某水站明渠加固方案浅析

张 平

(杭州富阳永安工程监理有限公司，浙江 杭州 311400)

1 引言

渠道是灌区的重要的组成部分，其输送水效率对灌区水利用具有十分重要的影响[1-2]。我国早期修建了大量的灌区引水设施，受制于当时的经济、科技水平，在长期使用过程中较多的渠道出现了渗水现象，严重影响到灌区的灌溉效果，造成了水资源的严重浪费，限制了当地农业的发展[3-4]。因此，针对这一类型渠道采取防渗加固措施是非常必要的，提高水资源的利用率，可促进当地农业平稳发展，有利于当地社会的稳定。目前，采取的防渗加固方法主要包括拆除重建和面板加固两种措施[5-6]。结合瓯江翻水站渠道加固工程，对灌区渠道加固工程设计进行分析。

2 工程概况

瓯江翻水站为温瑞灌区重要水源工程，目前，翻水站沿线渠系按实测资料计算其断面过水能力为11 m3/s，但是受部分渠系卡口(建筑物型式)、工程建筑物老化和破损、机组水泵老化和汽蚀等问题的影响以及瓯江河床因采砂等人为因素，瓯江翻水站进水口的最低潮位逐步降低，基于上述各种因素，翻水站实际安全运行引水能力较低，不能有效发挥其输水功能。

3 渠道加固方案比选

(1)方案一：渠道面板拆除衬砌加固方案

瓯江翻水站输水线路总长21.394 km，其中明渠10.51 km，本次主要针对存在问题相对较严重的七段明渠进行加固改造，加固改造段总长1.43 km。

1)明渠加固改造典型断面一(一般明渠段)

本次改建拆除现状渠道进行重新衬砌，现浇C30钢筋砼厚度200 mm，下层均铺设10 cm素砼垫层，见图1。

表1 瓯江翻水站输水线路情况表

图1 明渠改造断面图一(一般明渠段)

2)明渠加固改造典型断面二(山体渗水段)

加固措施为：在衬砌混凝土厚度加厚至0.35 m的基础上，增强和完善集水、排水系统，布置集水沟、集水井、排水管，将来水及时外排，降低边坡后侧水位，减少水压力的不利影响，见图2。加固改造长度470 m。

图2 明渠改造断面图二

(2)方案二：渠道面板补强加固方案

保留现状渠道面板，对现状面板、面板脱空、坑洞及破损、衬砌裂缝、施工缝和结构缝等进行防渗处理，地下水位较高段采用设置逆止式排水系统。

1)衬砌混凝土面板脱空处理

衬砌混凝土面板下基础脱空多因沉降或土体随渗水流失，当前整体脱空导致混凝土面板变形完全损坏的情况尚未出现，多为局部脱空、架空、或导致面板倾斜、裂缝、破损等。受加固停水时段持续时间一般不超过10天的限制，原衬砌拆除、回填基础、重置混凝土衬砌的处理不易实施。灌浆回填脱空区域，密实原混凝土衬砌基础相对可行，灌浆处理不破坏原混凝土面板，可根据渠道加固期间歇通水要求灵活安排。处理方法为对确定的混凝土面板脱空区域回填灌浆。梅花形布置灌浆孔孔位，孔间距一般为1.5 m，孔径Ф56以下，孔深根据脱空深度确定。灌浆材料采用普通硅酸盐水泥。纯压式灌注，灌浆压力以能实现对空腔有效填充且不造成原混凝土面板抬动即可，具体灌浆压力现场试验选定。

2)混凝土衬砌坑洞及破损处理

混凝土面坑洞及破损为一般性缺陷，在混凝土面板整体防渗加固处理前重点进行。主要为清理具体的孔洞、破损和回填修复。处理方法为清除、清理破损或受侵蚀的混凝土，规则钎凿、清除老化的混凝土，回填聚合物混凝土(或砂浆)找平结构面。后序处理与面板整体防渗加固一致。

