大型钢筋混凝土输水渠道应急抢修施工

周 骏

（上海城投原水有限公司，上海市 200125）

1 黄浦江上游输水渠道概况

黄浦江上游引水系统输水规模为500万m3/d，取水口位于黄浦江上游松浦大桥附近的大桥泵站，总长度74.12 km，其中钢筋混凝土渠道长41.84 km，分两期建设，一期渠道浦东段于1987年7月建成通水，其主干渠道由一组三孔连通的钢筋混凝土渠道组成，每孔断面尺寸为2.8 m×2.5 m（ⅠA）或 3.0 m×2.5 m（ⅡA），见图 1所示；二期渠道浦西段于1997年12月竣工通水，其主干渠道由两组各两孔的钢筋混凝土渠道组成，每孔断面尺寸3.75 m×3.25 m或3.6 m×3.25 m。

图1 黄浦江一期ⅠA（ⅡA）型渠道结构剖面图（单位：mm）

一期渠道从建成使用至2010年，期间只历经过两次局部的停役检修。1988年，一期渠道全线停役检查，结果显示渠道结构本体及沉降缝状况良好；1993年，为配合浦东白莲泾河道改道，一期渠道局部停役放空检查，在靠近白莲泾附近200 m的范围内，发现多处沉降缝漏水、部分箱涵倾侧，后经加固检修投入运行。

2010年12月开始,为配合青草沙水源地工程建设，对黄浦江上游一期和部分二期渠道分阶段停役放空检修，对渠道的沉降缝和本体结构均进行了彻底修复。

2 输水渠道应急抢修背景

2.1 黄浦江上游输水渠道检修工程

青草沙水源地原水工程由青草沙水库及取输水泵闸工程、长江原水过江管工程、陆域输水管线及增压泵站工程三大主体工程组成，分为九个子项目实施。黄浦江上游引水系统改造工程作为子项之一，包括了严桥泵站和临江泵站改造、黄浦江上游输水渠道检修等工程内容。黄浦江上游引水系统在改造完成之后，将分阶段切换成为青草沙原水供应系统的重要组成部分。

从2010年12月至2011年6月，黄浦江上游一期和二期钢筋混凝土输水主渠道分四个阶段停役检修，总长度约为25.24 km。

检修工序为：（1）停役抽水；（2）渠道内壁及沉降缝检查、编号；（3）内壁清扫；（4）内壁渗漏点及渗漏缝修复；（5）沉降缝地基加固；（6）沉降缝修复；（7）渠道清理；（8）检修井关闭；（9）复役冲洗、通水。重点是渠道沉降缝的加固修复，以及渠道本体内壁的修复。

2.2 渠道错位沉降情况

2011年2月，在对一期渠道（临江泵站-严桥泵站段）进行内部检修时，发现位于浦东某水产市场内的8节三孔渠道（3.0 m×2.5 m×3孔）沉降严重，总长度约200 m，经现场踏勘发现有大量土方堆积在渠道上方及其保护范围内，长108 m，宽58 m，高14～16 m，与渠道沉降程度和位置基本吻合，违规堆土见图2所示。

图2 渠道保护范围内的堆土实景

进入渠道内部检查，发现该段渠道两端沉降缝的错位沉降量最大，达到36 cm，已超过渠道顶板的壁厚（32 cm），一般的错位沉降量也远超5 cm，沉降缝附近还有明显渗漏点，渠道绝对沉降量最大达到91 cm，沉降缝错位情况见图3所示。

图3 错位沉降量最大处（上）和一般处（下）实景

渠道内部的混凝土表面也有多处明显的横向或纵向的斜长裂缝，以及一些细小裂缝，主要位于渠道的顶部，少量位于底部，裂缝附近一般都存在明显的渗漏点。

2.3 原水引水管渠保护依据

原水引水管渠是上海的生命线工程，1995年1月17日发布的《上海市原水引水管渠保护办法》是目前原水管渠保护和处理违章的主要依据。

2.3.1 保护范围和控制范围的划定

《上海市原水引水管渠保护办法》第四条规定：引水管渠保护范围为钢筋混凝土渠道及其外缘两侧各10 m内的区域，钢管及其外缘两侧各8 m内的区域；引水管渠控制范围为保护范围两侧各40 m内的区域。

2.3.2 禁止行为的规定

《上海市原水引水管渠保护办法》第七条规定：在引水管渠保护范围内，严禁下列危及管渠或输水安全和原水水质的行为：建造建筑物、构筑物，以及堆放砂石、砖瓦、金属、木材等物品、打桩、凿井等等。

