壩下涵管柔性內襯加固技術及應用

龔羊慶 傅瓊華 王亞新

(1.江西省水利科學研究院，江西 南昌 330029；2.深圳市巍特環境科技股份有限公司，廣東 深圳 518000)

小型水庫是中國農田水利基礎設施的重要組成部分，在灌溉、供水和改善生態環境等方面發揮著重要作用。這些水庫大部分興建于1970年以前，受當時社會經濟發展水平和施工技術水平限制，大部分水庫的壩下涵管存在不同程度的病險隱患。

壩下涵管除險加固是小型病險水庫除險加固工作中的一項重要內容。老涵管一般管徑小，較難滿足人員和機械進入管內施工的條件，不宜采用管內掛鋼絲網噴水泥砂漿、鋼管內襯等剛性內襯處理。傳統加固方法主要為原址挖除重建鋼筋混凝土涵管，該方法可徹底消除原壩下涵管的病險隱患，但壩體開挖回填工程量大、施工工期較長、工程造價高，同時擾動已固結數十年的壩體，在較短的施工工期下，較難保證壩體土回填質量，易形成新的安全隱患。對于解決原壩下涵管破損嚴重，結構強度整體不足等問題，該方法較為適宜，但對于解決壩下涵管表層混凝土剝蝕老化、裂縫和滲漏等非整體結構強度不足的問題，其經濟性價比極低。

本文提出采用管道柔性內襯加固技術，解決小型水庫壩下涵管表層混凝土剝蝕老化和裂縫滲漏等非結構強度不足問題。該技術成功應用于小型水庫除險加固建設中，取得了顯著成效。

1 涵管柔性內襯技術

1.1 技術原理

管道柔性內襯技術(Flexible Pipe Lining，FPL)將FPL結構單元(由特殊的聚氯乙烯土工膜和帶有T形條狀凸起物的片材加工而成的管狀內襯結構)安裝于管道內，兩者預留空隙通過灌注高強度膠漿使內襯結構緊密牢固于管道內壁，形成一個新的管道結構體共同抵抗外荷載。該技術具有無須擾動壩體土、無損修復管道、施工工期短、投資少，且不受管道形狀影響等優勢，而且內襯結構具有良好的防滲性、抗化學腐蝕性、抗斷裂性、適應變形性、耐久性。

1.2 技術方案

1.2.1 結構設計

管道柔性內襯系統主要包括土工膜、內襯結構的制作與安裝、施工灌漿三部分，其中后兩者為制作和施工，其結構模型見圖1。

圖1 管道柔性內襯模型

土工膜是以聚氯乙烯高分子樹脂為原料，配合其他輔助材料經擠壓制造成型的熱塑性復合土工膜卷材，其結構性能良好，主要優點有以下幾方面：

a.具有良好的防滲性能，可有效解決涵管管壁滲漏問題。

b.具有良好的耐酸堿等化學腐蝕性，能適應庫水環境。

c.具有良好的柔韌性、抗拉強度、抗撕裂強度，可適應涵管結構的二次變形。即使出現新的少量變形，土工膜也不會被拉裂。

根據管道形狀和凈空尺寸，將土工膜卷材經熱熔焊接制作成內襯結構。土工膜卷材一面為平面，另一面帶有T形或鉆石形凸鍵，利用凸鍵嵌入高強度膠漿內，使土工膜緊密貼合于原管道內表層，與原管道膠結成為一個整體，共同抵抗外荷載。

灌漿材料為水泥基產品，膠漿具有良好的流動性、泌水率，終凝后抗壓強度高，既能補強涵管管壁質量缺陷，又能填充原有涵管裂縫。

1.2.2 施工要點

1.2.2.1 施工流程

涵管柔性內襯系統施工流程為：涵管檢測—→施工準備—→涵管清理—→內襯單元制作—→內襯單元安裝—→灌漿施工—→質量檢查。

1.2.2.2 施工工序

a.涵管檢測。施工前，對擬加固涵管進行檢測，了解其外觀質量缺陷、結構強度和外形尺寸等，判別加固方案的可行性。檢測方式包括外觀檢查、質量檢測和尺寸測量等，其中外觀檢查為人工觀察，輔以照相機、攝像機等對涵管進出口、管身內部外觀質量情況進行檢查；質量檢測采用回彈法、取芯試驗等方法對涵管材料和結構強度等進行檢測。

b.施工準備。當判別加固方案可行后，應做好施工前準備工作，包括制定設計方案、購置原材料、調配施工機械、布置施工場地、安置施工用水用電設施設備等。

制定設計方案時，應結合工程實際，充分考慮土工膜的防滲性能、抗拉強度、耐腐蝕性、柔韌性，以及膠漿的膠凝時間、流動性、泌水率、抗壓強度、自由膨脹率等技術性能指標。

c.涵管清理。采用人工或機械方法對管道內泥沙、雜物等淤積物和管壁附著物進行清理，同時清除表層剝蝕結構，并用高壓水清洗，以增強管壁與內襯結構的膠結強度。

d.內襯單元的制作。根據量測的涵管凈空尺寸和長度，將土工膜裁剪、熔接制作成與涵管大小形狀相當的內襯單元。

e.內襯單元的安裝。用牽引機將內襯單元拉入管內，在內襯單元與管壁之間安裝灌漿管、排氣管和觀察管等配件。在管端進出口處，用錨固板及螺栓將內襯單元固定在管壁上，再將內襯單元兩端密封。然后往內襯單元內注水或充氣，將內襯單元支撐成原管道形狀。

