、橡板钻孔，空洞大小确保与螺栓相符，钢板压条一定确保压平，用螺栓固定，防止出现空隙；分缝表面可采用SK 单组分聚脲复合胎基布进行柔性密封处理[8]，最后用砂浆找平.养护过程一周内渡槽内保持清空状态，温度在5 摄氏度以上[9].

4.2 粘贴式止水

桩号为26+977、34+817、36+520 的渡槽在排空槽内水后，检查聚氨酯灌缝材料是否老化，如有老化裂缝将现有聚氨酯凿除，具体修补的施工工序：清除伸缩缝内填缝材料；混凝土面磨光处理，混凝土找平，喷灯烤干，刷热沥青厚3～5 mm 贴沥青剧末板；聚氨酯灌缝以及养护.

4.3 渠道修复

在渠道无水情况下，将桩号为4+943 的渡槽下游右堤扭面及桩号为36+520 的渡槽上游20m 范围内左堤渠道边坡拆除，渠道横断面采用混凝土板、塑膜双防的结构形式，弧形坡脚梯形断面采用如下型式：内边坡坡度1∶2；边坡混凝土厚度为8 cm，渠底混凝土厚度为10 cm；混凝土板下铺0.3 mm 厚聚乙烯塑膜；膜下铺聚苯乙烯泡沫板防冻胀，阴坡和渠底5 cm，阳坡4 cm；渠基设风积砂垫层防盐胀，边坡27 cm，渠底25 cm.根据规范对混凝土性能提出如下要求：混凝土强度采用C20，抗冻标号为F150，抗渗标号为W6.另外，混凝土板分块控制在2 m×2 m 左右，分缝材料采用2 cm 厚的闭孔塑料板.沿渠每100 m 设置25 cm 宽、80 cm深的混凝土隔墙一道.渠堤部分必须清基，清基厚度为20 cm，清基完成后土方回填；现浇用的模板应严格按设计尺寸加工制作，建议渠底模板使用槽钢制作；混凝土入仓平整后用平板振捣器捣实、找平，应特别注意边角的振捣，避免出现蜂窝麻面，人工洒水养护.

5 渡槽防渗方案评价

桩号为4+943、7+010、11+838、28+062 的渡槽采用压条式止水进行防渗处理，由于需要钢板压条，工序相对复杂，工艺要求较高.因防渗采用规格10 mm×5 mm 的平面钢板、250 mm×15 mm 的平板橡板，造价方面相对比桩号为26+977、34+817、36+520 的渡槽聚氨酯灌浆投资要高近2 倍，但是止水效果较好，维护方便；桩号为26+977、34+817、36+520 的渡槽采用粘贴式止水，采用聚氨酯灌浆处理，工序简单、造价低，但防渗质量较差，易形成渗流通道，需定期检修.针对压板式和粘贴材料式两种防渗方式具体采用基于Super Decisions1.6.0的网络层次分析法进行量化评价，准则层考虑的影响因素包括工艺可靠性、费用、实用性，工艺可靠性因素中包含工期和工序两类子因素，费用因素主要考虑工程造价，实用性因素主要考虑防渗效果和维修周期两类子因素，具体评价模型如图1 所示.经过一致性检验获得压板式止水的优先权重是0.54，粘贴式止水的优先权重是0.46，所以压板式止水方式更容易被接受.

图1 渡槽防渗处理方案评价模型

6 结语

通过对塔里木灌区7 座渡槽进行防渗研究，从止水橡皮老化、钢板压条密实度不够、聚氨酯灌缝不达标、扭面与渡槽连接处边坡压实度不够几方面分析渡槽分缝处渗水的可能原因，结合当地工程实际，提出合理的防渗措施及施工中的注意事项，并提出在分缝表面建议采用SK 单组分聚脲复合胎基布进行柔性密封处理.采用Super Decisions1.6.0 软件对压板式止水和粘贴式止水两种渡槽止水方式进行评价，结果表明压板式止水更容易被采纳.渡槽渗水问题，在灌区极为常见，其危害严重，本文提出的渡槽防渗处理方案，可为灌区工程防渗处理提供一定的指导和借鉴.