2.3.3 安全等级的规定

1997年3月11日颁布的《上海市原水引水管渠保护技术标准》中第七条规定：原水引水管渠定为一级安全等级。

3 输水渠道应急抢修施工方案

3.1 总体方案制定

在时间比较充裕的情况下，对这段严重沉降的渠道，采取重新建造的方案无疑是最佳选择，风险较小，然而，一期渠道（临江泵站-严桥泵站段）停役时间为2011年2月1日至3月31日。由于受到渠道停役时间的较大限制，如果能够采取必要的技术措施对受损渠道的本体结构和沉降缝进行加固修复，确保按时复役通水，无疑是目前条件下比较理想的技术方案。基于以上的分析，采取了如下的抢修方案：

第一、责成责任单位清除渠道上方及其保护范围内的大量土方，减轻荷载，防止渠道的进一步沉降。2011年3月3日至3月5日，在移除了渠道上方及保护范围内的违章堆土之后，渠道本体向上抬升了20 mm～100 mm。

第二、由第三方检测单位对渠道进行混凝土结构检测，情况如下：

（1）强度检测：根据渠道内部结构的钢筋分布情况，选择裂缝较多、靠近裂缝附近两侧的位置，分别钻取一组作为芯样强度试件，检测结果显示：第1组混凝土强度推定值为39.0 MPa，第2组混凝土强度推定值为41.9 MPa，远超当年设计要求的25.0 MPa。

（2）裂缝检测：通过对渠道混凝土裂缝的分布形式及走向的调查和检测，内部裂缝宽度为0.2～0.6 mm，外部裂缝宽度为0.1～0.2 mm，经过超声波检测，在19#-16～19#-17一段渠道顶板的两条混凝土裂缝有断续贯穿的现象。

第三、根据检测结果和渠道内部的实际情况分析判断，沉降段渠道的主体结构基本完好，处于安全可控状态，可以进行加固和修复。具体技术措施如下：

（1）采用压密注浆对渠道地基加固；

（2）渗漏点和裂缝采用水溶性聚氨酯注浆加聚合物水泥防水涂料进行修复；

（3）错位较严重的沉降缝进行找平和加固修复；

（4）渠道顶部的裂缝从外部大开挖并浇筑钢筋混凝土加固，增强渠道运行后的安全性。

3.2 应急加固和修复措施的实施

3.2.1 地基加固

在渠道上方的堆土卸载完成之后，对错位沉降严重的7条沉降缝均采取压密注浆地基加固。

对沉降缝的压密注浆，先从渠道内部底板处钻孔，设置注浆孔，在每条沉降缝两侧各布置5排注浆孔，共计10排，注浆孔每排的横向间距为0.8 m或1.6 m，纵向间距为1 m，共计90孔。如果渠道底部有裂缝，在每条裂缝两侧各布置1排注浆孔，共计2排，注浆孔每排的横向间距为1.6 m，纵向间距为1 m，共计18孔。其平面布置如图4所示。

图4 沉降缝压密注浆平面布置图（单位：mm）

压密注浆采用水泥浆、水玻璃浆双液注浆。根据现场试验，浆液配比为水∶水泥∶水玻璃=1∶0.28∶0.033，水泥采用普通硅酸盐42.5，注浆压力不大于0.2 MPa，注浆深度加深至4.5 m～5.0 m，经过底部压密注浆之后，沉降段渠道整体向上有所抬升，底部出现一定的空隙。为了确保渠道稳定，继续采用水泥浆进行填充，注浆采用水泥浆、水玻璃浆双液注浆，浆液配比为水∶水泥∶水玻璃=1∶2∶0.04；注浆压力不大于0.3 MPa。注浆结束后，采用聚合物水泥防水涂料嵌平后双快水泥封堵和修补注浆孔，并涂刷水泥基渗透结晶型防水材料。

在地基加固完成之后，渠道本体向上抬升了33 mm～156 mm。

3.2.2 内壁渗漏点和裂缝修复

3.2.2.1 较小渗漏点和裂缝修复

裂缝宽度小于0.3 mm，采用聚合物水泥涂料进行表面封闭，涂料厚度控制在1.2～2.0 mm。

3.2.2.2 较大渗漏点和裂缝修复

裂缝宽度大于或等于0.3 mm，无论是否有渗水的现象，采用水溶性聚氨酯和水泥基渗透结晶型防水涂料进行修复，施工流程如下：

第一步：在裂缝处用砂轮片切割或人工开槽，槽口宽度控制在5～7 cm；

第二步：槽内埋入导浆麻丝并用双快水泥进行封堵，在封堵时，每间隔30 cm左右埋入注浆压力管；

第三步：用压浆机在0.2～0.3 MPa压力，分次用水溶性聚氨酯压浆，直到相临的注浆管冒液为止；

第四步：用双快水泥封堵注浆口，固化后封孔；

第五步：用聚合物水泥防水涂料均匀涂刷，厚度1.2～2.0 mm；

第六步：采用水泥基渗透结晶型防水材料与水进行一定比例的调和后，用硬毛刷以圆周方式涂刷在渗漏点和渗漏缝表面，至少覆盖修复部位外侧20 cm，3 h后，再次涂刷一遍，然后湿养护48 h。

