孫 霞

（新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆烏魯木齊830000）

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北疆地區(qū)輸水渠道常見(jiàn)病害及修復(fù)技術(shù)研究

孫 霞

（新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆烏魯木齊830000）

摘要：針對(duì)我國(guó)北疆地區(qū)獨(dú)特的氣候環(huán)境特征，探尋區(qū)域長(zhǎng)距離輸水渠道常見(jiàn)病害的類(lèi)型及成因機(jī)理，針對(duì)性地提出輸水渠道修復(fù)技術(shù)，為同類(lèi)型輸水渠道的病害診斷與施工修復(fù)提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：北疆地區(qū)；輸水渠道；病害機(jī)理；修復(fù)技術(shù)

我國(guó)北疆地區(qū)供水工程長(zhǎng)距離輸水渠道在承受滿(mǎn)足安全荷載組合的同時(shí)，還受到特殊自然環(huán)境的侵蝕，如凍融破壞、土壤鹽分離子侵蝕、高礦化度灌溉回歸水、大氣碳化及干濕循環(huán)破壞等作用的影響，進(jìn)而導(dǎo)致輸水渠道出現(xiàn)裂縫、凍脹、碳化及堿骨料反應(yīng)等侵蝕破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響供水工程的安全運(yùn)行，制約了供水工程效益的正常發(fā)揮。北疆地區(qū)輸水渠道需經(jīng)常進(jìn)行修補(bǔ)，以確保該區(qū)域輸水渠道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及耐久性［1］。因此，有必要分析該區(qū)域輸水渠道常見(jiàn)病害成因并提出相應(yīng)的施工修復(fù)技術(shù)，為類(lèi)似工程的更新改造和維護(hù)維修提供借鑒依據(jù)。

1 輸水渠道常見(jiàn)病害類(lèi)型及成因

1.1 裂縫

裂縫是影響北疆地區(qū)混凝土輸水渠道耐久性的重要因素，按其產(chǎn)生原因可分為外荷載裂縫、變形裂縫、施工裂縫；按裂縫的形態(tài)可分為水平與垂直裂縫、橫縱向裂縫、斜向和放射形裂縫；按裂縫深淺可分為貫穿裂縫、深層裂縫和表面裂縫［2］。

輸水渠道裂縫產(chǎn)生的原因主要包括：（1）新澆筑混凝土水化放熱，混凝土過(guò)大的內(nèi)外溫差引起混凝土變形，從而產(chǎn)生裂縫；（2）在外部約束力作用下，輸水渠道混凝土硬化而導(dǎo)致的裂縫；（3）輸水渠道厚度較大構(gòu)件因混凝土塑性塌落而導(dǎo)致的裂縫；（4）混凝土中的活性骨料與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土膨脹開(kāi)裂；（5）運(yùn)行中的混凝土結(jié)構(gòu)因不均勻沉陷或承受過(guò)載而致使混凝土輸水渠道產(chǎn)生裂縫。

1.2 凍脹破壞

北疆地區(qū)輸水渠道混凝土襯護(hù)渠道受干旱、少雨、季節(jié)及晝夜溫差大等氣候因素的影響，凍脹破壞現(xiàn)象嚴(yán)重［3］，其表現(xiàn)形式主要有現(xiàn)澆混凝土板破裂，隆起和塌陷，預(yù)制襯砌板破壞。造成輸水渠道混凝土襯砌凍脹破壞的原因主要有：（1）渠道基礎(chǔ)土壤入冬前的含水量超過(guò)土壤起始凍脹含水量；（2）襯砌基土屬于凍脹土類(lèi)；（3）氣溫低于0℃。土壤結(jié)冰時(shí)，體積膨脹破壞混凝土襯砌面板。

1.3 碳化破壞

長(zhǎng)期與大氣接觸的混凝土輸水渠道，大氣中的C O2將滲入混凝土內(nèi)部孔隙并溶解于水分中，并與膠凝材料發(fā)生多相化學(xué)物理反應(yīng)產(chǎn)生鈣礬石等物質(zhì)，降低輸水渠道混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度［4］。同時(shí)，混凝土內(nèi)部PH值小于10的孔隙溶液會(huì)逐漸腐蝕鋼筋鈍化膜，致使鋼筋銹蝕膨脹，甚至剝離，引起混凝土開(kāi)裂，從而嚴(yán)重影響輸水渠道運(yùn)行的安全性與耐久性。

1.4 堿骨料反應(yīng)

