霍村渡槽槽壁及伸缩缝漏水原因分析及处理措施

王增国

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原030024）

1 工程概况

霍村渡槽位于后湾灌区北干渠段，承担着向夏店水库、下峪水库及襄矿集团等企业的供水任务，始建于1964年。设计流量3 m3/s，加大流量3.5 m3/s，渡槽全长168 m，建筑物最大临空高度15 m，为14 跨12 m钢筋混凝土灌注桩连续梁渡槽结构，槽箱两侧为12 cm厚钢筋混凝土直立预制边墙，中部为单块1.5 m 长、1 m 宽、8 cm 厚预制钢筋混凝土底板搭接的方式形成封闭输水槽体，槽身内部边墙净高1.6 m，净宽1.5 m，槽身两边墙之间顶部每隔2 m 预埋1 道-50X5 扁钢焊接进行联接。初建时槽身之间伸缩缝宽2 cm，伸缩缝通体临水侧采用沥青砂浆和背水侧沥青木板填充，中部采用氯丁橡胶止水带止水，并充填胶泥麻丝和聚氨酯，在混凝土槽壁开凹槽通过螺栓压紧钢条，使钢条紧压橡胶止水带与混凝土紧密结合；底部预制混凝土板之间缝隙采用灰浆填缝。水库平均每隔15 天放水一次，每次放水时间8～10 天左右。

经过多年运行，渡槽槽身及伸缩缝开始出现不同程度的渗漏，对下部造成的损害与威胁越来越大。管理单位也采取了多次临时维修措施，目前在槽体底部混凝土预制板上铺设2cm 厚C15 素混凝土垫层，垫层上部及边墙均粘结覆盖一层丙纶布的通体防渗形式。经过2年多的过水运行，槽体内由于大部分丙纶布撕裂和素混凝土覆盖层冻融破坏的相互作用，丙纶布在槽内多处折揉成团状形成阻水体，也间接地使水体内杂质在槽体内堆积，严重影响了渡槽的过水能力。经过现场多次实地测量，霍村渡槽共有21 处伸缩缝渗漏，3 处槽壁漏水，其中15 处为喷射状渗漏，6 处为滴水渗漏，3 处为缓慢渗漏。

由于渡槽伸缩缝内止水材料基本丧失功能，导致伸缩缝漏水问题非常严重，输水时要安排专人看守，过水时渡槽底部交通道路由于漏水高处坠落冲刷导致基本全部中断。整个渡槽段最大漏水量0.03～0.04 m3/s，每年总计漏水量15 万m3左右，既造成了周边道路交通阻塞和路面损坏，严重影响了周边群众的生产生活；又造成水资源的浪费。

2 渗漏原因分析

从漏水现场检查和拆除的渡槽伸缩缝止水材料来看，漏水的主要原因是止水橡胶通体破裂，破裂程度最长70 cm，最短的有2 cm，沥青木板和聚氨酯剩余不到50%；槽底部搭接混凝土预制板之间的止水材料基本全部碳化掉块，丙纶布破坏后揉成团状反而造成了水中的杂物堆积，更损害了素混凝土铺盖和槽壁混凝土。综合分析，造成渡槽伸缩缝漏水的原因主要有以下几点:

1）由于外部沥青木板的风化掉落，渡槽伸缩缝内的止水橡胶和聚氨酯外露于空气中，风化和冻融破坏加快了橡皮老化速度，缩短了橡皮使用寿命，造成短周期内止水橡皮皴裂严重，致使漏水现象愈加严重。同时内部聚氨酯等填充物使用年限太久，受气候和水温变化的影响，导致充填物老化掉落，难以有效起到止水效果。

2）受槽体内水流的长期冲刷及停水期间人畜的非正常破坏，丙纶布及粘结材料多处逐渐破坏解体，保护作用消失；同时热胀冷缩效应导致原混凝土预制底板上的素混凝土铺盖多处蠕变，多处被水冲走，槽壁混凝土多处碳化、水蚀掉块、蜂窝麻面和空穴严重，个别地方钢筋外露。

3）由于渡槽排架的不均匀沉陷导致槽身侧墙与底板之间的伸缩缝基本全部错位变形，叠加温度应力作用，使缝内的橡胶带与边壁之间缝隙加大，缝宽达3～4cm，造成橡胶止水带拉断，缝内填塞材料脱落，形成大小不一的漏水通道且愈加扩大化，水资源浪费极大。

3 渡槽伸缩缝修补加固方案

根据最低保证安全不漏水5 个年度的要求，对渡槽槽壁及伸缩缝修补加固。渡槽的输水能力按3.5 m3/s考虑，在不扩大渡槽断面的情况下采取减小槽身糙率方式，提高其过流能力。针对渡槽槽身内壁普遍存在的混凝土剥蚀或局部冻蚀破坏现象，在对槽身混凝土进行表面防糙防护之前，需对槽身进行清理表面后修补，处理内容包括裂缝处理、钢筋锈蚀除锈、局部剥蚀部位的回填修复等。

