苏州河防汛墙结构性渗漏分析与处置技术应用

邓 群，田爱平

(上海市堤防(泵闸)设施管理处，上海 200080)

苏州河防汛墙渗漏情况复杂，大多为结构性渗漏，不同于土坝渗水。墙体渗漏检测难度大、施工难度大，只适宜做“微创手术”，即采用破坏性较小的方式进行防渗修复。采用非开挖修复技术，需首先查明渗漏段防汛墙的结构型式，分析渗漏原因，“对症下药”，解决渗漏病害。

1 结构性渗漏概念

1.1 结构性渗漏概念与分类

(1)概念

由于施工质量或使用年限较长，板桩缝内砂浆脱落或墙身之间止水带、伸缩缝失效等，造成底板下或板桩内侧土体流失，形成渗漏通道。由于防汛墙结构原因引起的渗漏，故简称为结构性渗漏。

防汛墙渗漏与结构密不可分，结构是用以抵抗施加在构筑物上的荷载，是传递荷载、支撑构筑物的骨髂，结构发挥其功能的有效程度影响着构筑物的质量。虽然不需要对防汛墙结构进行改造，但正确对待与应用结构构成和作用，是解决渗漏问题的先决条件。不同类型的防汛墙，其结构有所不同，掌握结构构成，将有助于快速查找渗漏点，从而精准注浆。

按照挡水设计的防汛墙，在结构完好无损时不会发生渗漏；只有在结构或构件发生破坏后，才会有渗漏发生，这也是防汛墙渗漏的实质。因此，对防汛墙结构破坏机理的分析，也是研究结构性渗漏的意义之所在。

(2)分类

结构性渗漏原因很多，从不同的角度出发，会有不同的归纳和分类。例如，防汛墙渗漏按部位分类有墙体、底板、桩基；因此，要进行严格的统一分类也是非常困难的。结构性渗漏分类见表1。

表1 苏州河防汛墙结构性渗漏分类表

1.2 苏州河防汛墙现状

苏州河上海市域段长度50km，总面积约139km2。按照建设世界级滨水区的总目标，苏州河沿岸定位为特大城市宜居生活的典型示范区，将打造舒适宜人的生活型活动轴线，实现中心城区段滨水空间全线贯通，滨河步道即将实现公共空间贯通开放，从而苏州河防汛墙将成为集安全、景观、生态、文化于一体的多功能风景线。多功能的滨水空间的打造，进一步增加了苏州河堤防防渗的难度。

苏州河两岸沿线防汛墙结构型式较多，按照不同的基础结构和墙身结构进行划分，常见的有浆砌块石重力式、斜坡式、高桩承台式、低桩承台式、拉锚板桩式、L 型钢筋混凝土直立式等。现有防汛墙包括苏二期防汛墙，绝大部分为板桩骑跨式高桩承台结构，墙体结构本身稳定虽无问题，但随着运行时间的延长，板桩脱榫、漏土现象逐渐开始显露。当基础下存在渗水通道，若不及时处理，久而久之将会造成底板下基础掏空出现险情。同时，随着苏州河跨河桥梁建设不断进行，桥梁与防汛墙连接段未按规范施工，或以往桥台连接处因沉降不均、基础薄弱等原因导致了防汛墙的局部岸段渗透水现象日益明显。

现状苏州河下游段两岸，多为市政道路和居民小区，通行要求较高，地理位置重要，一般不适用于大面积开挖的修复方式，因此防渗技术需要施工简单、非开挖处置、干扰小的新技术。历年来防汛部门对苏州河频繁组织防汛抢险和除险加固工作，而苏州河现有防汛墙出现最普遍的就是渗漏问题，防汛安全直接影响到两岸人民群众生命财产安全。

1.3 苏州河防汛墙渗漏概况

据统计，近两年苏州河市区段防汛墙渗漏整治共有41处。按影响类别，建(构)筑物跨河或穿河的部位渗漏最多，如桥梁跨河渗漏为35处，占85.4%，渗漏原因包括防渗设计欠考虑、结构相临接头处理不到位及不均匀沉降等；按渗漏位置，有变形缝渗漏、板桩与底板间渗漏、板桩之间渗漏和墙体渗漏等，其中变形缝处渗漏占结构性渗漏最多，其次是板桩间接缝处渗漏，具体情况如图1所示。

图1 苏州河堤防结构性渗漏原因统计图

2 结构性渗漏分析与注浆方案设计

需从结构性渗漏出发，“对症下药”，消除苏州河防汛墙渗漏隐患。通过掌握防汛墙结构和渗漏机理，确定渗漏点，一个部位，一个渗漏点，一套布孔方案，一套注浆方案。采用“绣花针”功夫，创新技术应用，重点在技术方案设计，布孔、孔深、注浆压力等与土坝防渗注浆有所不同。本文通过针对四种不同的典型结构构成，分析渗漏机理，提出对应处置方案。其技术路线是：根据地面渗漏→查结构构成→渗漏形式判断→设计处置方案→高聚物注浆。

