输水明渠衬砌板病害成因分析及治理措施研究

输水明渠衬砌板病害成因分析及治理措施研究

蒋海成

南水北调中线干线工程建设管理局天津分局 天津 300380

【摘要】南水北调中线工程自2014年12月12日正式通水以来，工程已运行了将近5年的时间，部分混凝土衬砌板出现了不同程度的病害。本文结合南水北调工程西黑山管理处所辖工程运行情况，对运行中发现的衬砌板病害成因进行了分析，并针对各类病害，提出了适用于现场实际操作的修复措施，通过探讨衬砌板病害的成因及治理措施，以期对同类工程起到一定的借鉴作用。

【关键词】南水北调中线；运行；衬砌板；病害；治理

1 工程概况

西黑山管理处所辖工程位于河北省保定市徐水区、满城区境内，其中总干渠长14.15km（桩号1113+777～1127+928），辖区内高填方渠道2段，长度3.3km，最大填高17m；全挖方渠道2段，长度3km，最大挖深43米；总干渠沿线布设28座建筑物。西黑山管理处所辖总干渠工程开工日期为:2006年8月1日，完工日期为:2010年5月26日，主要以输水明渠为主，渠道主要采用梯形断面，全断面进行混凝土衬砌，综合糙率n为1.50×10^-2，设计水深8.00～3.80m，渠道底宽29.00～17.00m，渠道边坡系数2.00～3.50。西黑山管理处作为南水北调中线工程咽喉要塞，江水在此分为两路，一路继续北上，直奔首都；一路向东，途径雄安、终达天津，战略位置重要性凸显。

2 衬砌板病害及成因分析

明渠工程运行多年后，南水北调中线西黑山管理处通过工程巡查和水下机器人检查发现，辖区内衬砌板主要出现了以下几种常见病害：衬砌板裂缝、接缝处聚硫密封胶脱落、冻损破坏、局部沉陷等。

衬砌板裂缝

西黑山管理处辖区内衬砌板出现的裂缝有两类，一类为裂缝宽＜0.2mm，缝深较浅，为龟裂或细微不规则状；第二类为裂缝宽＞0.2mm，缝长＞200cm，缝深基本穿透结构厚度。由于第二类裂缝贯穿衬砌板混凝土，显著降低了混凝土的抗渗性能，并对混凝土的抗冻耐久性产生不利影响，需要采取措施对裂缝进行处理。

衬砌板裂缝的产生主要是由于受原材料、施工方法、环境条件等多种不利因素综合影响，如混凝土原材料、混凝土配合比设计、混凝土拌合运输、混凝土浇筑、养护条件等方面存在缺陷，从而在工程投产后产生裂缝。

（2）衬砌板接缝处聚硫密封胶脱落

南水北调中线明渠过水断面衬砌板（垂直于水流方向）每隔4m设一道半缝，每隔12m设一道通缝，渠坡纵缝全部为半缝，渠底两坡脚纵缝为通缝，渠底中间一道纵缝为通缝，渠底其余纵缝为半缝；半缝宽1cm，通缝宽2cm，填缝材料上为2cm聚硫密封胶，下为聚乙烯闭孔泡沫板。

近年部分聚硫密封胶发生脱落现象，一方面是由于施工质量原因，混凝土分缝处密封不严，密封胶与伸缩缝粘结不牢固，雨水渗入后造成密封胶脱落；另一方面是由于气候原因，冬季温度较低，伸缩缝收缩形变较大，密封胶老化后与混凝土表面脱离后产生缝隙，雨水渗入后造成密封胶脱落。

（3）衬砌板冻损破坏

西黑山管理处位于河北省保定市徐水区境内，冬季气温最低达十几摄氏度，每年的12月初～次年2月初，与水面交接处的衬砌板上形成5cm～20cm宽的岸冰。在工程巡查中发现，部分与水面交接部位衬砌板发生冻损现象，面板表面剥蚀脱落，剥落深度0.50～2cm。冻损的衬砌板短期不会对渠道运行造成大的影响，但长久下去，与水面交接部位衬砌板表面冻损部位反复遭受冻融作用，随着冻融次数的增加，冻损部位混凝土会逐层剥落，衬砌板混凝土厚度逐步降低，会直接影响工程的结构安全，从而影响输水运行安全。

（4）衬砌板局部沉陷

西黑山管理处辖区有3.1km长的全挖方渠段，该渠段两岸地下水位高于渠道内水位，形成水位差，对衬砌板产生扬压力，扬压力在垂直坡面的分力使衬砌板脱离衬砌板坡面，沿坡面向下的分力使衬砌板下滑，二者作用的结果，造成衬砌板沉陷破坏，经测量，衬砌板沉陷最大处高差达7cm。^[1]

