供水钢管与混凝土连接渗漏补强措施探讨

许尚伟，李志强，许振营

（山东省水利工程建设监理有限公司，山东 济南 250013）

沂水县跋山水库供水工程项目自跋山水库引水至沂水县新建县城自来水水厂、许家湖镇庐山工业园、黄山镇龙山工业园。本期设计供水工程输水规模为25 万m3/d，供水人口50 万。该工程等别为III 等，工程规模为中型，取水口工程等主要建筑物级别为3 级，本次输水工程进水口设计水位以跋山水库死水位为控制要素，最低运行水位为163.00 m，按照输水管道采用重力式自流输水方式设计，正常输水工作压力为0.6 MPa，水压试验压力设计值为0.96 MPa，主要工程内容包括：放水洞工程、取水口工程、输水管道工程等。取水口工程位于跋山水库放水洞出水口后、水电站前的供水管道处，采用直径3.5 m 的钢管与两端外包混凝土供水管道连接，衬砌连接长度为1.0 m，设计采用厚度为0.50 m 的C30 混凝土，抗渗等级为W6,抗冻等级为F150。

1 钢管与混凝土结合处局部渗漏情况

沂水县跋山水库供水工程正式向沂水县溪源自来水厂供水时，取水口工程钢管与混凝土衬砌结合处局部渗漏严重，但未发现该处衬砌工程混凝土有裂缝，如果不及时处理，将影响工程正常运行。如果停止供水检修处理，将严重影响整个沂水县城工业和生活用水。

从现场观测，渗水通道位于钢管与衬砌混凝土粘结处，现场技术人员及时采集现场渗流监测数据，对取水口工程供水钢管、混凝土衬砌工程、老放水洞改造工程渗流稳定进行复核计算，排除老放水洞岩石裂隙渗透、混凝土衬砌工程局部断裂等原因。计算结论为渗漏点位于供水钢管与衬砌混凝土之间粘结处。

2 供水钢管与混凝土粘结处渗漏成因

2.1 缺少设计原因

规范钢板与混凝土粘结防渗设计规范及资料仍处于试验研究阶段，尚未有一套成熟的计算理论，未颁布涉及该方面的设计规范，目前工程技术应用方面尚未有较多的经验作为参考。该处钢管与混凝土结合处受力情况复杂，只是通过理论数值及实验模型对其研究，研究成果仅能作为设计参考参数。本次设计需要根据跋山水库设计水位确定该处的设计水头，测算出该处钢管与混凝土结合处所受内水压力为0.6 MPa，加入计算结构区所受其他荷载，通过模型试验来确定该处混凝土衬砌连接结构型式及长度。

2.2 施工条件差

该处位于水库大坝下游，地质条件复杂，大部分为粗粒二长花岗岩、斜长角闪岩，岩石较为坚硬，又因环保等原因，只能采用挖掘机破碎锤开挖，费工且效率低。根据当时县自来水厂供水要求，必须在20 d 内具备通水条件，钢管、蝶阀、安装图纸都没有按照原计划及时送达工地现场，跋山水库当时白天最低已接近0 ℃，混凝土衬砌工程段为管状结构，模板支撑结构复杂，施工难度较大，局部容易出现瑕疵。浇筑时，该处薄壁圆弧型结构不适宜大方量混凝土浇筑，卧式圆形模板浇筑混凝土时，施工难度较大，容易造成局部混凝土浇筑时振捣不密实，影响混凝土施工质量。

2.3 混凝土养护时间短

衬砌混凝土工程养护期间外部温度最低已降至零下3 ℃，如果养护人员未提高养护期的温度和湿度的情况下采取撒水、保温、挡风等措施，养护时间比正常温度下仍未延长，养护不到位的混凝土因水化作用停止、水分很快散失，混凝土强度指标将不再增长，外表将产生干缩开裂、内部组织松散，耐久性、抗冻、抗渗随之下降。以上原因均可能引起混凝土与钢管产生缝隙，形成漏水通道。因水厂供水时间要求、外部气温低等客观原因，造成了混凝土养护时间较短，仍须尽快投入使用。

3 渗漏补强方案

在施工现场，组织业主、监理、设计、施工、检测等参建单位召开了专家论证咨询会，考虑到该处地基应力、结构受力、温度应力等客观条件比较复杂，同时渗漏处理方案施工时供水不能中断、外部施工温度较低、施工作业空间狭窄等客观因素，提出以下渗漏补强处理方案。

3.1 防渗止水类化学灌浆

防渗止水类化学灌浆是根据工程实际需要，将一定比例的化学材料配制成不含固体颗粒的真溶液，用化学灌浆高压针头将其灌入需要修补的混凝土裂缝内，使化学浆液渗透、扩散、胶凝或固化，以进行混凝土建筑物内裂缝修补的一项加固基础措施，用于混凝土缺陷补强和防水堵漏技术。防渗止水类化学灌浆是化学学科与工程学相结合，工程技术、高分子化学浆材和应用化学科学进行混凝土加固补强、防渗止水缺陷处理，可确保工程顺利进行或用以提高工程质量的一项新技术。本次设计处理方案灌浆材料采用单液型水性聚氨酯灌浆液材料，该材料诱导凝固时间为40 s、粘度为280 mPas、混合时间（4 倍水）为30 s、遇水膨胀率为1600%、抗渗系数为1.8×10-9、发泡率为450%。对需要处理渗漏处的连接段混凝土区域采用人工清理干净，因操作空间较小，施工人员使用专用钻孔工具电锤进行钻孔，在钻好的孔内安装注浆嘴，先用高压清洗机注入清洁水，将封内粉尘清洗干净，再向注浆孔内灌注化学注浆料，然后拆除注浆嘴。该方案材料无毒、工艺先进、操作简便、施工速度快，工期较短、造价较低。

