钢丝网薄壳渡槽防渗处理新技术及其效果

刘 漠

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

（长沙理工大学水利工程学院 长沙市 410004）

前 言

湖南省在20世纪60～70年代建有大量的“U”型钢丝网薄壳渡槽，经过40多年的运行，工程已严重老化，急需全面更新改造，据统计，全省目前共有钢丝网薄壳渡槽近10万m，这些渡槽普遍存在着渗漏、碳化、破损等现象，但其中大约有3万m钢丝网薄壳渡槽通过防渗和补强加固处理后还可以继续运行使用，延长其使用寿命，使其能再正常服役20～30年。我们曾在多处渡槽采用目前国内普遍采用的处理技术（如粘钢、丙乳砂浆等）进行防渗或加固处理，但这些处理技术均存在价格高、效果差、施工难度大、耐久性不够等问题，而意大利产的新型土工复合膜，具有优良的稳定性、抗老化、抗化学腐蚀等性能，特别是抗老化性能具有国际先进水平，技术性能稳定可靠，已成功应用于世界各国数千处工程，且施工方法简单、维护方便、耐久性好、防渗效果显著，是解决钢丝网薄壳渡槽防渗处理的先进材料和技术。该材料及技术不仅可解决钢丝网薄壳渡槽的防渗补强，还可广泛应用于地面输水渠道、管道、大坝等水工建筑物的防渗及房屋建筑的屋面防水等，其推广应用前景广阔。

1 土工复合膜物理性能指标

意大利新型土工复合膜是由一层柔性聚氯乙烯（PVC）与一层针刺聚脂土工布通过热粘结复合挤压而成，具有优良的不透水性,土工织物还提供了抗穿剌保护，降低了建筑物表面处理的准备要求，摩擦角更大，在倾斜表面上具有自稳定性，膜后土工织物还具有一定的排水功能。该膜料表面不需要任何保护措施，采用裸露式安装和运行使用，具有很强的抵抗紫外线的能力。在潮湿的环境下，能够抵抗侵蚀、有机物和细菌的生长恶化。该膜料具有优良的稳定性、抗穿刺、耐磨蚀、高弹性、抗老化、抗化学腐蚀等性能，各项物理化学性能指标均优于国家防总规定储备物资质量标准，其最大优点是抗紫外线、耐老化性能，其产品使用年限可达30年以上，意大利产商对本项目供货的土工复合膜材料性能提供10年的质量保证。其主要物理性能指标见附表。

2 工程防渗设计

渡槽防渗设计前，应对渡槽进行现状调查和混凝土结构质量检测，检测渡槽结构混凝土剥落、露筋、裂缝、漏水、接头位移及排架、端肋等质量情况，重点检测渡槽、端肋、排架及横梁等混凝土强度、碳化深度以及外观破损程度，以了解渡槽混凝土结构强度是否满足安全使用要求，如不满足还应考虑进行加固补强设计。如满足安全使用要求，仅是局部部位存在混凝土剥落或钢丝网锈蚀的现象，则可直接进行渡槽防渗设计，对混凝土剥落严重、钢丝网锈蚀严重的局部部位，可在土工复合膜进行防渗处理前进行局部补强加固。必要时，也可以在渡槽处理前先进行“静水法”测渗或采用其他方法进行测渗，以了解渡槽的渗漏状况，便于防渗处理前后进行对比。

附表 土工复合膜材料物理性能指标

意大利新型土工复合膜为卷材，可根据用户的需要生产不同厚度和不同规格的产品。采用该技术对渡槽进行防渗处理比较简单，通常采用粘贴法固定土工复合膜，既采用环保型且耐老化的280环氧树脂胶将土工复合膜与渡槽内壁粘贴固定在一起。沿渡槽内壁纵轴线方向设计四条粘接带，布置在渡槽内壁左右两侧上沿和渡槽内壁底部两侧，分别用于粘接固定渡槽内壁土工复合膜的上沿和土工复合膜的底部，对于粘接固定底部土工复合膜的部位，也可以视情况选择梅花状粘接点，以防止土工复合膜移动。一般情况下：总粘贴面积占土工膜安装面积的10%～15%即可，粘接带的宽度可根据渡槽的断面和土工复合膜粘贴的范围确定，一般为（100～150）mm，土工复合膜的粘贴高度应超过设计过水断面水深（150～300）mm 既可。