f.灌漿施工。灌漿是確保內襯結構與管壁黏結牢固的關鍵工序。灌漿時，從灌漿嘴中勻速注入配置好的漿料，利用灌漿壓力以及灌漿料的流動性，使漿料填充內襯單元與管壁間的預留空隙，從而使其黏結形成一個整體。一般情況下，可從一端注入灌漿料，當另一端的閉漿孔返出漿料后，并保持在一定時期內灌漿壓力不變化時視為灌滿，然后進行閉漿。

g.質量檢查。灌漿料達到設計膠結強度后，排出內襯膜內充水或氣，拆除管口封密管件，重新封閉錨固管口。人工直接進入管內，或送入攝像設備進入管道內通過攝像錄影進行檢查。質量檢查內容主要包括內襯結構的外觀平整度、內襯結構與管壁空隙漿料填充程度以及管口密封錨固情況等。

1.2.2.3 技術要求與施工參數

涵管柔性內襯技術最重要的工序為防滲膜內襯單元的制作、安裝及灌漿，其制作與施工的好壞直接影響工程質量。

a.制作技術要求。制作內襯結構單元時應確定土工膜的搭接方式、搭接強度、預留灌漿空隙等。土工膜搭接采用層疊方式通過熱熔焊接，其技術要求可參照相關復合土工膜技術標準執行；搭接部位的抗拉強度應不低于防滲膜自身抗拉強度的80%；內襯單元與原涵管之間預留灌漿空隙3～5cm。

b.安裝技術要求。灌漿管沿管道內壁均勻布置，錨固于管內壁，預留出漿孔，灌漿管直徑3～5cm，管間距離20～30cm，其中管道內壁頂部應布置一根灌漿管。

內襯單元拉入管道內應平鋪順直，不得卷縮。內襯單元充水(氣)壓力應大于設計灌漿壓力0.1～0.2MPa，以確保在灌漿壓力下內襯單元飽滿。管道兩端進出口處，用錨固板、螺栓、橡膠止水密封材料將內襯單元固定，并做防腐處理，確保錨固牢固、不漏漿。

c.灌漿施工參數。按照設計配合比配漿，勻速加入制漿機，邊加料邊攪拌，加料完成后繼續攪拌5～10min，漿料即可使用。灌漿過程中漿料仍應保持攪拌狀態。設計灌漿壓力根據工程實際情況確定，一般為涵管最大外水壓力的1.5～2.0倍，且不低于0.15MPa。閉漿孔返漿后灌漿壓力不變化維持5～10min時視為灌滿，再維持灌漿約30min即可閉漿。

2 工程實例

為了更好地檢驗管道柔性內襯加固技術的實施效果，項目組選取了兩座水庫進行實例驗證。江西省貴溪市洪家灣水庫是重點小(1)型水庫，壩下涵管為混凝土圓形結構，內徑0.6m，管長110m；江西省萬載縣田心水庫為小(2)型水庫，壩下涵管為城門洞形混凝土結構，凈空為寬0.6m，高0.8m，管長101m。兩座水庫原涵管均存在管壁混凝土蜂窩麻面嚴重，局部裂縫、滲漏等問題。在除險加固過程中，原設計方案為拆除重建涵管，但由于資金不足未實施，后經多方研究決定，將涵管加固方案變更為采用SCL W35252錨固型防腐防滲膜對涵管進行內襯加固處理，加固設計方案見圖2和圖3。施工工期約2周，與傳統的拆除重建鋼筋混凝土涵管相比，節約工程投資約60%，縮短工期6～8周。上述兩座水庫涵管加固工程均順利通過了當地水行政主管部門組織的竣工驗收，且多年運行情況表明，涵管運行狀況良好，加固效益顯著。

圖2 城門洞形內襯設計方案 (單位：mm)

圖3 圓形結構內襯設計方案

3 結 語

a.管道柔性內襯系統通過灌注高強度漿料，將內襯結構與原管道內壁緊密膠結連成一體，共同抵抗外荷載。該系統具有良好的防滲性、抗腐蝕性、耐久性、抗斷裂性，能適應較小變形，內襯系統牢固、安全、穩定。

b.工程實踐表明，管道柔性內襯技術可較好地處理壩下涵管表層混凝土剝蝕老化、裂縫和滲漏等非結構性質量缺陷。該技術加固效果良好、經濟效益顯著，值得在小型水庫壩下涵管除險加固工程中推廣應用。