大口径排水箱涵常见损伤及修复技术浅谈

2018-08-18徐春蕾

城市道桥与防洪 2018年8期

徐春蕾

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

0 引言

上海市大口径排水箱涵的使用年限普遍已达15～30 a，已进入或接近设计年限中期。在多种因素综合作用下，箱涵内部逐步出现了顶板混凝土腐蚀剥落，钢筋锈断、脱落等严重结构性缺陷，承载力大大削弱，严重处甚至多处出现顶板受腐蚀后不堪重负、坍塌，污水外冒的情况。此外，箱涵附近的施工活动、上部超载等外部因素也严重影响大口径排水箱涵的运营安全。

以建设在上世纪七十年代的南干线为例，经若干箱涵断面的抽检，发现了箱涵顶板普遍存在不同程度的腐蚀，部分区域顶板下层钢筋出现了锈断、脱落的现象，承载力严重削弱，安全隐患问题突出，迫切需要进行修复[1]。

除了顶板腐蚀外，大口径排水箱涵常见的损坏类型有：构件表面裂缝、顶板局部破损、变形缝处渗漏等。其修复应根据各种不同的损伤类型、受损程度及区域大小等因素，制定相对应的修复方案，并经设计、施工及运营等各方的充分地研究、论证后，方可进入实际修复施工。

1 损伤类型划分

大口径排水箱涵的结构性损坏，可按损伤类型划分为箱涵表面裂缝、顶板局部破损、钢筋混凝土腐蚀及变形缝渗漏四类。对于老旧排水箱涵最为常见的钢筋混凝土腐蚀，又可按受损部位及腐蚀程度划分为：顶板保护层腐蚀、顶板钢筋腐蚀及侧壁钢筋腐蚀等。排水箱涵变形缝的渗漏可按受损原因分为变形缝错位及止水带破损。

1.1 箱涵表面裂缝

排水箱涵表面裂缝主要指由于外部因素，如箱涵顶部的施工、堆载等，造成箱涵表面（主要为顶板）的裂缝的一种损伤。其特征为箱涵构件（主要为顶板）的承载能力完好。从设计角度来讲，即构件的受力状态尚在承载能力极限状态以内，结构的强度未减弱，仅局部范围超出了正常使用极限状态而发生了超过规范允许的裂缝。

1.2 顶板局部破损

大口径排水箱涵顶板局部破损主要指由于外部因素，如箱涵顶部的施工或箱涵本身施工缺陷，造成箱涵结构（主要为顶板）局部破损而发生雨污水外溢的一种损伤。其特征为箱涵的整体结构性能完好，仅小范围的局部结构破坏，因此仅需局部的结构修复即可。

1.3 顶板（侧壁）保护层腐蚀

对于建成年代较近、透气井运作良好或压力输水箱涵，一般来说混凝土腐蚀较轻，仅发生保护层部分的腐蚀，粗骨料外露，其内部钢筋完好。

对于此类腐蚀较轻的情况，根据具体的腐蚀深度，在混凝土表面进行基面处理后，采用防腐砂浆喷涂抹面或涂刷防腐涂料即可。

1.4 顶板（侧壁）钢筋锈蚀

对于建成年代较远、透气井运作不良且为非满管流的箱涵，顶板及侧壁水位线以上部位腐蚀较为严重，经常出现混凝土保护层腐蚀殆尽、下层钢筋锈断的情况。此时，从设计角度讲，箱涵已无法承担跨中部分弯矩，该部分结构承载力丧失。而实际上，箱涵并未出现大范围的破坏、垮塌等情况，一方面箱涵结构以外的土拱效应或道路的钢筋混凝土结构层很好的承担或分散了部分荷载。另一方面，箱涵顶板跨中部分形成了塑性铰，原封闭框架结构转化为悬臂结构，箱涵顶板上层钢筋受力大幅增加，且箱涵侧壁的内力也大幅增加，使箱涵处于及其危险的状态。

对于此类腐蚀较严重的情况，必须对箱涵顶板进行结构补强，使其恢复原设计工况下的受力状态，保证箱涵整体受力的稳定性。

1.5 变形缝渗漏

大口径排水箱涵在实际运行过程中，经常发生变形缝处污水溢出的情况。分析其原因，主要由以下因素造成：

（1）变形缝橡胶止水带自身的老化、断裂；

（2）由于箱涵顶部的超载（尤其是箱涵纵向变形缝两侧的不均匀堆土），造成变形缝处顶底板变形缝拉开、拉裂；

（3）由于变形缝橡胶止水带自身的老化、断裂引起的局部渗漏，造成基底土的软化、扰动，从而进一步加大变形缝处的变形，加剧止水带的损坏。根据以上不同的变形缝渗漏原因及程度，可将变形缝的渗漏分为：止水带破损及变形缝错位两大类。对于仅发生止水带破损的情况，一般仅需对破损部分，或整条止水带进行修补即可，无需对箱涵结构及地基进行加固等的措施。而对于变形缝错位引起的渗漏，不但要进行止水带的修补，还需对箱涵变形缝处的接头进行结构加固。同时，应根据地基的情况，进一步论证受否需要进行地基土的加固。

2 修复技术简介

针对排水箱涵不同类型的结构性损伤，其修复技术可分为结构性修复、变形缝修复及外部辅助性措施三大类。

2.1 结构性修复技术

结构性修复是指为修复箱涵某部位具体的损伤，使其恢复原有功能而对其结构本体进行的加固或修复，如混凝土表面的防腐砂浆喷涂、钢筋混凝土加盖及内衬加固技术。

钢筋混凝土加盖修复技术主要应用于排水箱涵顶板腐蚀、破损及严重渗漏时的局部结构性修复。一般以排水箱涵原顶板做为新顶盖的底模板，待新浇钢筋混凝土达到设计强度后作为排水箱涵结构的一部分[2]。该修复技术通过新浇筑钢筋混凝土顶板及部分侧壁的方式，与原箱涵侧壁相连接，形成新的箱涵受力结构体系，对局部腐蚀、破损或渗漏的原箱涵顶板进行不停水修复。

内衬加固技术主要适用于箱涵有停水内修条件时采取的内部结构补强的方式（见图1）。通过对箱涵内衬结构补强加固，对腐蚀严重的老旧箱涵结构提高承载力具有较好的作用。内衬加固技术根据加固范围可分为整体内衬墙加固及局部构件内衬加固。根据加固方式可分为喷射混凝土、压注混凝土。

图1 箱涵内衬加固示意图

2.2 变形缝修复技术

变形缝修复主要针对变形缝错位及止水带破损等情况造成变形缝渗漏水，根据修复方式可分为整体内贴式止水带及局部外贴式止水带两大类。

变形缝处止水带的修复，一般无法对原中置式（预埋式）止水带进行修补，而需要在箱涵内侧或外侧增设外贴式止水带。在施工条件允许时，即排水箱涵有临时停水、放空的条件时，宜在箱涵内部采用整体外贴式止水带的修补，其止水效果较好[3]。

然而，在目前污水量大、大口径排水箱涵间互通性较差的情况下，很难有临时停水的条件。这时，需根据变形缝损坏的具体情况，分析外部局部修复的可行性。

外部局部修复是在排水箱涵无法停水或无法进入箱涵的情况下，在箱涵外侧进行的变形缝修复。鉴于箱涵底板埋深较深、防止底板下地基土的掏挖对箱涵稳定的影响，底板部分变形缝一般无法进行外侧修复，其止水的可靠性较内侧整体式修复较差。因此，如条件允许，应尽量采取内部整体修复的方式，而外部局部修复需要经充分的论证后方可实施。