大型鋼筋混凝土輸水渠道應(yīng)急搶修施工

周 駿

（上海城投原水有限公司，上海市 200125）

1 黃浦江上游輸水渠道概況

黃浦江上游引水系統(tǒng)輸水規(guī)模為500萬m3/d，取水口位于黃浦江上游松浦大橋附近的大橋泵站，總長度74.12 km，其中鋼筋混凝土渠道長41.84 km，分兩期建設(shè)，一期渠道浦東段于1987年7月建成通水，其主干渠道由一組三孔連通的鋼筋混凝土渠道組成，每孔斷面尺寸為2.8 m×2.5 m（ⅠA）或 3.0 m×2.5 m（ⅡA），見圖 1所示；二期渠道浦西段于1997年12月竣工通水，其主干渠道由兩組各兩孔的鋼筋混凝土渠道組成，每孔斷面尺寸3.75 m×3.25 m或3.6 m×3.25 m。

圖1 黃浦江一期ⅠA（ⅡA）型渠道結(jié)構(gòu)剖面圖（單位：mm）

一期渠道從建成使用至2010年，期間只歷經(jīng)過兩次局部的停役檢修。1988年，一期渠道全線停役檢查，結(jié)果顯示渠道結(jié)構(gòu)本體及沉降縫狀況良好；1993年，為配合浦東白蓮涇河道改道，一期渠道局部停役放空檢查，在靠近白蓮涇附近200 m的范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)多處沉降縫漏水、部分箱涵傾側(cè)，后經(jīng)加固檢修投入運(yùn)行。

2010年12月開始,為配合青草沙水源地工程建設(shè)，對黃浦江上游一期和部分二期渠道分階段停役放空檢修，對渠道的沉降縫和本體結(jié)構(gòu)均進(jìn)行了徹底修復(fù)。

2 輸水渠道應(yīng)急搶修背景

2.1 黃浦江上游輸水渠道檢修工程

青草沙水源地原水工程由青草沙水庫及取輸水泵閘工程、長江原水過江管工程、陸域輸水管線及增壓泵站工程三大主體工程組成，分為九個(gè)子項(xiàng)目實(shí)施。黃浦江上游引水系統(tǒng)改造工程作為子項(xiàng)之一，包括了嚴(yán)橋泵站和臨江泵站改造、黃浦江上游輸水渠道檢修等工程內(nèi)容。黃浦江上游引水系統(tǒng)在改造完成之后，將分階段切換成為青草沙原水供應(yīng)系統(tǒng)的重要組成部分。

從2010年12月至2011年6月，黃浦江上游一期和二期鋼筋混凝土輸水主渠道分四個(gè)階段停役檢修，總長度約為25.24 km。

檢修工序?yàn)椋海?）停役抽水；（2）渠道內(nèi)壁及沉降縫檢查、編號(hào)；（3）內(nèi)壁清掃；（4）內(nèi)壁滲漏點(diǎn)及滲漏縫修復(fù)；（5）沉降縫地基加固；（6）沉降縫修復(fù)；（7）渠道清理；（8）檢修井關(guān)閉；（9）復(fù)役沖洗、通水。重點(diǎn)是渠道沉降縫的加固修復(fù)，以及渠道本體內(nèi)壁的修復(fù)。

2.2 渠道錯(cuò)位沉降情況

2011年2月，在對一期渠道（臨江泵站-嚴(yán)橋泵站段）進(jìn)行內(nèi)部檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)位于浦東某水產(chǎn)市場內(nèi)的8節(jié)三孔渠道（3.0 m×2.5 m×3孔）沉降嚴(yán)重，總長度約200 m，經(jīng)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)有大量土方堆積在渠道上方及其保護(hù)范圍內(nèi)，長108 m，寬58 m，高14～16 m，與渠道沉降程度和位置基本吻合，違規(guī)堆土見圖2所示。

圖2 渠道保護(hù)范圍內(nèi)的堆土實(shí)景

進(jìn)入渠道內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)該段渠道兩端沉降縫的錯(cuò)位沉降量最大，達(dá)到36 cm，已超過渠道頂板的壁厚（32 cm），一般的錯(cuò)位沉降量也遠(yuǎn)超5 cm，沉降縫附近還有明顯滲漏點(diǎn)，渠道絕對沉降量最大達(dá)到91 cm，沉降縫錯(cuò)位情況見圖3所示。

圖3 錯(cuò)位沉降量最大處（上）和一般處（下）實(shí)景

渠道內(nèi)部的混凝土表面也有多處明顯的橫向或縱向的斜長裂縫，以及一些細(xì)小裂縫，主要位于渠道的頂部，少量位于底部，裂縫附近一般都存在明顯的滲漏點(diǎn)。

