輸水暗渠箱涵伸縮縫滲漏分析及治理方案

蔡 俠，劉家凱

(天津市水務規劃勘測設計有限公司 天津 300204)

1 引灤入市暗渠工程概況

引灤入市暗渠自爾王莊暗渠泵站至宜興埠泵站，全長25.6km，下接至水廠的引灤入廠線路，自1983年竣工交付使用后常年輸水運行，擔負著向天津市自來水廠供水的重任。全線為2孔3.35m×3.35m的有壓鋼筋混凝土箱涵，設計流量19.1m3/s。箱涵頂覆土厚度1～2m，平均覆土厚度1.25m，工作壓力1.0kg/cm2；沿線共穿越公路14條，穿越閻東渠、北京排污河、朗園引河、機場排污河、永定新河、新引河、豐產河、中央排干等二級以上河道10條。

箱涵伸縮縫間距一般為20～25m，轉彎處有所減小，最小處為10m，伸縮縫寬30mm，共有伸縮縫2034條。箱涵邊墻分別設置2道止水，內置塑料止水帶，臨水面外貼氯丁橡膠止水板；箱涵中墻伸縮縫內填充瀝青木絲板，無中止水帶，臨水面外貼氯丁橡膠止水板，見圖1。

圖1 箱涵典型止水布置示意圖Fig.1 Schematic diagram of typical water stop arrangement of box culvert

2 滲漏機理

暗渠運行不久后出現了約12km的托地現象，經檢查主要是伸縮縫止水失效。

2.1 原設計滲漏原因分析

在最初設計中邊墻內部采用了塑料止水帶，表面使用外貼的氯丁橡膠止水板。塑料止水帶價格較低，其彈縮性較差、外表光滑與混凝土連接相對不密實，且延伸性小，目前在重要的水利工程中使用較少。外貼式氯丁橡膠止水板采用膠黏劑粘貼于混凝土上，膠黏劑只適用于干燥的界面，在水中或潮濕環境中使用其耐久性很低，因而本工程箱涵中出現了大量氯丁橡膠止水板脫落的現象。

從出現的大量的伸縮縫滲漏情況判斷，止水失效不完全歸結于內墻外貼的氯丁橡膠止水板的失效，還可能存在于止水帶周邊混凝土振搗不密實、安裝不到位、混凝土與塑料止水帶間形成滲流通道等問題。

2.2 維修與檢測情況

暗渠工程于1996年進行了檢修加固，共治理其中的伸縮縫1101條。治理措施為將原氯丁橡膠止水板揭除、清理，在原伸縮縫開槽，對滲水處用快速堵漏劑進行堵漏處理，在槽內鑲嵌GB膠條止水材料，在槽表面用聚合物砂漿封閉，然后伸縮縫進行丙凝注漿。在當時起到了一定作用，但經過幾年運行后又出現了問題。

根據天津市水利建設工程質量檢測中心的檢測，發現原設計外貼氯丁橡膠止水板結構已基本破壞，橡膠止水板老化、表面龜裂、破損，輕刮會有黑色橡膠剝落，部分止水板內部積水嚴重，止水板起鼓呈水包狀或施壓后呈射流狀向外噴水，有些止水板內部已形成貫通的滲水通道。1996年治理過的伸縮縫全部GB膠條脫落，聚合物水泥砂漿剝離、脫落，伸縮縫漏水漏筋。

2.3 維修效果分析

初步分析雖全部GB膠條脫落、聚合物水泥砂漿剝離，但地面沒有再次出現大面積托地現象，其原因是其破壞還沒有達到危害的程度，伸縮縫進行的丙凝注漿發揮了重要作用。隨著進一步發展將極有可能再次發生托地的情況，更大的潛在風險是一旦地基出現掏空會嚴重危及箱涵結構安全。

