南水北調(diào)萬年閘泵站渠道襯砌施工方案比選

張兆軍，韓業(yè)慶，張向輝

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109）

南水北調(diào)東線一期萬年閘泵站工程為I 等工程，設(shè)計(jì)調(diào)水流量125 m3/s。泵站樞紐工程主要建筑物有泵站主廠房、副廠房、前池、出水池、清污機(jī)閘（橋）、引水渠、引水閘、出水渠、出水閘等。其中引水渠總長(zhǎng)1 176.69 m。引水渠襯砌部分位于引水閘后渠道段，為現(xiàn)澆混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，渠道襯砌單板寬3 m，長(zhǎng)5 m。

1 渠道襯砌板存在的問題

萬年閘泵站引水渠工程于2008 年7 月通過水下工程階段驗(yàn)收，之后渠道正常蓄水，該工程經(jīng)過10 年的運(yùn)行，混凝土襯砌板表面陸續(xù)出現(xiàn)爆皮、砂漿脫落及碎石脫落現(xiàn)象，破損深度已接近2 cm，破壞面積較多并呈現(xiàn)逐年增大趨勢(shì)。經(jīng)初步分析原因：一是引水渠水流經(jīng)彎道后到清污機(jī)段流速逐漸加快，導(dǎo)致襯砌板表面容易遭受損壞；二是破壞范圍主要在高低水位頻繁波動(dòng)區(qū)，動(dòng)水壓力和凍融破壞加劇襯砌板損壞。

2 環(huán)氧修復(fù)施工方案

2.1 環(huán)氧類材料特點(diǎn)

NK-12 高滲透環(huán)氧界面劑能夠滲入混凝土內(nèi)部，封閉毛細(xì)管道，滲入固結(jié)后對(duì)原混凝土表面的損壞部位起到補(bǔ)強(qiáng)作用，形成的固結(jié)增強(qiáng)層也提高抗裂能力，使混凝土結(jié)構(gòu)抗凍破壞能力成倍提高。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種水利工程、建筑工程及交通工程的防水抗?jié)B，是實(shí)現(xiàn)建筑物防護(hù)與混凝土結(jié)構(gòu)牢固粘合的雙功能材料。

NK-2 聚合物高強(qiáng)砂漿具有較好的密實(shí)性，因此其抗凍、抗?jié)B以及耐沖磨性能得到改善和提高；它改變了普通砂漿的固有脆性，具有優(yōu)異的抗裂性能，與老混凝土具有良好的粘結(jié)性，抗折、抗拉強(qiáng)度有很大提高，耐老化性能優(yōu)良。

NK-23 改性環(huán)氧防護(hù)涂層是在環(huán)氧樹脂涂料的基礎(chǔ)上，經(jīng)改性得到的高耐候抗?jié)B涂層，具有良好的耐候性和抗?jié)B性，力學(xué)性能優(yōu)異，與混凝土粘接良好，能夠有效封閉混凝土損壞表面，提高混凝土的抗?jié)B、抗凍性等耐久性能，適應(yīng)于水利工程混凝土表面損壞修補(bǔ)，以及混凝土抗?jié)B、抗凍、抗碳化防護(hù)。經(jīng)過耐候性改性，改性環(huán)氧抗?jié)B涂層適合在戶外環(huán)境下使用。

2.2 環(huán)氧修復(fù)施工工藝及方法

1）切割剔鑿。對(duì)襯砌板損壞較重部位，用切割機(jī)劃線切割，用電鎬剔鑿，垃圾裝袋外運(yùn)。

2）混凝土澆筑。將剔鑿部位清理干凈，澆筑C25 混凝土。

3）打磨清理。采用高壓水槍并配合刨毛機(jī)、鑿子、鋼絲刷等將混凝土基面上的剝蝕、破碎、疏松部位全部鑿除清理干凈，尖角、凸起或厚薄不勻部位要剔除并打磨平緩，以增加修補(bǔ)面與原混凝土的黏結(jié)。

4）鋼筋除銹。用高壓水槍沖刷清洗施工面，待施工面沖洗干凈并處于飽和面干狀態(tài)（內(nèi)部濕潤表面無水狀態(tài)）時(shí)噴涂高滲透環(huán)氧界面劑。