2.1 变形缝处渗漏

苏州河防汛墙一般每隔10～15m，就需要设置一道沉降缝(即永久变形缝，简称变形缝)，据此，仅下游段两岸防汛墙就有变形缝约7000条，是苏州河防渗的关键部位。变形缝破损后，渗漏修复是难点也是关键点。

2.1.1渗漏位置和机理分析

防汛墙变形缝和止水是不可或缺的设计内容。变形缝将防汛墙分割为两个或多个独立的沉降单元，可有效地防止地基不均匀沉降产生的损害。但是变形缝两边的防汛墙，或防汛墙与桥台间的变形缝，两边沉降难以均匀一致，往往造成止水破损，在水压力作用下，河水沿着垂直变形缝向墙内渗流，如图2所示。当底板上的水平变形缝破损后，水在压力作用下沿着变形缝向底板上面渗水。穿过变形缝的渗水，一般表现在墙后人行道或路缘石处存在渗漏水。

图2 垂直变形缝破损后易发生渗漏

另外，新老墙连接处通常是变形缝，因不是同时施工，止水带无法正常设置，因此，也是渗漏易发部位。一般由于老墙底板较短，在高水位压力作用下通过底板下方进行渗透。例如，老墙保留段在桥台的两侧，若地下存在地铁或管线，则情况更为复杂，因此应综合分析结构型式，摸清渗漏点，确定注浆位置和钻孔深度。

2.1.2注浆方法—导管注浆

变形缝有水平缝和垂直缝，发生渗漏均可采用导管注浆法，但布孔位置、孔深有所不同。对于垂直缝渗漏，可以采用在防汛墙迎水面水平布孔注浆方案，也可以采用水平钻孔注浆和墙后垂直钻孔注浆相结合的方案。对于底板上的水平缝，通常采用板上垂直钻孔注浆方案。

沿变形缝两侧交叉布孔，孔深要求穿透混凝土层，注浆孔距变形缝20cm，孔间距小于1m。在注浆孔内下注浆管，穿透混凝土层。高聚物浆液膨胀扩散，迅速充填伸缩缝孔隙，自内向外封堵渗漏缝隙通道。水平缝一般在渗漏处加密布孔，距离防汛墙500mm处开始布孔，两侧交叉布置，间距为800～1000mm，如图3所示。

图3 底板水平变形缝注浆布孔平面示意图(单位：mm)

2.2 板桩或墙体与底板相交处渗漏

苏州河下游段防汛墙多为高桩承台，桩基为前板后方的结构型式，板桩的临空面有3.0m左右。板桩数量多，受力复杂，是结构性渗漏的重点。

板桩或墙与底板相交处形成水平缝，两者不同的是板桩与底板相交的水平缝在底板下，而墙体与底板相交形成的缝在底板上。可以看出，虽均为水平缝，但位置不同，这就决定了需要采用不同的注浆方法，难易程度也不同。

2.2.1渗漏位置和机理分析

(1)板桩与底板相交处渗漏

预制板桩的桩头虽埋入底板内，但显然难以形成固结，只能是简支。受力分析表明，桩头嵌入底板，相交部位削弱了底板的整体作用，底板对桩头也难以形成握固作用；在水平荷载的作用下，桩头四周的混凝土极易发生塑形变形，或被压碎，如图4所示，从而降低了板桩与底板的连接，容易形成渗流。

图4 板桩与底板连接处易发生渗流

板桩头部的塑性变形，使连续拼接的板桩与底板相交处形成一道水平缝。其次，软土地基上的防汛墙，底板与地基常有脱开现象，一是当桩顶下沉量小于基底土的下沉量时，基底与地基就会脱开；二是由于桩基和土的共同作用、软土的固结沉降等影响，桩间土的沉降大于桩基沉降，基底与地基也会脱开，这种状况出现的几率很大，对防汛墙渗流稳定极为不利，既会产生渗流通道，同时，下沉的土体对桩基又会产生负摩擦力，也使桩基与底板间易于产生渗流。

板桩与底板相交处渗漏，可在苏州河低水位时，通过直接观察板桩和底板连接处进行判断。另外，苏三期标准段的防汛墙为高桩承台骑跨式结构，底板与下方老结构浆砌块石的交界面也是水平缝，容易形成渗漏。

(2)墙与底板相交处渗漏

早期苏州河防汛墙墙体为浆砌块石墙体，坐落在钢筋混凝土底板上，出现渗漏，原因是施工时交界面未处理好，从而形成水平缝发生渗流；此种墙体与底板相交形成的水平缝是在底板上。因为一般注射浆液易于向上扩散，不易于向下扩散，因此，此种水平缝形成的渗漏最难处置。

