交通运输基础设施渗漏处置方法现状分析

朱万鑫，花莺菡，李如瑄，孙昊天，徐 祥，戴 轩

（中国民航大学 交通科学与工程学院，天津 300300）

交通运输基础设施概念广泛，一般指铁路交通、道路交通、水路交通、空中交通和管道运输所涉及的基础设施。近些年来，随着交通强国不断发展，基础设施也逐步完善，但在其发展的同时，交通运输基础设施均不同程度地受到渗漏的困扰，在房屋建筑领域亦然，如在《2013年全国建筑渗漏状况调查项目报告》[1]中明确显示，我国主要的城市建筑屋面渗漏率高达95.33%，与此同时，57.51%的地下结构存在不同程度上的渗漏困扰，渗漏水灾害也是我国交通运输基础设施的主要问题之一。国内城市地陷事故屡见不鲜，其背后的原因多是因为地下管道漏水导致水土流失，地基结构遭到破坏，进而造成路面承载能力下降，最终导致路面塌陷。2020年1月，一起突发性地陷事故发生于西宁市，事故导致运营中的公交车坠入坑中，造成众多人员伤亡，本次西宁市的地陷事故就是因为管道漏水渗漏致灾。无独有偶，2022年8月江苏省泰州市紫东花苑小区由于富水砂层中管道渗水导致路面塌陷，事故致使2辆轿车坠入坑中。对于深埋于地下的结构，如城市地铁、地下公路和管线，渗漏对基础设施的影响都是隐蔽而巨大的，漏水病害一旦发生，将严重影响工程运维成本甚至危害公共安全，因此，如何处理好渗漏问题是工程的一个重要难点。本文针对目前现有的止漏材料，分析其特性及应用场景，并对渗漏鉴别进行分类，提出止漏在治理与抢险中的有效作用，为渗漏灾害的解决提供可靠参考。

1 止漏材料的分类

1.1 水泥基类

水泥基类材料是生活中最常见的材料，其优点是价格低廉，使用较为简单、性价比高，对于一般渗漏来说堵漏效果好，但需要一定的养护时间，由于其胶接强度较高，对结构还起到补强作用。

1.2 水泥-水玻璃双液浆

水泥-水玻璃双液浆是指在水泥浆中掺杂水玻璃来进行混合的材料，有了水玻璃的加入使得其初凝时间大为减少。用水玻璃和水泥双液浆去浸渍材料和涂刷材料后，对于缝隙的填补能力大大提高，能深入缝隙和空隙，在进入之后使其硅凝胶固化，对于细小通道的堵塞有着很大的作用，防止其二次渗漏，对于日常的风化、流水侵蚀，有一定的抵御作用，提高了本身的强度和密度。速凝防水剂是由多种矾类物和水玻璃配制而成，对渗漏的快速修复和缝隙的快速填补有着巨大作用。由于其凝结速度快，是良好的补漏用品。缺点也显然易见，在补漏过程中要做到需要时配置，不能提前准备。

双液注浆是比较常见的止漏方法，用改进后的双液浆效果更为良好。其主要过程是用氯化钙和水玻璃-水泥双液浆重复且交替注入漏洞中，其中的水玻璃和氯化钙反应能快速生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到填充漏洞的作用，把其胶结起来增强强度，使其承载能力，抗侵蚀能力提高，用来加固或者止漏是非常好的选择。

1.3 遇水发泡材料

聚氨酯堵漏剂是目前发泡性能较好的一种可控制速度的止漏发泡材料，以MDI为主要配方的单液聚氨酯，其价格便宜，毒性小、黏度大，乳化时不易分散，分子量高。在具体施工过程中，根据施工进程和难度，添加催化剂控制其反应发泡速度来达到预期结果。MDI水性聚氨酯乳液成膜速度快、成膜性好，其胶膜的耐水性、耐磨性、机械强度和弹性都比较高。

1.4 混凝土高强反应粘接剂

新老混凝土高强界面粘合剂是针对新老混凝土结合层处常出现的空鼓、漏水和开裂等情况，有针对性地研制出的界面剂，可防止工程出现二次空鼓、开裂和漏水冻融等缺陷情况，且能防止由于雨水腐蚀，冻融对结构的破坏，提高结构的耐久性能。