2.3 原水引水管渠保護(hù)依據(jù)

原水引水管渠是上海的生命線工程，1995年1月17日發(fā)布的《上海市原水引水管渠保護(hù)辦法》是目前原水管渠保護(hù)和處理違章的主要依據(jù)。

2.3.1 保護(hù)范圍和控制范圍的劃定

《上海市原水引水管渠保護(hù)辦法》第四條規(guī)定：引水管渠保護(hù)范圍為鋼筋混凝土渠道及其外緣兩側(cè)各10 m內(nèi)的區(qū)域，鋼管及其外緣兩側(cè)各8 m內(nèi)的區(qū)域；引水管渠控制范圍為保護(hù)范圍兩側(cè)各40 m內(nèi)的區(qū)域。

2.3.2 禁止行為的規(guī)定

《上海市原水引水管渠保護(hù)辦法》第七條規(guī)定：在引水管渠保護(hù)范圍內(nèi)，嚴(yán)禁下列危及管渠或輸水安全和原水水質(zhì)的行為：建造建筑物、構(gòu)筑物，以及堆放砂石、磚瓦、金屬、木材等物品、打樁、鑿井等等。

2.3.3 安全等級(jí)的規(guī)定

1997年3月11日頒布的《上海市原水引水管渠保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中第七條規(guī)定：原水引水管渠定為一級(jí)安全等級(jí)。

3 輸水渠道應(yīng)急搶修施工方案

3.1 總體方案制定

在時(shí)間比較充裕的情況下，對這段嚴(yán)重沉降的渠道，采取重新建造的方案無疑是最佳選擇，風(fēng)險(xiǎn)較小，然而，一期渠道（臨江泵站-嚴(yán)橋泵站段）停役時(shí)間為2011年2月1日至3月31日。由于受到渠道停役時(shí)間的較大限制，如果能夠采取必要的技術(shù)措施對受損渠道的本體結(jié)構(gòu)和沉降縫進(jìn)行加固修復(fù)，確保按時(shí)復(fù)役通水，無疑是目前條件下比較理想的技術(shù)方案。基于以上的分析，采取了如下的搶修方案：

第一、責(zé)成責(zé)任單位清除渠道上方及其保護(hù)范圍內(nèi)的大量土方，減輕荷載，防止渠道的進(jìn)一步沉降。2011年3月3日至3月5日，在移除了渠道上方及保護(hù)范圍內(nèi)的違章堆土之后，渠道本體向上抬升了20 mm～100 mm。

第二、由第三方檢測單位對渠道進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)檢測，情況如下：

（1）強(qiáng)度檢測：根據(jù)渠道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鋼筋分布情況，選擇裂縫較多、靠近裂縫附近兩側(cè)的位置，分別鉆取一組作為芯樣強(qiáng)度試件，檢測結(jié)果顯示：第1組混凝土強(qiáng)度推定值為39.0 MPa，第2組混凝土強(qiáng)度推定值為41.9 MPa，遠(yuǎn)超當(dāng)年設(shè)計(jì)要求的25.0 MPa。

（2）裂縫檢測：通過對渠道混凝土裂縫的分布形式及走向的調(diào)查和檢測，內(nèi)部裂縫寬度為0.2～0.6 mm，外部裂縫寬度為0.1～0.2 mm，經(jīng)過超聲波檢測，在19#-16～19#-17一段渠道頂板的兩條混凝土裂縫有斷續(xù)貫穿的現(xiàn)象。

第三、根據(jù)檢測結(jié)果和渠道內(nèi)部的實(shí)際情況分析判斷，沉降段渠道的主體結(jié)構(gòu)基本完好，處于安全可控狀態(tài)，可以進(jìn)行加固和修復(fù)。具體技術(shù)措施如下：

（1）采用壓密注漿對渠道地基加固；

（2）滲漏點(diǎn)和裂縫采用水溶性聚氨酯注漿加聚合物水泥防水涂料進(jìn)行修復(fù)；

（3）錯(cuò)位較嚴(yán)重的沉降縫進(jìn)行找平和加固修復(fù)；

（4）渠道頂部的裂縫從外部大開挖并澆筑鋼筋混凝土加固，增強(qiáng)渠道運(yùn)行后的安全性。

3.2 應(yīng)急加固和修復(fù)措施的實(shí)施

3.2.1 地基加固

在渠道上方的堆土卸載完成之后，對錯(cuò)位沉降嚴(yán)重的7條沉降縫均采取壓密注漿地基加固。

對沉降縫的壓密注漿，先從渠道內(nèi)部底板處鉆孔，設(shè)置注漿孔，在每條沉降縫兩側(cè)各布置5排注漿孔，共計(jì)10排，注漿孔每排的橫向間距為0.8 m或1.6 m，縱向間距為1 m，共計(jì)90孔。如果渠道底部有裂縫，在每條裂縫兩側(cè)各布置1排注漿孔，共計(jì)2排，注漿孔每排的橫向間距為1.6 m，縱向間距為1 m，共計(jì)18孔。其平面布置如圖4所示。