5）噴涂環(huán)氧界面劑。抹壓NK-2 聚合物高強(qiáng)砂漿，每層砂漿厚度應(yīng)控制在10 mm 以內(nèi)，厚度大易造成砂漿懸垂脫落，對(duì)于修補(bǔ)厚度較大部位，應(yīng)多層抹壓。然后，第二次噴涂高滲透環(huán)氧界面劑。環(huán)氧中涂施工，可分兩次涂刷，間隔半小時(shí)即可，兩遍總用量 0.5～0.6 kg/m2。NK-23 環(huán)氧防護(hù)涂層達(dá)到接近表干但尚未表干時(shí)（略微粘手的狀態(tài)），采用丙烯酸防抗紫外光處理，涂刷2 遍，用量0.33 kg/m2。

6）硫密封膏嵌縫。標(biāo)記位置，按照標(biāo)記彈線，切割、剔出施工縫；用鼓風(fēng)機(jī)等工具將施工縫清理干凈，聚硫密封膏嵌填壓光。

3 拆除重建施工方案

3.1 拆除重建工藝特點(diǎn)

渠道設(shè)計(jì)斷面原設(shè)計(jì)上部襯砌板結(jié)構(gòu)為8 cm厚C20 混凝土襯砌板+250 g/m2土工布一層+5～20 mm 碎石墊層厚60 mm+150 mm 厚中粗砂墊層，因現(xiàn)澆板在土工布上澆筑，現(xiàn)澆板與土工布結(jié)合較好，設(shè)計(jì)考慮拆除時(shí)將現(xiàn)澆板和土工布同時(shí)拆除，然后重新鋪筑250g/m2土工布，并在其上澆筑8 cm 厚C30 混凝土襯砌板。

3.2 拆除重建施工方法

1）渠道原襯砌板采用挖掘機(jī)拆除，為預(yù)防施工過程中水泥灰渣等滾落進(jìn)入渠道，用木板沿水面線進(jìn)行攔阻。

2）清理干凈拆除遺漏的碎渣及雜物，將粗骨料攤鋪均勻、平整。

3）澆筑前準(zhǔn)備作業(yè)。將土工布連接，搭接寬度大于50 cm，鋪設(shè)時(shí)應(yīng)自然松弛，以適應(yīng)變形要求，并與支持面貼實(shí)，不得出現(xiàn)褶皺、懸空的現(xiàn)象；鋼模板安裝前，按施工圖紙進(jìn)行模板安裝的測(cè)量放樣，設(shè)置必要的控制點(diǎn)，以便檢查校正。模板安裝過程中，應(yīng)設(shè)置臨時(shí)固定設(shè)施，以防變形和傾覆。鋼模板在每次使用前均清洗干凈，為防銹和拆模方便，鋼模面板應(yīng)涂刷礦物油類的防銹保護(hù)涂料，不得采用污染混凝土的油劑，不得影響混凝土或鋼筋混凝土的質(zhì)量。

4）采用階梯澆筑法澆筑混凝土，不分層，澆筑時(shí)嚴(yán)禁在倉內(nèi)加水，以防降低混凝土的和易性，澆筑層面積與機(jī)械拌制、運(yùn)輸相適應(yīng)，施工中不應(yīng)產(chǎn)生冷縫，混凝土澆筑成型后，用水準(zhǔn)儀控制表面高程，確保成型混凝土面高程與設(shè)計(jì)相符。

5）采用平板式振搗器將混凝土振搗密實(shí)。

6）采用汽油收光機(jī)結(jié)合人工鐵抹子對(duì)混凝土成面壓光，壓光由渠坡橫斷面最初施工的一側(cè)向另一側(cè)推行，在施工時(shí)及時(shí)用4 m 靠尺控制表面平整度，對(duì)不符合要求的及時(shí)處理，確保出面光滑平整。

7）混凝土澆筑完畢后12～18 h 內(nèi)開始覆蓋毛氈灑水養(yǎng)護(hù)，在干燥、炎熱氣候條件下，應(yīng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少28 d 以上。