1.5 水泥基渗透结晶材料

水泥基渗透结晶材料中主要包含有硅酸盐水泥、石英砂等基础材料，还含有一定的活化学物质。在使用过程中，按照相应的配比与水制成灰浆，均匀涂抹在混凝土表面，其中的活化学物质渗透到混凝土缝隙中，就可以发生良好的粘结作用。水泥基渗透材料还有着独特的自我修复能力，这样使得该材料对于基础设施中的钢筋、管道等具有较好的抗老化和抗腐蚀的作用，同时水泥基渗透材料还具有极强的耐水压能力，而且还能对所作用的混凝土结构起到一定的补强作用。因此，近些年来，水泥基渗透结晶材料广泛应用在地铁、隧道等基础工程设施的防水工程中。

1.6 其他止漏材料

利用各种高聚物形成的新型材料，例如用于封堵土石坝渗漏通道的可视化高聚物注浆材料[2]，HTD-3型高温堵漏材料[3]，新型抗高温可控凝胶堵漏剂等。

2 交通运输基础设施渗漏的评价

交通运输基础设施渗漏现象发生的来源往往是多种多样的，不仅仅存在于隧道工程或者地下隧道工程当中，常见的交通运输基础设施比如公路、各类跑道及铁路等也会受到地下结构渗漏水的影响。除此之外，一些运输管道也会发生渗漏现象，比如雨水管、污水管、排水管、供水管及供热水管等。由于其发生来源的复杂多样导致了鉴别和治理的难度极大增加，除去设施所在地的地质条件、地下水及设施所处温度环境的外在因素影响，管线所运输的物质对管线中的防水材料也有很大的影响。例如污水运输管，污水当中难免会掺杂有对防水材料或管道材料有腐蚀作用的化学物质，随着时间的增加也就导致其腐蚀作用积累加强，从而对管道的防水材料及管道材料造成破坏，出现管道渗漏水的现象，甚至会发生管道破裂的情况。众所周知，当出现管道破坏的情况时，往往需要快速高效堵漏，否则会对管道运输造成不可估量的损失；对于供热管线而言，其温度和较高的空气压强也会对防水材料和管道造成影响；对于雨水管，常年较大雨水量和其中掺杂的固体物质也会对管道造成冲撞上的破坏，因此在管道渗漏水上的因素尤其多样且不可控。

对于管道渗漏水的渗漏方向无非分为2种，内渗及外渗。当管道内水压较大时，渗漏水的渗漏往往是以外渗的形式发生的，通常表现为渗漏水外喷、流速较快，其渗漏程度也更为严重；水压较小时则是以内渗的形式发生的，其表现为地下水向管道内部逐渐渗透，水土流失隐蔽且不易察觉。渗漏水的鉴别方法大致为目视及漏量计算，而渗漏水的成分鉴别则通常是通过电化学及物理电极的方法进行的。

渗漏水的发生大都归结于复杂的水文地质条件，随着时间变长，地下水的高水压及其中含有的腐蚀性物质使得结构物的防水性能下降，甚至会引起结构的变化从而发生更加严重的渗水，极大地增加渗漏水发生的可能和渗漏程度的加大，进而导致施工现场的防水工作难度急剧增加。交通运输基础设施渗漏水的分类是多种多样的，其可以根据渗漏水的渗漏部位进行分类，也可以按照渗漏水的渗出形式进行分类[4]。为方便研究，现本文将按照渗漏水的出水量进行分类，渗漏水大致上可以分为湿渍、渗水、水珠、滴漏、线流及漏水漏砂6种类别。湿渍是渗水最为轻微的一类，通常表现为在混凝土侧壁的表面出现小范围的湿斑；渗水则是渗漏水会在建筑混凝土结构的表面形成一层薄薄的水膜但不足以产生流动或水珠；水珠则很容易理解，其在顶板部位表现得更为明显和突出，此时的渗水量已经不能被水的表面张力所束缚，会缓慢地形成小水滴在混凝土顶板的渗漏处缓慢垂直下落；滴漏更为通俗，当渗水量达到滴水时说明建筑的渗漏情况已经较为严重，会不断地有渗漏水滴下，这种情况在衬砌混凝土上表现得更加严重和明显；渗漏水继续发展便形成线流，此时将有明显的地下水流失；当渗漏继续发展，变形成漏水漏砂，此时会使结构承载条件极具变化甚至会发生局部的结构坍塌或破损[5]，严重威胁到人民的生命和财产安全。