從檢測發現的處理過的伸縮縫全部出現GB膠條脫落的外觀來看，主要是原來的聚合物砂漿和GB膠條與混凝土之間的脫離問題。其原因一是GB膠條膨脹造成聚合物砂漿破裂，二是與本工程運行特點相關。該工程平面布置較為順直，但其縱斷面布置相對起伏較大，19.1m3/s的流量慣性會對箱涵造成很大沖擊，使伸縮縫不斷處于微小的伸縮形變過程中，該維修方案的剛性連接顯然會造成聚合物砂漿與混凝土分離或破壞，進而出現脫落。

3 治理思路

原設計中邊墻、底板和頂板是箱涵與外界隔離的混凝土結構，伸縮縫采用封閉式塑料止水帶進行全封閉，是伸縮縫主要的隔離和防滲措施。箱涵基本位于地下水位以下，因此各種缺陷因素出現的外在表現形式也不盡相同。混凝土振搗不密實會造成混凝土與塑料止水帶間形成滲流通道，一般是以伸縮縫為中心向兩側出現混凝土浸潤現象，這在箱涵內部干燥的情況下顯現尤為明顯，嚴重時會在附近出現積水，安裝不到位則會在附近出現涌水。當箱涵輸水時，由于內壓作用，在各類情況下外滲并造成環境危害的程度顯然不同。

基于本工程運行特點，其一是恢復伸縮縫功能，不能填充剛性材料；其二是止水功能恢復。基于本工程施工特點，堵漏是首先要做到的，為外表干場作業創造必要條件；其次是灌漿處理，灌漿應主要起到盡可能恢復原有止水的功能，通過壓力灌漿可填充混凝土與止水帶之間的縫隙和部分松散混凝土，相繼也會將伸縮縫間的各類填充物包括泥土形成整體式的防滲填充物，尤其在止水帶安裝不到位的情況下整體式防滲填充物會發揮較大作用，對內外水都會有隔水的效果。

基于對環境的影響，由于工程運行中的內水壓力多高于外水壓力，外界地下水對引灤水質的危害可以忽略，而內水壓力往往會造成托地等危害。因此，在箱涵內的伸縮縫表面選擇耐久性和彈性較好的聚硫膠類彈性材料作為嵌縫止水，利用其內壓擠密膠體來達到止水的作用。選擇此類膠體是利用其施工時的流體特性使其盡可能地與邊壁結合緊密，既保持了伸縮縫可變形的功能，彌補了灌漿可能出現的各類情況，又簡化了灌漿時的施工難度，達到內外水雙向作用且情況不同時的綜合治理的設計意圖。

參考其他類似工程，在制定方案時在箱涵內表面選擇了加固型處理方式，即選用具有一定剛度類型的表面處理方式進行封閉，主要是保護嵌縫止水避免老化，同時彌補可能出現的外壓對嵌縫材料的外力擠壓破壞這一弱點。

總之，治理的思路是通過灌漿恢復或加強部分內置止水的作用和內側嵌縫止水保留伸縮縫的變形功能加強止水的作用，減少持續性的水錘壓力對原有止水帶的不利影響，從而延長止水使用壽命。

根據工程調研和歷次方案分析，各工程中對于伸縮縫漏水的處理方案原理大致相同，在保持原有伸縮縫功能的基礎上利用各類材料不同性能特點選用不同結構型式，并采用綜合處理相結合的方式達到止水和滿足變形的需要。