北疆地區(qū)輸水渠道混凝土襯砌及構(gòu)件中富含大量堿性物質(zhì)，骨料中的氧化硅等物質(zhì)易與這些堿性物質(zhì)反應(yīng)生成吸水膨脹凝膠，從而降低輸水渠道混凝土的強(qiáng)度。

2 輸水渠道修復(fù)技術(shù)

2.1 環(huán)氧樹(shù)脂砂漿水下裂縫修復(fù)技術(shù)

針對(duì)北疆地區(qū)混凝土輸水渠道普遍存在的水下裂縫問(wèn)題，環(huán)氧樹(shù)脂水泥砂漿具有允許砂漿帶水施工作業(yè)、水下抗分散離析性好、水下強(qiáng)度不損失、養(yǎng)護(hù)期短等優(yōu)勢(shì)，可在水下（20℃～25℃）4～6h初凝并實(shí)現(xiàn)了膠黏劑與混凝土強(qiáng)度的疊加，對(duì)輸水渠道水下裂縫具有較好的修復(fù)效果。

環(huán)氧樹(shù)脂砂漿采用E51或殼牌828環(huán)氧樹(shù)脂、1085水下固化劑、水泥及河砂按照一定重量比與水拌合而成［5］，具體修復(fù)施工工序如下：

（1）查縫定位后鉆孔清孔后，布設(shè)與采用與地質(zhì)條件相適應(yīng)的灌漿系統(tǒng)，確保灌漿管路、出漿設(shè)施與縫面暢通。

（2）將水泥與河砂按1：2比例混合均勻，嚴(yán)格控制水灰比為0.36～0.40，然后在水泥砂漿中摻入定量的環(huán)氧樹(shù)脂并攪拌10min，將1085型水下固化劑按固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂1：1的比例摻入上述砂漿中，再均勻攪拌5min即可使用。

（3）采用連接灌漿泵自下而上將環(huán)氧樹(shù)脂砂漿漿液均勻灌注整個(gè)縫面，若灌漿時(shí)發(fā)現(xiàn)漏漿、冒漿現(xiàn)象，可采用表面封堵、嵌縫、低壓間歇灌漿等方法處理。

2.2 輸水渠道防滲修復(fù)技術(shù)

針對(duì)北疆地區(qū)輸水渠道混凝土襯砌因凍脹所引起的破壞，具體修復(fù)施工工序如下：

（1）清淤拆板。對(duì)需修復(fù)渠道清除淤泥后，自上而下拆除渠道舊混凝土板，輕拆輕放整齊碼放在合適位置，并清除其粘結(jié)的砂漿、泥沙。

（2）開(kāi)挖削坡。按照設(shè)計(jì)的渠道中線(xiàn)、渠底高程及斷面尺寸進(jìn)行削坡修整，對(duì)沉陷、滑坡嚴(yán)重渠段拋填夯實(shí)砂石進(jìn)行換基處理。

（3）渠道襯砌。在清理后的渠坡、渠底等處灑水潤(rùn)濕、整平密實(shí)，然后緊貼基礎(chǔ)鋪設(shè)防滲塑料薄膜，并按照先渠底后坡面的順序鋪設(shè)保溫板與薄膜預(yù)制板，隨后進(jìn)行砂漿墊層與混凝土板襯砌板的鋪設(shè)，確?；炷烈r砌板達(dá)到設(shè)計(jì)平整度，并用C15干硬性細(xì)石混凝土對(duì)混凝土板勾縫，要求板縫密實(shí)、光滑、飽滿(mǎn)。

（4）養(yǎng)護(hù)。勾縫12h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不低于10d，同時(shí)依據(jù)襯砌混凝土板厚度與設(shè)計(jì)要求制作伸縮縫，最后將拌合好的干硬性鋸末水泥砂漿澆筑至伸縮縫并抹平。

2.3 丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復(fù)技術(shù)

針對(duì)北疆地區(qū)低溫、潮濕等惡劣環(huán)境中的輸水渠道閘門(mén)底板、側(cè)墻、閘墩等長(zhǎng)期處于碳化、鹽侵、水流淘刷及臨界水位線(xiàn)的輸水渠道渠系建筑結(jié)構(gòu)，可采用丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復(fù)破損部位。丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿采用Po42.5硅酸鹽水泥，細(xì)度模數(shù)為2.5的天然河砂，粒徑為0.5～2cm的當(dāng)?shù)厥希娤餍凿摾w維，N SF硅粉劑及丙乳按一定配合比制成［6］，較傳統(tǒng)混凝土提高了早期強(qiáng)度及最終強(qiáng)度，改善了混凝土離析和泌水的性能，適用于水工建筑物溢流面及水位臨界面破壞的修復(fù)處理，具體修復(fù)施工工序如下：