渗漏水会因为渗漏程度的不同而渗出不同的物质成分，不论是其外观表现还是渗漏水的成分都会有所不同。渗漏水通常含有漏水、浑浊泥水及砂水混合物等。当压强较小时，渗漏水往往是清澈的，几乎不掺杂泥沙，在进行堵漏工作时可以减小泥沙固体对堵漏材料的影响，可以较好地减少堵漏的工作量。而渗漏出浑浊泥水时，其中往往含有粉质黏土等，渗漏水浑浊且掺杂少量的细小固体颗粒[6]。当渗漏水的压强较大时，渗漏水中会携带一些细砂、砾砂、圆砾，甚至是砂岩颗粒等较大的固体颗粒，在进行堵漏工作时就需要考虑这些较大的固体颗粒对于堵漏材料的影响。

根据渗漏水的分类，在现有的水土流失实验设备上分别模拟不同类型的渗漏水，从而进一步对一部分堵漏材料的性能进行测试。

3 不同渗漏情况的修复措施

首先，需要对材料进行室内实验与测试。由于施工地区海拔、温度、地质条件及水压等方面的差异，使得快速堵漏材料在交通运输基础设施施工过程中的堵漏效果不尽相同，利用现有的水土流失测试设备进行实验，设置不同地层和水压影响下的施工条件。根据在地层和水压影响下快速堵漏材料的凝结时间、膨胀率、锁水率及凝结强度变化的国家规范要求对相关堵漏材料进行测试。随后，进行各种材料的不同配合比使用，对新材料的凝结时间、膨胀率、锁水率及凝结强度进行重新评估。在合适条件下可以进行适当的化学补强，对堵漏材料的薄弱处进行加强，进一步提高堵漏材料和交通运输基础设施的结合度。在这个过程中还要注意堵漏过程的难度问题，提高在紧急情况下交通运输基础设施堵漏的效率。

3.1 道面渗水情况的修复

以跑道为例，对于道面渗水的情况要分不同的渗漏类型、结构类型及病害原因，采取不同的修复措施。对于沥青道面一些局部渗水严重，空隙率较大的路段可以采用喷洒乳化沥青的方式，利用乳化沥青填补空隙；对于一些局部路段长期渗水严重，有坑槽或网裂的沥青道面可以进行翻修处理；对于长距离路段渗水严重的沥青道面则可以在已建成的道面上加铺一层厚度约1.5～2.5cm的细粒式沥青面层来进行防水修复[7]。

对于水泥混凝土道面，若道面渗水处缝隙多为表面裂隙且缝隙宽度不超过0.5 mm，可以采用压注灌浆法，在裂隙处压注黏滞性强的堵漏剂进行堵漏。对于一些裂隙宽度较大的则需要采用扩缝灌浆法等进行修复。

对于一些隧道内道面渗水情况，坚持着“以堵为主，堵排结合”的原则，除开向裂隙处注入堵漏剂进行堵漏或加铺沥青层外，还可以在隧道内外设置井点来进行排水以减少道面积水，缓解渗水情况。

3.2 管道渗水情况的修复

一些埋藏在道面下的排水管道可能会因年久失修或外部压力等原因造成渗漏从而对交通设施造成破坏，所以对于一些渗漏较少的管道可以在确定渗漏位置后采用遇水快速凝固膨胀的堵漏材料进行堵漏处理，然后再对管道进行修复，但须对水压、材料环保性能进行验证。对于管道大面积破坏的情况则只能进行换管处理。

3.3 高温情况的修复

供热管线等高温水渗漏，在裂隙缝宽5～10 mm且具有较大压力的情况下，可以使用快速滤失固结堵漏材料ZYSD，从而快速堵漏；裂隙缝宽0.12～0.2 mm且周围温度偏高时，可以选用5%抗高温刚性堵漏材料DXD与3%弹性堵漏材料TXD进行复配，相较于其他材料具有更好的抗高温高压性；在裂隙缝宽2～5 mm且需快速堵漏的情况下，可以选用海泡石粘土水基钻井液[8]，该堵漏剂在高温高压的情况下仍具有很好的流变性及强度。