采用土工复合膜对薄壳渡槽进行防渗处理，可以不考虑膜后排水系统。通常钢丝网薄壳渡槽经过几十年的运行，存在多处渗漏部位，特别是伸缩缝、水平裂缝、纵向裂缝均存在不同程度的渗漏。对渡槽进行防渗处理时，不必对这些渗漏部位进行单独封堵，可作为膜后渗水的排水途径。根据土工复合膜已建水利工程的静水法检测，对于接缝焊接和安装合格的防渗工程的水利用系数可达0.997，可以说基本不漏，即使有少量的渗压水，可以通过渡槽原已存在的渗漏部位和途径排出，不会影响渡槽的结构安全，且比较经济合理。

3 安装技术要求

3.1 土工复合膜安装技术要求

（1）土工复合膜料安装施工应包括以下工序：准备工作、铺设粘贴、压膜支护、接缝焊接、质量检查。

（2）应密切注意防火，安装施工时不得抽烟。

（3）施工人员应穿无钉鞋或胶底鞋。

（4）膜料的裁剪：要求土工复合膜料裁剪必须统一规整，按渡槽横断面铺膜长度定制模板，用定制模板在卷材上准确剪裁，四角成直角，裁面平滑、顺直。

（5）粘结剂搅拌充分，配比适合：要求280环氧树脂与速凝剂配比为2∶1，搅拌要充分，二种材料混合均匀。

（6）涂胶均匀，粘贴面积满足强度要求：要求涂胶厚度约2 mm，粘贴面积不少于土工膜安装面积的10%。

（7）支护及时、牢固：要求涂胶后，迅速铺膜，并用可靠材料进行充分支护，支护拆除后，膜不能从槽壁撕开。

3.2 接缝焊接技术要求

（1）膜料搭接长度满足要求：前后铺设的两幅膜料之间应预留搭接长度（100～150）mm，铺膜时要尽量对齐，因施工误差，搭接长度不少于80 mm。

（2）焊接充分牢固：要求搭接部位焊接要按步骤进行，用大功率扁嘴热风焊枪依序加热膜料，并压合密实，焊接部分无空气泡、无漏焊现象，且注意调节焊接温度，膜料不能烧坏、起皱、打折。

（3）焊缝要求光滑、平整、密实、牢固，无空缝、无烧伤、不透水。

（4）每一条焊缝焊接完成后，应随后用小起子对焊缝进行沿缝检查，如未达到要求，应立刻进行返工重焊。

4 现场安装施工

4.1 安装施工准备

（1）完成渡槽表面处理。用锤子轻轻敲击渡槽内表面，检查是否有混凝土松动部位，对混凝土松动部位和已明显起壳的混凝土剔除掉并保持清洁。剔除松动的混凝土后，用电动钢丝刷对渡槽混凝土表面进行打磨，并用高压水枪对打磨后的渡槽混凝土表面进行清洗，不留任何尘土和杂质。

（2）放线。按照设计要求，在渡槽内壁两侧顶端铺膜上沿部位及渡槽内壁底部铺膜处，施工人员用卷尺量好尺寸，确定涂胶位置，并用墨线在涂胶位置按涂胶宽度放好线。

（3）备料。将土工膜及环氧胶等施工材料运到施工现场附近进行储存，并由专人看管，避火、避水，做到安全存放；在干净、平整场地将土工膜卷材按渡槽铺膜尺寸裁剪并卷好，按施工进度搬运到渡槽内并在施工段均匀摆放；将施工当天需用的280环氧树脂、速凝剂及安装所用支护木条、衬板等施工用材和搅拌器、胶刷等施工用具运到施工段渡槽内备用。

4.2 现场安装施工

整个现场安装施工在施工前各项准备工作到位无误后，按以下工序进行施工：

（1）环氧胶搅拌。施工人员按粘贴材料配比试验成果，每次专用胶桶将280环氧树脂胶和固化剂按一定比例混合（一般为2∶1），迅速用电动搅拌器将材料搅拌均匀。

（2）涂胶。将搅拌均匀的环氧胶在涂胶位置均匀涂抹，胶厚2 mm。每次涂胶为一块土工膜的铺膜长度。

（3）粘贴土工复合膜。贴膜位置涂胶完毕后，迅速将裁好的土工膜进行粘贴，粘贴时，土工膜两端要对齐槽壁顶部涂胶边线，并顺直平铺，防止贴膜中部起皱。同时，前、后膜的焊接搭接长度要按要求予以确保，一般为（100～150）mm。

（4）压膜支护。贴膜完成后，迅速安装好木板压条，并用木方支护、紧固，确保膜料与涂胶充分结合挤紧，不让其移位。

（5）接缝焊接。土工复合膜安装支护12 h后，膜料与环氧胶即已结合牢固，此时，可将支护木条去掉，进行接缝焊接。用大功率扁嘴热风枪分次依序加热膜料，边加热边用橡木滚动槌将接缝压合密实，按接缝技术要求确保焊接质量。