3.2 加长混凝土连接长度

直径3.5 m 的钢管与外包混凝土供水管道连接，延长衬砌连接长度各为1.0m，C30 混凝土厚度为0.50 m，抗渗等级为W6, 抗冻等级为F150。该方案混凝土浇筑时间长、造价较高，影响工期较长。

3.3 重新浇筑

对直径3.5 m 的钢管与外包混凝土供水管道连接重新浇筑，在已浇筑混凝土的基础上，衬砌连接长度各增加至2.0 m，C30 混凝土厚度为1.0 m，抗渗等级为W6,抗冻等级为F150。该方案岩石开挖量大、混凝土浇筑时间较长、造价较高，影响工期较长。

针对上述三个方案比较，方案比选见表1，通过对施工工艺、施工成本、施工工期等多方面论证，拟采用防渗止水类化学灌浆方案。

表1 渗漏处理方案比选表

4 灌浆工艺流程

施工灌浆设计工艺原理：利用专用机械动力将专门制作好的化学浆液高压注入混凝土裂成狭长细微的缝中，当化学浆液遇到混凝土内部裂成狭长细微发丝缝中的水分会快速扩张，形成无穷无尽的个体封闭闭合汽泡，水流完全不能进入混凝土结构体内的裂缝里，可达到止漏防水效果。

4.1 灌浆施工前准备

施工人员准备好穿戴个人防护器具、单液型水性聚氨酯灌浆液材料、高压注浆管、高压灌浆机、高压注浆嘴、快干水泥密封剂、SDS 定点钻头、电钻机等器材。

4.2 表面清理

施工人员详细检查混凝土衬砌与钢管结合处状况，确定埋设止水针头位置及间距，将混凝土表面清理洁净，清扫混凝土表面异物，保证表面润湿、洁净。

4.3 电钻钻孔

因钢管与混凝土结合处布满了微细不规则形状裂缝，须沿着管道渗水方向两侧3～10 cm 范围内交叉布孔，孔距暂定为5～10 cm，采用孔径ϕ10 mm 左右的钻头进行钻孔，钻孔与混凝土表面夹角为10°～40°，交叉点位于离钢管混凝土底部的1/3 范围内，顺序由下向上布置钻孔，再埋设止水针头，钻孔深度接近混凝土结构厚度4/5 处或接近钢管处左右深，钻孔须接近渗漏处，注意不要将钢管结构打穿。

4.4 埋嘴

在已经凿好的凿孔内将专用工具止水针头放进去安装好，并且确保没有用过的止水针头、孔壁及橡胶部分无水干燥，以免针头有水打滑不方便安装，使用专用扳手将针头拧紧，确保止水针头与周围之间挤压封闭完好不漏，防止浆液渗漏。

4.5 清孔

用气泵将表面的粉尘清洗去除，再用高压水射流清洗机冲洗好已经凿好的凿孔，直至灌浆凿孔流出清水，则可进行下一步操作。

4.6 灌浆

在高压灌浆机储料桶中放入单液型水性聚氨酯注浆液，首先用高压化学灌浆机将注浆管及料杯内的异物挤压排出，待至化学浆液喷出，再将止注浆嘴与高压化学灌浆机连接，通过止水针头将单液型亲水性聚氨酯注浆液注入钢管与混凝土结合渗漏处，施工工艺顺序由钢管底部向上依次注浆，当邻近孔开始冒出化学药剂后，继续保持最高灌浆压力不变3～6 min，方可暂停该孔施工。当移至临近凿孔灌浆时，直至该孔高压灌浆打不进去，确保全部灌浆压力最大化，如果局部继续渗漏，可在该处继续增孔加压灌浆。

4.7 清理场地

全部灌浆施工完毕，钢管与混凝土接触面无渗水即可去掉止水针头，清除溢出的灌浆液，用防渗水泥基渗透型结晶抗压密封剂对灌浆口进行封堵，确保修补后的混凝土外观质量。

5 结 语

在供水工程中采用防渗止水类化学灌浆封堵细小贯穿裂缝，能够克服供水管道工程特有的条件，渗漏现象基本消失，防渗效果明显，从经济效益的角度分析具有以下优点：

1）材料、速度能够适应本次供水管道工程野外施工随季节变化的气候条件，克服了需要带水作业等施工恶劣环境，从而节约成本，提高了施工效率。

2）防渗止水类化学灌浆材料无毒，能够满足本次供水工程安全要求，使水资源在供水区不受污染，满足人们的生产、生活用水要求。

3）防渗止水类化学灌浆施工工艺简易方便、可快速处理类似漏水事故，满足了供水工程运行不间断施工、时间紧的要求。

总之，防渗止水类化学灌浆是水利工程中钢管与混凝土粘结处细小裂缝渗漏处理的一项较为有效的施工方案，此方法工艺成熟、操作方便、处理速度快，不仅能保证工程施工质量，而且能够极大提高工作效率，在不停水的情况下缩短了施工周期，降低了施工成本，具有良好的经济效益和社会推广价值。