（1）基面處理。采用風(fēng)把鉆機(jī)對(duì)混凝土表層進(jìn)行噴砂打毛，然后用高壓水流沖洗使其露出新鮮混凝土層面。

（2）砂漿配置。用攪拌機(jī)將原干料按照設(shè)計(jì)配合比均勻攪拌，轉(zhuǎn)運(yùn)至施工作業(yè)面后，通過(guò)人工攪拌摻加丙乳膠，確保隨拌隨用。

（3）涂刷界面劑并噴射砂漿［7］。在已鑿毛清洗后的混凝土基層上涂抹一層丙乳凈漿并找平受?chē)娒孑^大坑洼，待固結(jié)后再?lài)娚浔楣璺垆摾w維混凝土砂漿，同時(shí)控制混凝土塌落度在8cm左右。施工結(jié)束后，鋪設(shè)塑料保水薄膜于新澆筑的混凝土砂漿表層。

（4）養(yǎng)護(hù)。待砂漿基本固結(jié)后，可滾涂砂丙乳水泥凈漿、采用噴霧器噴霧養(yǎng)護(hù)，在混凝土砂漿澆筑72h后可緩慢浸水進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)7天以后才可投入使用［8］。

2.4 超快硬混凝土修復(fù)技術(shù)

針對(duì)北疆地區(qū)輸水渠道中閘門(mén)、沉砂池以及壓力前池等重要過(guò)水設(shè)施的應(yīng)急搶險(xiǎn)施工，可采用超快硬混凝土修復(fù)技術(shù)。超快硬混凝土采用超快硬混凝土修復(fù)王作為水泥材料，總重約 2400kg/m3，其配合比為修復(fù)王（A+B）1400kg/m3、粗骨 料980kg/m3、水84kg/m3，其中修復(fù)王A與B基料按1：1混合使用，粗骨料宜采用10～35mm連續(xù)級(jí)配的碎石，用水量為修復(fù)王的5.5%～6%，拌制后的混凝土或水泥砂漿可在15min內(nèi)凝固，施工1h后即可達(dá)到使用強(qiáng)度要求［9］，其具體施工工序如下：

（1）嚴(yán)格按照計(jì)算需求量將修復(fù)王黃色包裝的A料及白色包裝的B料與粗骨料倒入攪拌機(jī)內(nèi)，充分?jǐn)嚢?0min后加水?dāng)嚢瑁敝粱旌狭铣尸F(xiàn)良好的流動(dòng)性和黏性為止。

（2）在經(jīng)過(guò)處理后的基面上澆筑超快硬混凝土?xí)r，應(yīng)立即使用平板振動(dòng)夯或振搗棒充分振搗，確保振搗密實(shí)，同時(shí)因修復(fù)王的自流平特性，所以要不斷抹面，直至超快硬混凝土初凝。

（3）澆筑1h后，混凝土即可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求并無(wú)需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)養(yǎng)護(hù)。

（4）由于超快硬混凝土初凝時(shí)間短，一般只用于輸水渠系建筑物的局部修復(fù)［10］。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)北疆地區(qū)輸水渠道因其特有的工作環(huán)境而遭受多種病害的威脅，探究該區(qū)域輸水渠道常見(jiàn)病害的成因與機(jī)理，提出切實(shí)可行的輸水渠道修復(fù)技術(shù)與工藝，通過(guò)修復(fù)處理后的輸水渠道及其配套建筑設(shè)施外觀(guān)質(zhì)量明顯改善，增強(qiáng)了輸水渠道運(yùn)行的安全性和耐久性。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)該類(lèi)區(qū)域輸水渠道運(yùn)行管理，嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)預(yù)定工況運(yùn)行，加強(qiáng)對(duì)輸水渠系建筑物特殊易損部位監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行科學(xué)規(guī)范處理，注重定期維護(hù)、嚴(yán)禁帶病運(yùn)行，這樣才能降低輸水渠道病害發(fā)生機(jī)率，從而提高該區(qū)域輸水渠道使用壽命，最大發(fā)揮工程社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TV698.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-1305（2016）02-0060-02

DOI：10.3969/j.issn.1008-1305.2016.02.026

收稿日期：2015-09-16

作者簡(jiǎn)介：孫 霞（1975年—），女，工程師。