4 治理方案

4.1 邊墻、底板及頂板方案

邊墻、底板及頂板方案如圖2所示。

圖2 邊墻、底板及頂板方案示意圖Fig.2 Schematic diagram of side wall，bottom plate and roof

4.1.1 堵漏劑封堵

對外水起到封閉作用，為進一步施工創造必要條件。根據不同工程條件，該措施隨時進行調整。

4.1.2 嵌填密封體

保證伸縮縫功能所采取的具有止水功能的加強措施，對內壓較大的情況會起到較好作用。

4.1.3 表面涂刷涂料

對嵌填密封體進一步起到保護和加強作用。

4.1.4 化學灌漿止水處理

填充伸縮縫的空隙，恢復部分內置止水功能，該灌漿可填充細微縫隙，該條件是達到內外止水功能所必需的。

4.2 中墻處理方案

中墻處理方案如圖3所示。

圖3 中墻處理方案示意圖Fig.3 Schematic diagram of middle wall treatment scheme

利用中墻兩側都具有水壓的單向受力特點，兩側都布置嵌縫止水結構，即中墻剔槽、填塞聚硫膠體、無需灌漿，以此來達到水壓越大、擠密越實、止水效果越好的效果。外表采用表面加固型處理方式，主要是為了保護嵌縫止水材料和避免老化。

5 材料的選擇

近年來，隨著科技的進步，材料性能大幅提升，在原理基本相同的情況下，材料的選擇對伸縮縫治理的成敗起著至關重要的作用。

5.1 化學灌漿

對于本工程伸縮縫的處理，堵漏防水是關鍵。化學灌漿材料的特點是漿液穩定性好，黏度低，可灌性好，滲透力強；膠結體透水性低，防水性較好，漿材固結后具有良好的耐久性，受氣溫、濕度、酸和某些微生物的侵蝕影響較小[1]。

水溶性聚氨酯灌漿材料是一種快速高效的防滲堵漏化學灌漿材料，其可在潮濕或涌水的情況下進行灌漿，對水質適應性強，且固結體為彈性體，由于遇水膨脹，非常適用于變形縫的快速防水處理，適合本工程使用。

聚氨酯是一種具有防滲和加固雙重作用的灌漿材料，當漿液灌入后，在適量催化劑的作用下可使其進一步交聯聚合，反應物的黏度逐漸增大而凝膠化，并生成不溶于水的高分子聚合物，進而達到防滲堵漏的目的[2]。

5.2 嵌縫密封材料

性能優良的高分子材料生產的密封材料，如聚硫密封膠、聚氨酯密封膠、硅酮密封膠、丙烯酸酯密封膠，已成為主導產品，代表了密封材料的發展方向。本工程選擇無毒且耐久性、體積穩定性、彈性相對較好的聚硫膠產品。

聚硫密封膠的特點是固化劑的用量允許誤差范圍寬、固化效果好，在使用之前密封膠的各組分性能保持穩定，且在濕度和交替變形明顯的環境中對混凝土有著極好的粘合力。在靜態變形達到25%的條件下密封膠對水的作用應當穩定，彈性復原性能優良，且其對各種基材粘接和適應性良好、透氣性極低、硫化物收縮性小[3]。

5.3 表面涂刷涂料

表面涂料的基本要求：①具有隔離和高延伸率雙重特點。在箱涵內水和混凝土之間形成隔離層，涂層還需要有一定的可延伸性，避免斷裂，使隔離性發揮作用；②與混凝土有可靠的粘結性能；③環保無毒。

由于本工程處于較潮濕的環境，經過對材料性能的對比，推薦采用單組分涂刷聚脲。聚脲涂料力學性能優異，在耐磨性、耐沖擊性、耐腐蝕性、耐介質性、熱穩定性等方面均表現突出，使其在防腐蝕、防水、防護等領域都獲得了應用，且聚脲涂料施工效率高，一次噴涂可達到毫米級，極大地節約了人工成本[4]。

6 結 語

混凝土箱涵伸縮縫的構造特點決定了它比混凝土結構本身更易出現滲漏問題。箱涵伸縮縫滲漏會造成周邊土地受淹，同時會造成引調水的大量損失。隨著滲漏破壞的發展，還會造成鋼筋外漏，進而影響箱涵結構安全。箱涵外界水向內滲漏會對引調水造成污染，并且隨著長時間運行，存在基礎掏空改變結構受力狀態進而引起結構破壞等安全問題。

對工程因老化和長期運行所造成的缺陷進行維修加固是每項工程所面臨的問題，發現問題應及時采取維修加固措施，才能保障輸水安全和工程長久發揮效益，利于工程設施的管理和維護。