高港樞紐水工建筑物伸縮縫修復工藝淺析

蔡振宇 黃蔚 陳擎環 吳鵬鵬 干佳馨 江蘇省泰州引江河管理處

1.工程概況

南水北調東線工程是暢通南北經濟循環的生命線，泰州引江河高港樞紐作為南水北調工程的引江口門，具有引水、排澇、擋洪、通航等多種功能，高港樞紐工程設施包括泵站、節制閘、調度閘、送水閘、110kV專用變電所，此次伸縮縫修復范圍包括節制閘、調度閘、送水閘范圍內的伸縮縫。

2.存在問題

工程自1999年投運以來已有20多年，伸縮縫老化衍生出的問題，翼墻和底板間伸縮縫變形，不僅對結構本身產生不良影響，還會對整個水工建筑物產生直接的危害，造成水沿縫滲漏，造成水工建筑物的損壞，有三個主要因素。

2.1 材料老化

部分翼墻分縫處的填縫材料為柏油板材，長時間暴露在空氣中，經過多年太陽光紫外線照射、水分侵入和氣溫的冷熱交替，出現老化現象。逐漸硬化、變脆開裂，變形能力發生不可逆變化，不能發揮其原有的封堵作用，影響水工建筑物的整體耐久性。

2.2 沉降錯縫

部分翼墻由于熱脹冷縮、墻后土壓力和不均勻沉降等因素的影響，造成水閘部分翼墻傾斜錯縫明顯，且縫隙兩側表面混凝土剝落、滲水。

2.3 漏水滲水

高港閘站工程位置臨近長江，尤其下游長江水位受潮汐影響漲高，下游與上游存在一定的水頭差后，因底板間伸縮縫縫墩止水失效，在節制閘閘門關閉時，下游接伸縮縫處漏水，長期滲漏易造成水土流失和水工建筑物不穩定。

3.修復材料選擇

高港樞紐水工建筑物伸縮縫修復主要選用一種水溶性聚氨酯堵漏劑，水溶性聚氨酯堵漏劑材料是一種單組分、低粘度、親水型灌漿材料，具有延伸性好，耐老化，耐熱，耐水，環保等特點，與水泥、金屬等材料具有很強的吸附力，能快速高效的防滲堵漏。在裂縫中與水發生反應，迅速乳化，快速凝結形成膠體，形成膨化、連續的伸縮縫填充材料，固結體具有彈性，且遇水可以二次膨脹，具有止水的功效。

水溶性聚氨酯灌漿材料的性能指標，主要通過密度、粘度、凝膠時間、包水性、親水性、遇水膨脹率來體現。

因為高港樞紐臨近長江，受漲潮落潮影響，水位變化很快，聚氨酯灌漿材料在伸縮縫內流通，大部分的水溶性聚氨酯堵漏劑材料不能最大完全發泡，只是存留于伸縮縫間隙中。

因此遇水膨脹率在本次修復中是最為關鍵的指標，體積膨脹的百分數，指水溶性聚氨酯堵漏劑材料固結后，在規定時間內，固結體再次吸水后體積膨脹的能力[1]，體現的是材料在伸縮縫中張開后仍具有較好的止水效果，遇水膨脹率越高標識材料的止水能力越強，在注漿過程中，水溶性聚氨酯堵漏劑材料在流通到伸縮縫內的各個部位后固結成彈性聚氨酯固體，在長江潮位上漲后，固結的水溶性聚氨酯堵漏劑材料接觸到水，再次發生膨脹，達到膨脹彈性止水和以水止水的雙重目的。

水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的配比不同時，形成的固結體的強度是不同的，伸縮縫修復效果也是不同的，因此，需要探索出水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的合理配比，可以達到提升閘站伸縮縫修復項目施工質量的目的。

經現場多次試驗，水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的配比5:1和2:1時，發泡較小，部分水溶性聚氨酯堵漏劑材料不完全發泡。水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的配比1:1時，發泡較好，固結體完整且具有高彈性。水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的配比1:2和1:5時，發泡較差，固結體內有空洞，呈海綿狀，不具有高彈性。因此，施工過程中，采用水溶性聚氨酯堵漏劑材料與水的配比采用1:1的比例，在翼墻伸縮縫頂部進行封堵，保證固結體的發泡程度和彈性的同時，能夠快速封堵伸縮縫頂部。