（6）粘贴和接缝检查。土工复合膜安装完毕并去掉支护木方后，现场技术人员及监理人员对安装质量进行检查，对膜料与环氧胶结合不牢固的地方要撕开重新涂胶、支护压紧，确保膜料与环氧胶结合密实、牢固。接缝焊接完成后，现场技术人员及监理人员对接缝质量进行检查，检查有无漏焊、焊缝有无气泡、有无膜料烧坏及焊缝是否平整、密实、光滑，对质量不合要求的，应予以返工，对烧坏部分要予以修补。

（7）整理和修剪。一座渡槽铺膜完毕及接缝焊接完毕后，施工技术人员应对整个铺膜情况进行检查，对因渡槽尺寸不规范而引起的贴膜超出设计贴膜位置的，用专用刀片予以修剪和整理，确保土工膜安装整齐、美观。

（8）整体质量检查。当完成一座渡槽土工复合膜安装施工后，由业主单位组织施工方、监理人员、质量监督管理人员对整体施工质量进行全面的检查，并作好记录和质量检测评定，发现问题，及时限期整改。

5 工程应用实例

本项目选择湘潭县花石水库灌区马垅和见楼两渡槽作为推广应用工程。马垅渡槽长1 080 m，由90跨组成，每跨长12 m，槽身为带拉杆的钢丝网薄壳简支结构，净宽2.0 m，排架为钢筋混凝土结构，最大高度12 m左右，设计通过流量为1.65 m3/s。见楼渡槽长108 m，由9跨组成，每跨长12 m，槽身为带拉杆的钢丝网薄壳简支结构，净宽1.4 m，排架最大高度10 m，设计通过流量为0.8 m3/s。以上两渡槽由于兴建时资金短缺，施工质量差，经过近40年运行，工程老化，槽身渗漏严重。槽身厚40 mm，混凝土碳化深度为20 mm以上，且槽身和接缝存在多处渗漏，进一步加剧了钢筋和钢丝网的锈蚀，再加上多处混凝土剥落和露筋露网，如不采取措施，将减小有效受力断面积，威胁槽身安全。

针对马垅和见楼渡槽存在的问题，采用引进意大利新型土工复合膜对槽身内壁进行防渗漏处理，槽身外壁结合丙乳砂浆补强加固。根据本项目补强加固设计：马垅渡槽内壁顶部250 mm采用丙乳砂浆补强加固，顶部250 mm以下部分全部采用粘贴土工复合膜覆盖，土工复合膜接缝处均采取焊接，马垅渡槽共完成铺膜长度为1 080 m，铺膜面积为3 830 m2。见楼渡槽内壁顶部100 m采用丙乳砂浆补强加固，顶部100 mm以下部分全部采用粘贴土工复合膜覆盖，土工复合膜接缝处均采取焊接，见楼渡槽共完成铺膜长度为108 m，铺膜面积为330 m2。两座渡槽共完成土工复合防渗面积4 160 m2。工程处理完成后，渡槽的渠道水利用系数由原来的0.81提高到0.997，解决了槽身和接缝存在多处渗漏的问题。采用意大利新型土工复合膜防渗与丙乳砂浆补强加固相结合，达到了防渗与补强的双重效果，较好地解决了钢丝网薄壳渡槽的防渗和修复问题，为钢丝网薄壳渡槽的修复和合理延长其使用寿命探索了一条新途径。

6 结语

采用意大利土工复合膜对钢丝网薄壳渡槽进行防渗处理，膜料表面不需要任何保护措施，采用裸露式安装和运行使用。该膜料具有很强的的抵抗紫外线的能力，并在潮湿的环境下，能够抵抗侵蚀、有机物和细菌的生长恶化。由于土工复合膜粘贴于渡槽内壁混凝土表面，对内壁混凝土起到全封闭保护作用，避免了渡槽内壁混凝土直接与空气和水的接触而引起的锈蚀、碳化及渗透破坏，减缓了渡槽的老化进程，延长了渡槽的使用寿命，且该技术具有施工方法简单、维护方便、耐久性好、防渗效果显著、造价低等特点，是一种经济适用的钢丝网薄壳渡槽防渗治理的新技术。其次,采用该项技术处理钢丝网薄壳渡槽能有效的提高渡槽的渠道水利用系数，节约宝贵的水资源，保障供水安全，与常规处理方法相比，可节省工程除险加固投资，其经济、社会、生态效益显著。