2.2.2注浆方法—导管注浆

(1)水平缝在底板下

板桩与底板相交形成的水平缝在底板下，注浆孔一般布置在防汛墙墙前、板桩之后，布孔间距为0.8～1.0m。注浆深度应根据渗漏情况确定，一般要穿过底板。根据不同的注浆深度，选用不同的钻孔机械，钻孔深至预定注浆点。钻孔与透水层平行、斜交或垂直相交。下注浆导管，在钻孔内插入注浆导管，注浆管长度接近注浆孔深度。通过注浆导管实施高聚物注浆，在透水层中形成连续的高聚物帷幕防渗体。

(2)水平缝在底板上

水平缝在底板上，此种渗漏最难处置，因为一般注射浆液易于向上扩散，不易向下扩散，新老挡土墙相交处，注浆难度大。一般可以采用反压导管注浆，即钻孔深至底板顶面，在钻孔内插入注浆导管至底板顶面，于底板顶面持续注浆，高聚物在管底连续向水平方向扩散，从而在透水层中形成连续的水平向的帷幕防渗体。

2.3 板桩间接缝处渗漏

苏州河下游段防汛墙多数为“前板后方”的高桩承台的结构型式，钢筋混凝土预制板桩为常用的桩型，在现场或工厂预制而成，运至现场定位后打入。板桩应用的数量多，施工存在很多不确定性；板桩临空面高，既是受力构件，也是防渗屏障，由此，板桩间的灌浆、拼接等都是结构性渗漏的关注点。

2.3.1渗漏位置和机理分析

如图5所示，板桩上段为两根板桩的凹槽对拼，凹槽空隙一般用M10膨胀水泥砂浆灌满。但由于水下施工质量难以控制，凹槽内砂浆往往难以填满，或砂浆凝固收缩，因此，砂浆与凹槽存在渗漏隐患。而板桩下段为凹槽和凸榫对接，自然存在一道缝，当墙前泥面冲刷后下降后，潮涨潮落，墙后水就会从缝中挟带着泥沙流出。接缝特点为竖向缝，板桩存在散点漏洞或线型渗漏。

板桩间接缝处发生渗流后，高潮位时河水倒灌于墙后回填土，低潮位时回填土内的水又从缝内流出；潮涨潮落，将回填土不断带出，当墙后回填土的渗径小于渗径长度要求时，渗水就溢出地面。

2.3.2注浆方法—帷幕注浆

板桩间接缝处渗漏，可采用帷幕注浆法处置。注浆管、注浆孔和高聚物能准确到达土层中的设计堵漏防渗位置，高聚物就能在膨胀压力作用下劈裂土层进入土体孔隙，在土体中形成一个整体，并向周围扩展并挤密四周土体。若在注浆过程中连续提升注浆管，在注浆管底端就形成一系列“重叠”的泡沫体，从而形成连续的注浆体，达到防渗堵漏的目的。

2.4 墙体破损处渗漏

苏州河防汛墙的墙体多数为混凝土结构，少量为浆砌块石结构。前者发生渗漏通常是管道穿墙，或受地下障碍物影响所致；后者发生渗漏往往是施工质量有缺陷，或墙体变形所致。

2.4.1渗漏位置和机理分析

墙体混凝土或浆砌块石破损，为管涌状或散点式渗漏，前者渗流量较大，一般采用膜袋封闭注浆方法；散点式渗漏一般可采用导管注浆技术。

2.4.2注浆方法—膜袋封闭注浆、局部注浆

将捆扎好膜袋的注浆管和放入漏洞口内，再通过注浆管往膜袋内注射双组份高聚物材料，高聚物材料在膜袋内迅速膨胀固化，从而快速封堵涌水通道(漏洞)，最后通过不带膜袋的注浆管，向涌水通道内注射双组分高聚物材料，高聚物材料在涌水通道内迅速膨胀并固化，从而快速封堵涌水通道。

局部防渗也可采用高聚物导管注浆技术。使用注浆导管，把高聚物材料注射到预定位置，利用高聚物材料的快速膨胀性特点，填充块石或土体中的空隙，挤密块石土体，并顺着裂隙，从内向外膨胀渗透，形成坚固、稳定和持久的防水层，达到防渗堵漏目的。对于墙体散点式渗漏，可采用局部注浆技术，每平方米选择2～3个点进行注浆，每两个点间距不大于500mm。

图5 板桩间接缝处易发生渗流

3 结论

本文通过结构性渗漏的提出，抓住了防汛墙渗漏的实质，分析了结构破坏的机理，有利于高聚物注浆技术在苏州河防汛墙防渗中的创新应用，结合工程实际、因地制宜，较好地解决了防汛墙结构性渗漏的修复。