表1 水溶性聚氨酯灌漿材料質量指標

4.修復工藝

因溫度對于水溶性聚氨酯堵漏劑材料的影響較小，故選擇枯水期或者潮位較低的汛后時間段進行施工，保證施工的效果，同時避開閘站引水時間，最大程度減少施工對工程運行的影響。

4.1 修復伸縮縫類型

按照需修復的伸縮縫類型，可分為兩大類型，采取針對性修復工藝，對伸縮縫進行填充，并且將流水進行堵截，可以有效降低滲透性，減少滲透量，提高抗滲能力，提高混凝土的力學強度，并且進一步恢復混凝土的基本結構[2]，保障伸縮縫修復工藝質效。

第一種類型為常規水面以上伸縮縫、錯縫處理，使用注漿針注入水溶性聚氨酯堵漏劑材料，達到水工建筑物整體美化的目的。

第二種類型為底板間伸縮縫滲漏處理，需要騎縫鉆孔，再進行化學灌漿，使得水溶性聚氨酯堵漏劑材料填充至需修復的伸縮縫內部，切斷水流通道達到阻水堵漏的目的。

4.2 修復流程

針對不同類型的伸縮縫問題，需采取不同的修復流程。

常規水面以上伸縮縫、錯縫處理流程見圖1。

圖1 常規水面以上伸縮縫、錯縫處理流程圖

底板間伸縮縫滲漏處理流程見圖2。

圖2 底板間伸縮縫滲漏處理流程圖

4.3 水面以上常規伸縮縫、錯縫處理具體步驟

（1）清理附著物：清除接縫兩側翼墻端表面已松動或碳化嚴重的混凝土及表面附著物，使得伸縮縫充分暴露，再將接縫內已經老化的填料從上至下一一清理，清理后用刷子刷掃，確保干凈、干燥。

（2）電鉆鉆孔：用電鉆緊靠翼墻臨水側一端于接縫呈45°間隔鉆孔，間隔300mm，交錯布置在伸縮縫左右，鉆孔深度控制在翼墻厚度的約三分之二，鉆孔穿透接縫，而不是與混凝土表面垂直。

（3）埋設注漿針：注漿針是利用環壓緊固的原理，防止漿液在高壓推擠的情況下倒噴，選擇合適長度的注漿針頭埋設并固定在鉆孔中，確保注漿針與鉆孔緊密接觸，保證注漿針頭打入需要修復的翼墻水面以上伸縮縫內。

（4）防水膠帶封堵：使用強力防水膠帶封堵翼墻臨水側和背水側，翼墻伸縮縫四周和底部形成包圍空間，有利于后期注入水溶性聚氨酯堵漏劑材料和水，能夠有效發泡，保證灌漿材料不滲漏、流失。

（5）注入水溶性聚氨酯堵漏劑材料：通過小型高壓注漿泵，自下而上向接縫內注入水溶性聚氨酯堵漏劑材料。對填縫劑注射不到的地方，可適當增加鉆孔，加密注漿。翼墻頂部注漿時，采用水和水溶性聚氨酯堵漏劑材料混合，按照1:1的比例，持續從孔口向孔內打水，使得水面以上注入水溶性聚氨酯堵漏劑材料充分發泡，填滿整個翼墻伸縮縫內部，達到較好的施工效果。

（6）接縫表面修整：接縫注漿填滿后，已發泡的水溶性聚氨酯灌漿材料表面不規則、不平整的形狀，需要對接縫處的填縫劑表面進行鏟修，修整過程中控制力度和方向，使得接縫處平整。

（7）涂結構膠防水防腐：沿縫涂上結構膠，附著在水溶性聚氨酯表面，起到防水、防腐的密封作用，并且能夠形成明顯伸縮縫標識。

（8）混凝土修補：鑿除水面以上接縫兩側各200mm范圍內混凝土表面附著物，除去松動混凝土的凹陷表面，采用丙乳砂漿補平去除松動混凝土的凹陷表面，并用膩子把清除范圍內的翼墻表面刮平、晾干。

