南水北调万年闸泵站渠道衬砌施工方案比选

张兆军，韩业庆，张向辉

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109）

南水北调东线一期万年闸泵站工程为I 等工程，设计调水流量125 m3/s。泵站枢纽工程主要建筑物有泵站主厂房、副厂房、前池、出水池、清污机闸（桥）、引水渠、引水闸、出水渠、出水闸等。其中引水渠总长1 176.69 m。引水渠衬砌部分位于引水闸后渠道段，为现浇混凝土衬砌结构，渠道衬砌单板宽3 m，长5 m。

1 渠道衬砌板存在的问题

万年闸泵站引水渠工程于2008 年7 月通过水下工程阶段验收，之后渠道正常蓄水，该工程经过10 年的运行，混凝土衬砌板表面陆续出现爆皮、砂浆脱落及碎石脱落现象，破损深度已接近2 cm，破坏面积较多并呈现逐年增大趋势。经初步分析原因：一是引水渠水流经弯道后到清污机段流速逐渐加快，导致衬砌板表面容易遭受损坏；二是破坏范围主要在高低水位频繁波动区，动水压力和冻融破坏加剧衬砌板损坏。

2 环氧修复施工方案

2.1 环氧类材料特点

NK-12 高渗透环氧界面剂能够渗入混凝土内部，封闭毛细管道，渗入固结后对原混凝土表面的损坏部位起到补强作用，形成的固结增强层也提高抗裂能力，使混凝土结构抗冻破坏能力成倍提高。现已广泛应用于各种水利工程、建筑工程及交通工程的防水抗渗，是实现建筑物防护与混凝土结构牢固粘合的双功能材料。

NK-2 聚合物高强砂浆具有较好的密实性，因此其抗冻、抗渗以及耐冲磨性能得到改善和提高；它改变了普通砂浆的固有脆性，具有优异的抗裂性能，与老混凝土具有良好的粘结性，抗折、抗拉强度有很大提高，耐老化性能优良。

NK-23 改性环氧防护涂层是在环氧树脂涂料的基础上，经改性得到的高耐候抗渗涂层，具有良好的耐候性和抗渗性，力学性能优异，与混凝土粘接良好，能够有效封闭混凝土损坏表面，提高混凝土的抗渗、抗冻性等耐久性能，适应于水利工程混凝土表面损坏修补，以及混凝土抗渗、抗冻、抗碳化防护。经过耐候性改性，改性环氧抗渗涂层适合在户外环境下使用。

2.2 环氧修复施工工艺及方法

1）切割剔凿。对衬砌板损坏较重部位，用切割机划线切割，用电镐剔凿，垃圾装袋外运。

2）混凝土浇筑。将剔凿部位清理干净，浇筑C25 混凝土。

3）打磨清理。采用高压水枪并配合刨毛机、凿子、钢丝刷等将混凝土基面上的剥蚀、破碎、疏松部位全部凿除清理干净，尖角、凸起或厚薄不匀部位要剔除并打磨平缓，以增加修补面与原混凝土的黏结。

4）钢筋除锈。用高压水枪冲刷清洗施工面，待施工面冲洗干净并处于饱和面干状态（内部湿润表面无水状态）时喷涂高渗透环氧界面剂。

5）喷涂环氧界面剂。抹压NK-2 聚合物高强砂浆，每层砂浆厚度应控制在10 mm 以内，厚度大易造成砂浆悬垂脱落，对于修补厚度较大部位，应多层抹压。然后，第二次喷涂高渗透环氧界面剂。环氧中涂施工，可分两次涂刷，间隔半小时即可，两遍总用量 0.5～0.6 kg/m2。NK-23 环氧防护涂层达到接近表干但尚未表干时（略微粘手的状态），采用丙烯酸防抗紫外光处理，涂刷2 遍，用量0.33 kg/m2。

6）硫密封膏嵌缝。标记位置，按照标记弹线，切割、剔出施工缝；用鼓风机等工具将施工缝清理干净，聚硫密封膏嵌填压光。

3 拆除重建施工方案

3.1 拆除重建工艺特点

渠道设计断面原设计上部衬砌板结构为8 cm厚C20 混凝土衬砌板+250 g/m2土工布一层+5～20 mm 碎石垫层厚60 mm+150 mm 厚中粗砂垫层，因现浇板在土工布上浇筑，现浇板与土工布结合较好，设计考虑拆除时将现浇板和土工布同时拆除，然后重新铺筑250g/m2土工布，并在其上浇筑8 cm 厚C30 混凝土衬砌板。