圖4 沉降縫壓密注漿平面布置圖（單位：mm）

壓密注漿采用水泥漿、水玻璃漿雙液注漿。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)，漿液配比為水∶水泥∶水玻璃=1∶0.28∶0.033，水泥采用普通硅酸鹽42.5，注漿壓力不大于0.2 MPa，注漿深度加深至4.5 m～5.0 m，經(jīng)過底部壓密注漿之后，沉降段渠道整體向上有所抬升，底部出現(xiàn)一定的空隙。為了確保渠道穩(wěn)定，繼續(xù)采用水泥漿進(jìn)行填充，注漿采用水泥漿、水玻璃漿雙液注漿，漿液配比為水∶水泥∶水玻璃=1∶2∶0.04；注漿壓力不大于0.3 MPa。注漿結(jié)束后，采用聚合物水泥防水涂料嵌平后雙快水泥封堵和修補(bǔ)注漿孔，并涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。

在地基加固完成之后，渠道本體向上抬升了33 mm～156 mm。

3.2.2 內(nèi)壁滲漏點(diǎn)和裂縫修復(fù)

3.2.2.1 較小滲漏點(diǎn)和裂縫修復(fù)

裂縫寬度小于0.3 mm，采用聚合物水泥涂料進(jìn)行表面封閉，涂料厚度控制在1.2～2.0 mm。

3.2.2.2 較大滲漏點(diǎn)和裂縫修復(fù)

裂縫寬度大于或等于0.3 mm，無論是否有滲水的現(xiàn)象，采用水溶性聚氨酯和水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料進(jìn)行修復(fù)，施工流程如下：

第一步：在裂縫處用砂輪片切割或人工開槽，槽口寬度控制在5～7 cm；

第二步：槽內(nèi)埋入導(dǎo)漿麻絲并用雙快水泥進(jìn)行封堵，在封堵時(shí)，每間隔30 cm左右埋入注漿壓力管；

第三步：用壓漿機(jī)在0.2～0.3 MPa壓力，分次用水溶性聚氨酯壓漿，直到相臨的注漿管冒液為止；

第四步：用雙快水泥封堵注漿口，固化后封孔；

第五步：用聚合物水泥防水涂料均勻涂刷，厚度1.2～2.0 mm；

第六步：采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料與水進(jìn)行一定比例的調(diào)和后，用硬毛刷以圓周方式涂刷在滲漏點(diǎn)和滲漏縫表面，至少覆蓋修復(fù)部位外側(cè)20 cm，3 h后，再次涂刷一遍，然后濕養(yǎng)護(hù)48 h。

3.2.3 錯(cuò)位較大沉降縫的找平和加固修復(fù)

錯(cuò)位沉降量超過120 mm的沉降縫，要進(jìn)行找平施工。先植入HRB335φ12的鋼筋，植筋深度一般為16～18 cm左右，確保新植入鋼筋與老鋼筋之間有可靠的連接，支模后用C30細(xì)石混凝土澆筑找平，混凝土澆筑前應(yīng)對渠道表面進(jìn)行鑿毛清洗，并涂界面劑，參見圖5所示。

圖5 沉降縫找平示意圖（單位：mm）

在新澆混凝土養(yǎng)護(hù)并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后，再按照沉降縫柔性修復(fù)方法進(jìn)行施工，工藝如下：

第一步：清除原沉降縫內(nèi)的雜物和填縫材料，并將縫清洗干凈，不傷及原橡膠止水帶。

第二步：沉降縫（無論是否滲漏）用雙快水泥進(jìn)行封堵，并埋入注漿壓力管。

第三步：注入水溶性聚氨酯止水劑壓漿，壓力控制在0.3 MPa～0.5 MPa之間，直到相鄰的注漿管冒漿，再用雙快水泥封堵注漿口、膠頭。

第四步：采用填縫材料嵌縫，并用雙組份聚硫密封膠封口。

第五步：以沉降縫為中心，兩邊各200 mm的范圍內(nèi)涂抹界面劑，并根據(jù)溫度養(yǎng)護(hù)6～12 h。

第六步：養(yǎng)護(hù)好底層涂料后，采用聚合物防水涂料二度，厚1.0～1.2 mm。

第七步：安裝"Ω"橡膠止水帶（渠道每單孔必須全封閉），止水帶下層鋪涂聚硫密封膠，上面用60×8不銹鋼壓板壓緊，每隔200 mm距離固定一個(gè)M10×80不銹鋼膨脹螺栓，橡膠止水帶兩邊用防水嵌縫材嵌平，安裝完畢后，用防水防腐涂料對壓鐵板和螺栓刷二度，參見圖6所示。