参考已实施完成的禹门口灌区等大型渡槽渡槽病害处理经验，结合目前的新材料、新工艺，霍村渡槽主要采用临水侧用聚合物纤维水泥砂浆修补裂缝的办法，恢复渡槽工程安全使用年限在5年以上。聚合物纤维水泥砂浆是通过向水泥砂浆掺加聚合物乳胶改性及纤维材料而制成的一类有机无机复合材料，伴随着水泥水化形成水化产物刚性空间结构的同时，由于水化和水分散失使得胶乳脱水，胶粒凝聚堆积并借助毛细管力成膜，填充结晶相之间的空隙，形成聚合物相空间网状结构。聚合物相的引入提高了水泥石的粘结性、密实性，又降低了水泥石的脆性。其28 天龄期抗压强度≥30 MPa，抗折强度≥6 MPa，与老混凝土的粘接强度≥2 MPa，抗冻等级F150，与普通水泥砂浆相比，聚合物水泥砂浆的弹模低、抗拉强度高、极限拉伸率高、与老混凝土的粘接强度高，因此聚合物水泥砂浆适用于水工混凝土结构的薄层表面修补。

聚合物水泥砂浆的材料配比（重量比）采用以下值，淀粉醚乳液：425#水泥∶石英砂∶水∶聚氧化乙烯∶聚丙烯纤维=7∶30∶45∶9∶8∶6，施工环境温度应在5℃以上；抹聚合物水泥砂浆前应先涂刷一层聚合物水泥净浆，且涂刷均匀后立刻摊铺聚合物水泥砂浆，摊铺后应立即压抹，并一次抹平，不得反复压抹；一次施工面积不宜过大，应分条分块错开施工。各条块施工错开时间不小于24 h。分层施工时，留缝位置上下层应错开。厚度大于20 mm 时应分层施工。分层施工时，应在下层干燥不粘手时再进行上一层施工。上层施工前应在下层表面涂一层净浆。待抹面干至不粘手时即可进行养护，喷雾或用湿麻袋进行养护7 天，再自然养护21 天后方可使用。在阳光直射或风口部位，应注意遮阳、保温。

在聚合物水泥砂浆修复前，要在处理好的基层表面涂刷界面剂，界面剂可选聚合物水泥净浆或水溶性环氧类粘结剂等。涂刷界面剂应薄而均匀，界面剂涂刷对基面的要求及涂刷后至修补材料覆盖的时间间隔不小于24 h，界面剂的配比采用以下值，界面剂∶水泥∶沙子=1∶0.2∶0.3。

由于受槽体内部结构尺寸和上部焊接联接扁钢的限制，只能全程采用人工清理、收集和搬运或者吊运的办法进行渡槽伸缩缝维修施工。首先人工拆除渡槽底板及两边墙立面残留的废旧丙纶布，并切除渡槽伸缩缝内原有的橡胶止水带、聚氨酯，采用手持电动小砂轮打磨槽壁边缘的钢制压条和紧固螺栓等。同时对渡槽内堆积的残留物进行收集、人工清运出渡槽后运至垃圾场掩埋。

3.1 槽底混凝土表面裂缝处理

对渡槽底部冻融破坏的素混凝土层采用人工钢钎凿开裂缝的办法进行凿除，并用手持电动小砂轮对基面进行打磨处理，然后进行基面清理、吹扫、用水冲洗，干燥后涂刷界面剂，使凿除冻融破坏混凝土后的底板平整度允许偏差不大于2 mm，深度不小于2 cm。同时在凿除素混凝土破碎体后准备重新恢复防渗体的底板部位铺设1#钢丝网，钢丝网铺设完毕后采用纤维砂浆作为渡槽底板覆盖层进行恢复，人工抹平聚合物纤维水泥砂浆后的平整度允许偏差小于2 mm。

3.2 槽壁混凝土表面裂缝处理

由于槽壁混凝土表面裂缝破坏层深浅不一，个别部位混凝土脱落掉块露出钢筋，将有孔洞、蜂窝、裂缝附近的混凝土用钢钎人工凿毛，用钢丝刷将松动砾石和石粉洗刷干净，穿戴防尘服利用手持电动小砂轮打磨比较容易磨掉槽壁冻融破坏的混凝土层，打磨处理裂缝表面到平整度小于2 mm 后停止，然后除去表面的油污、附着物和灰尘等，进行基面清理、用清水冲洗，干燥后涂刷界面剂，使处理完成后的基面满足聚合物水泥砂浆对基面的要求。有孔洞部位凿开后焊接补强钢筋，随后采用聚合物水泥砂浆填充。

对原有的渡槽伸缩缝两侧止水橡胶带钢条压板和紧固螺栓，尽可能采用人工凿除和电动小砂轮进行切割；不容易进行切割或切割过程困难的，要采用除锈剂或者砂纸、砂轮打磨光滑，必要时可以采用乙炔气加烧处理附着杂物的办法。