3 处理措施研究

针对各类原因造成的衬砌板病害，西黑山管理处在日常维护中总结了行之有效的治理措施。

（1）裂缝修补

裂缝表面处理：钢丝刷扫除松散层、灰尘等，用角磨机轻轻打磨缝口，用压缩空气机把粉尘吹扫干净，最后用丙酮清洗待封缝。

埋设注胶嘴：裂缝贯穿处、交错处、宽处等部位必须设置注胶嘴，设置间距根据裂缝大小、走向和结构形式为100～300mm，将注浆嘴的进浆孔骑缝粘贴在预定的位置上。

封缝：细小裂缝用快干环氧胶泥，较宽裂缝用环氧树脂胶和水泥砂浆配合封缝。

密封检查：沿缝涂一层皂液，通入压缩空气，若无冒泡现象标识封缝效果好。

配制灌注胶：将甲乙组份胶水按照甲组份︰乙组分=3︰1的比例称量好后倒入容器，搅拌至色泽均匀。一次配制的结构胶数量视结构胶的凝固时间及灌注速度而定。

注胶：灌浆压力为0.2～0.4MPa，压力逐渐升高，不可突然加压，达到指定压力后应保持稳定，保证灌浆质量。灌浆沿着注胶嘴依次进行，当有树脂通过相邻下一个注胶嘴冒出时，证明该注胶嘴已灌满，可将管道移动到下一注胶嘴上继续浇筑。

缝口：衬砌板裂缝内的胶水达到初凝不外流时，拆下注胶嘴等设施，再用环氧胶泥把胶嘴处缝口抹平。

后期处理：一般注浆后1天左右，灌浆材料固化后，用砂轮机打平铲除底座和封缝材料，并将表面清理干净。^[2]

（2）聚硫密封胶修复

分缝处表层处理：拆除破损老化的密封胶，采用钢刷和毛刷将涂胶面刷干净并露出牢固的结构层，保证封面规则。

涂胶前封面处理：基层处理完毕的缝面用空压机将缝内的尘土与余渣吹净，对于缝面两侧的非密封区，涂刷前为防止非密封区污染，沿变形缝的两侧粘贴宽5mm的美纹胶带纸，待涂胶整形完毕后除去。

密封胶配制：将甲、乙双组份材料按比例导入由厂家提供的装枪机的活塞桶中，然后将无级电动搅拌器插入活塞桶中，先启动低速开关，自下而上搅拌3min后，再启动中速开关，搅拌5～8min 至胶料颜色均匀一致。

灌胶工艺：首先用毛刷在伸缩缝两侧均匀地刷涂一层底涂料，20～30min后用刮刀或手向涂胶面上涂3～5mm密封胶并反复挤压使密封胶与被黏结界面更好地浸润，再用注胶枪向伸缩中注胶。

（3）冻损处修复

基面处理：基面采用人工处理，使用榔头、尖錾子凿除衬砌面板表层冻损剥蚀、松动的混凝土，直至密实混凝土部位，基面凿毛后，清除松动颗粒和粉尘，并冲洗干净。

界面剂拌制与涂刷：界面剂采用高分子改性水泥基的界面处理材料，拌制料水比为 1:0.11～0.12，用毛刷均匀地涂在基面上，刷的尽可能薄而均匀、不流淌、不漏刷。涂抹厚度约为1mm，界面剂的耗材量为 0.50～1.00kg/m。

砂浆涂抹：丙乳砂浆可参考水泥砂浆的施工方法，采用铁抹子将砂浆涂抹到刷好界面剂的基面上，并用力压实，尤其是边角接缝处要反复压实，避免出现空洞和缝隙。丙乳砂浆涂抹厚度一般每层不超过15mm，对于厚层修补，需分层施工，层与层施工时间间隔以12～72h为宜，再次涂刷聚合物砂浆之前需涂刷界面剂。

养护：丙乳砂浆终凝后约12-24h应及时养护，养护温度不宜低于5℃和高于40℃，养护时间不得少于14d，最低温度低于10℃时，应适当加长养护时间。^[3]

（4）衬砌板局部沉陷

对于衬砌板沉陷部位，不宜采用局部处理的方式，一般应将发生沉陷的单块衬砌板混凝土整体凿除、清理基面后，按照原设计标准重新浇筑衬砌板混凝土。

4 结语

针对不同原因造成的衬砌板病害，南水北调中线西黑山管理处研究制定了不同的治理措施，使衬砌板得到了及时修复，为工程的日常养护积累、总结了实际经验，保证了输水工程的安全运行。

【参考文献】

【1】马成，于维丽．引黄济青输水渠道衬砌板破坏原因及治理措施［J］．水利建设与管理，2013(15) : 88．

【2】李典基，曲建军．渠道混凝土衬砌板裂缝处理研究［J］．施工技术，2013（21）：55-57.

【3】李成．丙乳砂浆在水利工程混凝土修补补强方面的应用［J］．黑龙江水利科技，2016（10）：85-88．