圖6 沉降縫修復(fù)柔性方法示意圖（單位：mm）

3.2.4 渠道頂板外加固方案

根據(jù)檢測報(bào)告，對存在斷續(xù)貫穿裂縫的19#-16～19#-17渠道頂板區(qū)域采取了外部澆筑鋼筋混凝土保護(hù)層的技術(shù)措施，以增強(qiáng)渠道運(yùn)行的安全性。

在渠道頂部的地面開挖前，首先在渠道外側(cè)設(shè)置鋼板樁進(jìn)行圍護(hù)。然后，用清水沖洗渠道的頂部并鑿毛，植入HRB335φ10的鋼筋，植筋用的粘膠劑應(yīng)采用A級(jí)膠，植筋深度不小于15d,一般控制在16～18 cm左右，新植入鋼筋與新澆筑混凝土層鋼筋之間應(yīng)有可靠連接，連接長度不小于500 mm，頂板上的鋼筋網(wǎng)采用HRB335φ12。最后，澆筑厚100 mm的C30細(xì)石混凝土，抗?jié)B等級(jí)S6,保護(hù)層厚度20 mm，寬度與渠道相同，并用麻袋覆蓋，定時(shí)澆水養(yǎng)護(hù)，剖面圖參見圖7所示。

圖7 渠道頂板外加固剖面圖（單位：mm）

3.3 應(yīng)急搶修措施的效果

沉降段渠道在采取了多種應(yīng)急加固和修復(fù)措施后，在近一個(gè)多月的時(shí)間內(nèi)，累計(jì)抬升53 mm～256 mm，錯(cuò)位較大的沉降縫以及內(nèi)壁滲漏點(diǎn)、裂縫得到了修復(fù)，渠道安全運(yùn)行能力有所提高且基本趨于穩(wěn)定，在切換成青草沙原水通水運(yùn)行之后，未發(fā)現(xiàn)有滲漏現(xiàn)象和其他異常現(xiàn)象，至今已安全運(yùn)行逾2 a，修復(fù)后的效果參見圖8所示。

圖8 錯(cuò)位最大的沉降縫找平（上）和渠道頂板外加固（下）實(shí)景

4 結(jié)語

黃浦江上游一期鋼筋混凝土輸水渠道已投產(chǎn)運(yùn)行了二十多年，渠道的本體結(jié)構(gòu)較為完好且狀態(tài)穩(wěn)定，但常因周邊環(huán)境和沿線地面荷載的改變，導(dǎo)致較大錯(cuò)位沉降時(shí)有發(fā)生，運(yùn)行狀況也日趨惡化。因此，進(jìn)行全面的檢查和加固修復(fù)是十分必要的。這也是延長輸水渠道的使用壽命、優(yōu)化其運(yùn)行狀況的必要措施。

2011年2月，在浦東某水產(chǎn)市場內(nèi)發(fā)現(xiàn)一段200 m長的輸水渠道沉降縫嚴(yán)重錯(cuò)位，給原水的安全運(yùn)行帶來了嚴(yán)重影響，隨后通過違規(guī)堆土卸載、混凝土結(jié)構(gòu)檢測、底部壓密注漿加固、錯(cuò)位較大沉降縫找平和修復(fù)、內(nèi)壁滲漏點(diǎn)和裂縫修復(fù)，以及渠道外部加固等一系列應(yīng)急搶修措施，確保了渠道能夠按時(shí)通水運(yùn)行，滿足了其切換成青草沙原水系統(tǒng)的運(yùn)行要求，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，為今后原水輸水渠道應(yīng)急搶修提供了可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

原水渠道是上海的生命線，一方面要加強(qiáng)日常巡檢，對渠道上的違章行為必須按照有關(guān)法規(guī)予以制止和處置，另一方面要加強(qiáng)對渠道沿線單位和個(gè)人的宣傳，提高保護(hù)原水渠道安全的意識(shí)，只有這樣才能減少違規(guī)堆載對渠道的不利影響，從根本上確保渠道的安全運(yùn)行。

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