4 施工進(jìn)度及成本對(duì)比

萬年閘泵站渠道襯砌板環(huán)氧修復(fù)和拆除重建方案施工工期及完成工程量見表1。由表1 可知，環(huán)氧修復(fù)方案施工進(jìn)度較快。

表1 渠道襯砌板維修施工進(jìn)度對(duì)比表

經(jīng)對(duì)環(huán)氧修復(fù)和拆除重建兩種方案人材機(jī)投入數(shù)量統(tǒng)計(jì)，結(jié)合市場(chǎng)人材機(jī)詢價(jià)，最終形成施工成本總價(jià)及完成工作量，折算出每種方案每平方施工成本單價(jià)如下：環(huán)氧修復(fù)方案182.34元/m2，拆除重建方案 142.87 元/m2，其中拆除重建方案施工成本單價(jià)較低。

5 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

5.1 優(yōu)化施工工序，提升工程質(zhì)量

環(huán)氧修復(fù)方案采用NK-12 高滲透性環(huán)氧界面劑對(duì)原破損混凝土進(jìn)行處理，滲入固化形成固結(jié)增強(qiáng)層，提升原來混凝土襯砌板強(qiáng)度、抗沖磨能力、抗?jié)B能力及抗凍能力。但修復(fù)后的襯砌板表面易產(chǎn)生毛面，可能產(chǎn)生細(xì)小渦流，降低襯砌板使用壽命，建議在進(jìn)行NK-2 聚合物高強(qiáng)砂漿抹壓工序施工時(shí)增加抹壓層厚度，后采用水磨石機(jī)對(duì)高強(qiáng)砂漿表面進(jìn)行打磨，以增加表面光滑度，延長(zhǎng)襯砌板使用壽命。

5.2 加強(qiáng)傳統(tǒng)施工工藝質(zhì)量控制

拆除重建方案作為傳統(tǒng)的施工工藝，澆筑時(shí)對(duì)水膠比、和易性、澆筑順序、振搗質(zhì)量及抹面收光質(zhì)量都有較高要求。施工中應(yīng)按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行混凝土拌和，控制摻入材料的計(jì)量偏差，根據(jù)粗、細(xì)集料的含水率及時(shí)調(diào)整拌和水的摻入量，降低混凝土含氣量和水膠比；混凝土的運(yùn)輸距離不宜過長(zhǎng)，否則對(duì)混凝土的和易性影響較大；混凝土入倉宜采用吊裝和溜槽施工，溜槽施工的坡度、滑落速度、距離及高度均要控制；入倉須自下而上，不得有骨料堆積，振搗應(yīng)由專業(yè)人員進(jìn)行，混凝土出漿應(yīng)飽滿，抹面收光不宜少于3遍，應(yīng)嚴(yán)格控制襯砌板的平整度和光滑度。

5.3 兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

1）環(huán)氧修復(fù)方案。優(yōu)點(diǎn)是環(huán)氧修復(fù)方案施工僅對(duì)混凝土襯砌板強(qiáng)度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度、相鄰襯砌邊坡受凍脹抬動(dòng)高差超過10 mm 且多處裂縫、空鼓的板塊需鑿除重澆外，盡可能在原有混凝土襯砌板上維修施工，以充分利用原有混凝土，拆除棄渣較少，可很好保護(hù)渠道護(hù)坡環(huán)境及植被；可分段施工，流水作業(yè)，施工進(jìn)度較快，且待環(huán)氧面涂施工完畢后即具備通水使用條件，無養(yǎng)護(hù)期，適合應(yīng)急搶修施工。缺點(diǎn)是環(huán)氧修復(fù)方案所使用主材均為新工藝材料，材料費(fèi)用較高，導(dǎo)致施工成本較高。

2）拆除重建方案。優(yōu)點(diǎn)是拆除重建方案所使用主材均為常用材料，材料費(fèi)用較低，施工成本較低。缺點(diǎn)是拆除重建方案施工需將原襯砌板土工布以上部位全部拆除，拆除棄渣較多，對(duì)渠道護(hù)坡環(huán)境及植被影響較大；因施工作業(yè)需使用大型挖掘機(jī)、混凝土泵車及罐車，受施工場(chǎng)地地形影響較大，不適合流水作業(yè)，混凝土澆筑需跳倉施工，施工進(jìn)度較慢，且施工完畢需養(yǎng)護(hù)周期較長(zhǎng)，不適合應(yīng)急搶修施工。