3)混凝土衬砌裂缝处理

混凝土衬砌裂缝、施工缝等可形成渠道渗漏应进行修复及加固。该处理应安排在该段混凝土面板脱空回填灌浆后、整体防渗处理前进行。主要对混凝土裂缝灌浆填充封闭，加固混凝土面板。主要处理方法(图3)为确定裂缝，布置灌浆盒，间距一般控制在20 cm～30 cm(根据裂缝宽度具体确定)，环氧胶泥封闭缝口，压力灌浆填充。根据现有裂缝情况灌浆材料可选用改性环氧灌浆材料。灌浆压力一般控制在0.1 MPa～0.2 MPa。逐缝顺序进行灌注，使浆液充分填充整个缝面。后序处理与面板整体防渗加固一致。

图3 混凝土衬砌裂缝处理

4)混凝土衬砌面板防渗加固

渠道多年运行，明渠的混凝土面板暴露于自然环境中，风霜雨雪，冰冻日晒，再加上水流冲刷，混凝土面板裂缝、碳化、侵蚀不可避免，结果是混凝土各强度指标由外向内逐渐下降，从保护、修复、改善混凝土面板，延长建筑使用寿命和安全运行，针对明渠混凝土面板当前状况须进行防渗加固。加固采用增设混凝土防水层的方式，采用抗渗性能优异的聚合物防水砂浆，在混凝土面板表面形成保护层，提高面板整体抗渗能力。主要处理方法为清理混凝土表面附着物及受侵蚀层，喷涂、抹制混凝土表面防水层，防水层厚度1.0 cm～2.0 cm，见图4。材料采用聚合物水泥砂浆。砂浆防水层分仓按原混凝土面板设置。

图4 衬砌面板防渗加固图

5)混凝土衬砌面板结构缝防渗处理

原混凝土面板结构缝止水因面板沉降出现损坏，无法原位置恢复，改为采用结构缝表面设置柔性止水结构，以适应可能的变形。止水为沿结构缝连续设置，缝内嵌填柔性止水材料，缝面柔性止水盖片并密封锚固。主要处理方法为沿缝切槽，槽内嵌填SR柔性止水材料，缝面覆盖SR止水盖片，盖片宽度一般为33 cm，两侧压条锚固并密封，见图5。

图5 结构缝防渗处理图

(3)方案比选

由于方案一主要采用拆除面板重新加固处理，停水时间久且较不可控，方案二与方案一相比主要优点如下：停水时间可控，计划停水3次，每次停水10天(共约1个月)、投资略省；缺点：渠道面板防渗结构仍较单薄，耐久性相对差，约8年左右；因地质、地形条件复杂，新增排水设施施工难度可能较大。经初步经济技术比选，并征求鹿城、瓯海等相关各意见后，考虑到停水时间对市区河道水质的影响，渠道加固方案推荐采用方案二，即渠道面板补强加固方案。通过维修加固后，渠道过水能力基本能够提高到9 m3/s。

4 典型渠道加高加固设计

4.1 典型渠道加高设计

根据现场踏勘，郭溪明渠郭南段渠道是翻水站干渠的最下游，其南侧为亲水平台，标高为3.45 m，平台后侧农田标高为4.0 m左右，原设计在平台与农田之间新建一条道路，标高5.0 m～5.4 m，兼作挡水建筑物，实际施工时该道路未实施，因此在大流量输水时，渠道水会通过平台漫入农田，造成农田损失，因此本次拟在平台外侧增设道路，道路宽2.0 m，标高按原设计5.0 m～5.4 m，两侧边坡1∶2与平台及农田衔接，5.0 m以下为粘土夯实回填，以上为矿渣回填及路基。总加高长度约523 m。

图6 郭南段明渠加高断面图

4.2 典型渠道加固设计

郭溪明渠郭西段现状为砌石挡墙结构，现状存在的主要问题为温瞿西路以西约200 m范围内渠道两侧挡墙底板间相互联系的地梁局部发生断裂，钢筋裸漏，存在安全隐患，本次考虑对该段进行加固设计，设计考虑采用在现状地梁之间新增加地梁的方式进行加固，每个渠段增加2道地梁，地梁规模为0.4 m(宽)×0.6 m(高)。

5 结论

瓯江翻水站渠道工程在长期使用过程中出现了不同程度的破损，输送水效率低下，不利于当地农业发展。通过方案比选，采用面板加固方案对渠道进行衬砌加固，具有停水时间可控，施工简便等优势，作为渠道防渗加固的推荐方案。针对混凝土面板的脱空现象，建议采用灌浆充填处理；针对混凝土裂缝、空洞等现象，采用凿除回填处理的方式加以改善。