（9）安裝不銹鋼蓋板：伸縮縫表面需加封不銹鋼蓋板，蓋板與混凝土之間固定嚴實，不銹鋼蓋板高度需根據最低水位和翼墻高度確定，根據工程實際情況，在最低水位基礎上，往水下延伸200～500mm，伸縮縫頂部不銹鋼蓋板與混凝土之間的間隙用結構膠封堵。

4.4 底板間伸縮縫滲漏處理具體步驟

（1）鉆機就位：將鉆機移至鉆孔位置，對準孔位用水平尺掌握機臺水平，立軸垂直、墊牢機架、鉆機的垂直度滿足精度要求，經技術人員檢測合格后方可開鉆，保證鉆孔孔位、鉆孔垂直度滿足設計要求。

（2）鉆孔：伸縮縫頂部布置2個鉆孔，孔徑11cm，鉆孔深度至水平紫銅片止水向上留足安全距離（20cm以上），此次施工的鉆孔深度為12.8m，垂直度控制在千分之二以內，鉆孔過程中，觀察鉆孔內鉆出物的組成結構，一般兩側為半圓混凝土，中間為伸縮縫內原有瀝青，保障后期灌漿至伸縮縫內，鉆孔后需進行清孔，并使用管道內窺鏡查看孔內水上部分及水下部分情況，管道內窺鏡要緩慢、平穩地放入成孔內，避免孔內水體渾濁，方便確認孔位、孔壁情況。

（3）安置注漿管：采用灌漿泵，通過高壓注漿軟管與下設在孔內的注漿鋼管連接，先將導管下至鉆孔底部，上部用橡膠止水塞封堵，并自下而上壓力灌注，將水溶性聚氨酯堵漏劑材料注入孔內進行堵漏。

（4）封堵長江側縫面：灌漿前，將底板間伸縮縫長江側先用水溶性聚氨酯發泡劑進行填充，使得閘墩縫之間被聚氨酯發泡劑充分堵住，表面用強力防水膠帶封堵，形成發泡空間，有效減少化灌漿液流失和避免造成環境污染。

（5）灌漿：灌漿過程分為水下段和水面以上段，在灌注水下段時，灌入水溶性聚氨酯堵漏劑材料，灌漿過程中，按照固定地頻次攪動灌漿導管，每隔20s左右，上提和攪動注漿管，每次上提高度約為200mm左右，孔內水體逐漸渾濁，水溶性聚氨酯堵漏劑材料不斷發泡凝固，灌漿過程中根據實際情況調整灌漿壓力。水面以上段灌漿過程中，按照1:1的比例，不斷從孔口向孔內打水，使得水面以上注入的化灌材料較好的發泡膨化，同時控制好灌漿速度，保證水溶性聚氨酯堵漏劑材料充分發泡的同時，又能保證水溶性聚氨酯堵漏劑材料的延伸性，達到滲縫堵漏的效果，直至灌滿灌實鉆孔及縫隙。

（6）修理平整：接縫注漿填滿后，已發泡的水溶性聚氨酯灌漿材料表面不規則、不平整的形狀，需要對接縫處的填縫劑表面進行鏟修，修整過程中控制力度和方向，使得接縫處平整。

（7）長江側縫面涂結構膠防水防腐：接縫注漿完成后，將接縫處的填縫劑表面鏟修平整，延伸縮縫表面涂上結構膠，起到防水、防腐的密封作用。

5.結語

水閘的安全運行是工程搶潮引水、防洪度汛、發揮工程效益的關鍵，水工建筑物的完整、穩定是工程運行的基礎條件，本次使用水溶性聚氨酯堵漏劑對高港樞紐水工建筑物伸縮縫進行修復取得了良好的效果，具有簡單、快速、有效等優點，不僅能起到防滲堵漏的作用，同時還能加固水工建筑物，提升水工建筑物的穩定性和安全性，延長水工建筑物的使用壽命。在水工建筑物日常管理中，應加強工程日常檢查、定期檢查和維修養護，并采取切實有效的措施解決工程安全隱患，確保工程安全、高效、穩定運行。