3.3 渡槽伸缩缝止水结构的修复处理

渡槽伸缩缝止水结构处由于下部支撑排架的变形影响，伸缩缝基本都达到了3 cm 左右的整体通缝，除采用压紧钢条和紧固螺栓在两侧边缘压紧橡胶止水带以外，缝内除氯丁橡胶止水带外，还填充有胶泥麻丝和聚氨酯，以前改造时缝内临水侧采用沥青砂浆填平，背水侧采用2 cm 厚水泥砂浆抹平。在结构扭曲变形时，背水侧的水泥砂浆是刚性材料，易被挤碎破坏，迎水侧伸缩缝表层沥青砂浆由于热胀冷缩和伸缩缝位移过大均出现了大面积的破裂。背水侧水泥砂浆破坏和内部胶泥麻丝脱落致使聚氨酯老化掉落，缝内橡胶止水带亦达到使用年限而多处断裂，导致渡槽伸缩缝处多处形成内外贯通小通道从而在渡槽过水时不间断漏水。本次对渡槽的全部伸缩缝进行处理，以保证处理后的渡槽伸缩缝全部达到止水效果，伸缩缝止水修复方案见图1。

图1 渡槽伸缩缝止水改造大样图

具体施工工艺如下:

1）将伸缩缝处槽内的胶泥麻丝、聚氨酯及氯丁橡胶清理干净，施工前采用手持电动角向磨光机将止水槽扩为矩形槽。同时采用电动砂轮将渡槽伸缩缝内两侧混凝土面打磨光滑，打磨时注意采用水冷和废水回收措施。再用干毛刷或用手持吹风机吹除碎屑、粉尘和灰尘，用燃气喷灯烘干，再用干毛刷或高压风吹净灰末，保证表面干燥、平整，以防止粘结不良，随后涂刷界面剂。

2）在渡槽伸缩缝外侧槽壁和底板整体架设1 道自固支撑模板并与周边紧固完全，然后沿着模板在缝内填塞双组份聚硫密封膏和沥青麻丝，聚硫密封膏厚度3 cm，沥青麻丝必须填堵塞密实。

3）在伸缩缝内侧预留槽内底部采用环氧树脂粘帖U 型橡胶止水带，在止水带外侧用聚合物纤维水泥砂浆坐浆挂1#钢丝网，再在预留槽内填充聚合物纤维水泥砂浆至表层齐平，填充时每层不宜太厚，厚度不小于2 cm。砂浆中部预留3 cm 宽用以填充双组份聚硫密封膏。7 天后用钢丝刷刷毛，随后在伸缩缝外部涂抹一层手刮聚脲，平均厚度不小于4 mm，宽度不小于1 m。

4）1#钢丝网宽度为170 mm、纤维砂浆平均厚度应大于4 cm（中间厚、两侧薄），最小厚度不小于2 cm，伸缩缝处聚合物纤维水泥砂浆宽度不小于500 mm。

4 施工后管护措施

为延长修复后的渡槽槽壁及伸缩缝止水材料的使用寿命，保障渡槽安全运行，渡槽日常管理中要从以下几个方面重点防护:

1）加强对渡槽日常的巡检管护力度，避免人为破坏渡槽伸缩缝现象的发生，保证渡槽伸缩缝不遭受无谓的物理损坏。主要在日常供水停水期间将渡槽内沉积的杂草、杂物清理干净，尤其是在秋、冬季务必将槽体内及其两端外100 m 内的杂草和可燃物彻底清理，避免闲杂人员将杂草和可燃物点燃引发火患，造成伸缩缝止水材料烧毁或部分缺失损坏。同时做好日常停水期间的巡护、检查工作。

2）在冬季每次放水间歇期，必须将渡槽内的积水清理干净，避免因积水结冰，造成渡槽伸缩缝内积水成冰膨胀而损坏止水橡皮，缩短其使用寿命。

3）对发现再次漏水的伸缩缝，应尽早进行处理，避免累计造成一次性处理费用太高，同时避免以外事情发生。

4）在日常检查养护过程中，发现止水橡胶表面聚合物水泥砂浆有脱落的现象，应及时进行修补，避免造成止水橡胶长时间受太阳光和紫外线照射造成皴裂和老化，缩短其使用年限。

5 结语

霍村渡槽经过全面的修复改造后，通过2012—2018年间65 次共计652 天放水过程漏水情况观察，上述修复办法出色杜绝了渡槽伸缩缝渗漏问题。对提高后湾水库水资源利用率意义重大，同时消除了因渡槽伸缩缝漏水给当地村民生产生活带来的不利影响，减轻了渡槽的安全隐患。因此，霍村渡槽槽壁及伸缩缝漏水处理技术方案选用材料合理，施工质量优良，克服了因排架变形、水流冲刷和温度变化造成的渡槽槽壁及伸缩缝渗漏隐患，达到了防治渗漏的目的，效果令人满意。