3.2.3 错位较大沉降缝的找平和加固修复

错位沉降量超过120 mm的沉降缝，要进行找平施工。先植入HRB335φ12的钢筋，植筋深度一般为16～18 cm左右，确保新植入钢筋与老钢筋之间有可靠的连接，支模后用C30细石混凝土浇筑找平，混凝土浇筑前应对渠道表面进行凿毛清洗，并涂界面剂，参见图5所示。

图5 沉降缝找平示意图（单位：mm）

在新浇混凝土养护并达到设计强度之后，再按照沉降缝柔性修复方法进行施工，工艺如下：

第一步：清除原沉降缝内的杂物和填缝材料，并将缝清洗干净，不伤及原橡胶止水带。

第二步：沉降缝（无论是否渗漏）用双快水泥进行封堵，并埋入注浆压力管。

第三步：注入水溶性聚氨酯止水剂压浆，压力控制在0.3 MPa～0.5 MPa之间，直到相邻的注浆管冒浆，再用双快水泥封堵注浆口、胶头。

第四步：采用填缝材料嵌缝，并用双组份聚硫密封胶封口。

第五步：以沉降缝为中心，两边各200 mm的范围内涂抹界面剂，并根据温度养护6～12 h。

第六步：养护好底层涂料后，采用聚合物防水涂料二度，厚1.0～1.2 mm。

第七步：安装"Ω"橡胶止水带（渠道每单孔必须全封闭），止水带下层铺涂聚硫密封胶，上面用60×8不锈钢压板压紧，每隔200 mm距离固定一个M10×80不锈钢膨胀螺栓，橡胶止水带两边用防水嵌缝材嵌平，安装完毕后，用防水防腐涂料对压铁板和螺栓刷二度，参见图6所示。

图6 沉降缝修复柔性方法示意图（单位：mm）

3.2.4 渠道顶板外加固方案

根据检测报告，对存在断续贯穿裂缝的19#-16～19#-17渠道顶板区域采取了外部浇筑钢筋混凝土保护层的技术措施，以增强渠道运行的安全性。

在渠道顶部的地面开挖前，首先在渠道外侧设置钢板桩进行围护。然后，用清水冲洗渠道的顶部并凿毛，植入HRB335φ10的钢筋，植筋用的粘胶剂应采用A级胶，植筋深度不小于15d,一般控制在16～18 cm左右，新植入钢筋与新浇筑混凝土层钢筋之间应有可靠连接，连接长度不小于500 mm，顶板上的钢筋网采用HRB335φ12。最后，浇筑厚100 mm的C30细石混凝土，抗渗等级S6,保护层厚度20 mm，宽度与渠道相同，并用麻袋覆盖，定时浇水养护，剖面图参见图7所示。

图7 渠道顶板外加固剖面图（单位：mm）

3.3 应急抢修措施的效果

沉降段渠道在采取了多种应急加固和修复措施后，在近一个多月的时间内，累计抬升53 mm～256 mm，错位较大的沉降缝以及内壁渗漏点、裂缝得到了修复，渠道安全运行能力有所提高且基本趋于稳定，在切换成青草沙原水通水运行之后，未发现有渗漏现象和其他异常现象，至今已安全运行逾2 a，修复后的效果参见图8所示。

图8 错位最大的沉降缝找平（上）和渠道顶板外加固（下）实景

4 结语

黄浦江上游一期钢筋混凝土输水渠道已投产运行了二十多年，渠道的本体结构较为完好且状态稳定，但常因周边环境和沿线地面荷载的改变，导致较大错位沉降时有发生，运行状况也日趋恶化。因此，进行全面的检查和加固修复是十分必要的。这也是延长输水渠道的使用寿命、优化其运行状况的必要措施。

2011年2月，在浦东某水产市场内发现一段200 m长的输水渠道沉降缝严重错位，给原水的安全运行带来了严重影响，随后通过违规堆土卸载、混凝土结构检测、底部压密注浆加固、错位较大沉降缝找平和修复、内壁渗漏点和裂缝修复，以及渠道外部加固等一系列应急抢修措施，确保了渠道能够按时通水运行，满足了其切换成青草沙原水系统的运行要求，取得了较好的社会和经济效益，为今后原水输水渠道应急抢修提供了可以借鉴的经验。

原水渠道是上海的生命线，一方面要加强日常巡检，对渠道上的违章行为必须按照有关法规予以制止和处置，另一方面要加强对渠道沿线单位和个人的宣传，提高保护原水渠道安全的意识，只有这样才能减少违规堆载对渠道的不利影响，从根本上确保渠道的安全运行。

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