3.2 拆除重建施工方法

1）渠道原衬砌板采用挖掘机拆除，为预防施工过程中水泥灰渣等滚落进入渠道，用木板沿水面线进行拦阻。

2）清理干净拆除遗漏的碎渣及杂物，将粗骨料摊铺均匀、平整。

3）浇筑前准备作业。将土工布连接，搭接宽度大于50 cm，铺设时应自然松弛，以适应变形要求，并与支持面贴实，不得出现褶皱、悬空的现象；钢模板安装前，按施工图纸进行模板安装的测量放样，设置必要的控制点，以便检查校正。模板安装过程中，应设置临时固定设施，以防变形和倾覆。钢模板在每次使用前均清洗干净，为防锈和拆模方便，钢模面板应涂刷矿物油类的防锈保护涂料，不得采用污染混凝土的油剂，不得影响混凝土或钢筋混凝土的质量。

4）采用阶梯浇筑法浇筑混凝土，不分层，浇筑时严禁在仓内加水，以防降低混凝土的和易性，浇筑层面积与机械拌制、运输相适应，施工中不应产生冷缝，混凝土浇筑成型后，用水准仪控制表面高程，确保成型混凝土面高程与设计相符。

5）采用平板式振捣器将混凝土振捣密实。

6）采用汽油收光机结合人工铁抹子对混凝土成面压光，压光由渠坡横断面最初施工的一侧向另一侧推行，在施工时及时用4 m 靠尺控制表面平整度，对不符合要求的及时处理，确保出面光滑平整。

7）混凝土浇筑完毕后12～18 h 内开始覆盖毛毡洒水养护，在干燥、炎热气候条件下，应延长养护时间至少28 d 以上。

4 施工进度及成本对比

万年闸泵站渠道衬砌板环氧修复和拆除重建方案施工工期及完成工程量见表1。由表1 可知，环氧修复方案施工进度较快。

表1 渠道衬砌板维修施工进度对比表

经对环氧修复和拆除重建两种方案人材机投入数量统计，结合市场人材机询价，最终形成施工成本总价及完成工作量，折算出每种方案每平方施工成本单价如下：环氧修复方案182.34元/m2，拆除重建方案 142.87 元/m2，其中拆除重建方案施工成本单价较低。

5 施工经验总结

5.1 优化施工工序，提升工程质量

环氧修复方案采用NK-12 高渗透性环氧界面剂对原破损混凝土进行处理，渗入固化形成固结增强层，提升原来混凝土衬砌板强度、抗冲磨能力、抗渗能力及抗冻能力。但修复后的衬砌板表面易产生毛面，可能产生细小涡流，降低衬砌板使用寿命，建议在进行NK-2 聚合物高强砂浆抹压工序施工时增加抹压层厚度，后采用水磨石机对高强砂浆表面进行打磨，以增加表面光滑度，延长衬砌板使用寿命。

5.2 加强传统施工工艺质量控制

拆除重建方案作为传统的施工工艺，浇筑时对水胶比、和易性、浇筑顺序、振捣质量及抹面收光质量都有较高要求。施工中应按照设计配合比进行混凝土拌和，控制掺入材料的计量偏差，根据粗、细集料的含水率及时调整拌和水的掺入量，降低混凝土含气量和水胶比；混凝土的运输距离不宜过长，否则对混凝土的和易性影响较大；混凝土入仓宜采用吊装和溜槽施工，溜槽施工的坡度、滑落速度、距离及高度均要控制；入仓须自下而上，不得有骨料堆积，振捣应由专业人员进行，混凝土出浆应饱满，抹面收光不宜少于3遍，应严格控制衬砌板的平整度和光滑度。

5.3 两种方案优缺点对比

1）环氧修复方案。优点是环氧修复方案施工仅对混凝土衬砌板强度远低于设计强度、相邻衬砌边坡受冻胀抬动高差超过10 mm 且多处裂缝、空鼓的板块需凿除重浇外，尽可能在原有混凝土衬砌板上维修施工，以充分利用原有混凝土，拆除弃渣较少，可很好保护渠道护坡环境及植被；可分段施工，流水作业，施工进度较快，且待环氧面涂施工完毕后即具备通水使用条件，无养护期，适合应急抢修施工。缺点是环氧修复方案所使用主材均为新工艺材料，材料费用较高，导致施工成本较高。

2）拆除重建方案。优点是拆除重建方案所使用主材均为常用材料，材料费用较低，施工成本较低。缺点是拆除重建方案施工需将原衬砌板土工布以上部位全部拆除，拆除弃渣较多，对渠道护坡环境及植被影响较大；因施工作业需使用大型挖掘机、混凝土泵车及罐车，受施工场地地形影响较大，不适合流水作业，混凝土浇筑需跳仓施工，施工进度较慢，且施工完毕需养护周期较长，不适合应急抢修施工。