3.4 地下工程渗漏的修复

由于地下工程其本身的特质相较于地上工程而言整体工程对于防水性能的要求更高，所以对于防渗漏的防水材料也有更多要求。面对不同情况，防渗漏措施也相应不同。

对于地下工程主体结构上可能因施工造成蜂窝、孔洞等问题，从而引发渗漏的问题，可以采用全粘法铺设堵漏剂进行修补，对于堵漏剂可以选用柔弹性堵漏材料，该材料具有很好的弹性和韧性，可以更好地适应地下工程所具有的高压力的特点，以实现有效封堵，并且加强混凝土的养护，增强混凝土的抗裂性与抗渗性，避免或减少因混凝土产生裂隙而造成的渗漏。对于一些最容易出现渗漏情况的细部结构，如后浇带、变形缝处若出现渗漏可以先将表面松散的混凝土及浮灰清理干净后再对其进行压注灌浆法，对裂隙进行修补并涂上防水层进行加固[9]。

3.5 因灾害造成的渗漏

对于一些因地震、洪水等自然灾害所造成的道路渗漏情况很难马上进行修复，所以应采取措施进行临时性的排水堵漏，然后依照渗漏原因进行有针对性的修复措施。

对于堵漏材料的选取，首先要满足原材料造价低、环保无毒、耐久性和抗压性优良等性质。水泥类材料可以满足以上特点，但是水泥类浆液颗粒较大，难以注入细微裂缝。所以经过调查发现可以将硅酸盐水泥二次研磨磨细后获得超细水泥浆。这样的水泥浆液颗粒细小，可以对细微裂缝进行填堵，并且价格便宜，购买方便，是很好的灌缝堵漏的基质材料。但由于普通硅酸盐水泥凝结时间过长，所以为了满足灾害发生时紧急堵漏、快速修复的要求，经查阅资料发现，将超细普通硅酸盐水泥与自行磨细的、具有快硬早强特性的硫铝酸盐水泥复配，并在此基础上掺入水性环氧树脂[10]，可以在一定程度上缩短堵漏材料的凝结时间，还可以加入水性环氧树脂，利用其黏滞性高的特点，降低堵漏材料的流动，并且水性环氧树脂所形成的聚合物膜网状结构可以改善堵漏材料的韧性，加强其抗折强度。但是对于因灾害导致交通设施损害从而发生渗漏的情况，利用堵漏材料进行堵漏只是暂时性的，需跟进渗漏特点进行针对性室内实验与现场实验研究。

4 结束语

交通运输基础设施渗漏问题是工程建设中常见的问题，也是工程建设过程中始终存在的痛点与难点。由于渗漏发生的条件与影响因素较为复杂，而交通运输基础设施建设是一个较为系统性的工程，并且渗漏发生的时间贯穿于整个基础设施的生命周期，因此在设计阶段、建设阶段及之后的运行维护阶段，需要尽全力地避免渗漏问题的发生，当渗漏发生时，尽快地找出渗漏原因，尽可能地规避渗漏带来的风险。

本文通过对交通运输基础设施中常见渗漏问题的调查，将渗漏问题按照渗漏的来源、渗漏发生时渗漏水的渗漏方向等进行分类，也简单地介绍了一些国内外对于快速堵漏材料的相关研究成果，可以发现目前快速堵漏材料种类多样，对于一些常规的渗漏问题都能达到很好的防治效果。对于在高水压等不利条件下，水泥浆等防渗止漏材料就容易被冲蚀稀释，从而导致出现效果减弱的现象。而化学类堵漏剂在高温、高压等不利条件下，则会降低其耐久性及抗压能力，加之化学类止漏材料的产品质量不易控制，为达到相应的使用效果需要做相应的针对性改进，使得该种材料的经济成本更高。因此，目前开发具有耐高水压、耐高温、强度高等性能，及更加经济且适用于交通运输基础设施快速堵漏的材料还是大有可为的。另外，随着科学技术的不断发展及保护环境的需要，快速堵漏材料未来会向着更加绿色、高效，更具综合性的方向发展，并具有广阔的应用前景。