坝下涵管柔性内衬加固技术及应用

龚羊庆 傅琼华 王亚新

(1.江西省水利科学研究院，江西 南昌 330029；2.深圳市巍特环境科技股份有限公司，广东 深圳 518000)

小型水库是中国农田水利基础设施的重要组成部分，在灌溉、供水和改善生态环境等方面发挥着重要作用。这些水库大部分兴建于1970年以前，受当时社会经济发展水平和施工技术水平限制，大部分水库的坝下涵管存在不同程度的病险隐患。

坝下涵管除险加固是小型病险水库除险加固工作中的一项重要内容。老涵管一般管径小，较难满足人员和机械进入管内施工的条件，不宜采用管内挂钢丝网喷水泥砂浆、钢管内衬等刚性内衬处理。传统加固方法主要为原址挖除重建钢筋混凝土涵管，该方法可彻底消除原坝下涵管的病险隐患，但坝体开挖回填工程量大、施工工期较长、工程造价高，同时扰动已固结数十年的坝体，在较短的施工工期下，较难保证坝体土回填质量，易形成新的安全隐患。对于解决原坝下涵管破损严重，结构强度整体不足等问题，该方法较为适宜，但对于解决坝下涵管表层混凝土剥蚀老化、裂缝和渗漏等非整体结构强度不足的问题，其经济性价比极低。

本文提出采用管道柔性内衬加固技术，解决小型水库坝下涵管表层混凝土剥蚀老化和裂缝渗漏等非结构强度不足问题。该技术成功应用于小型水库除险加固建设中，取得了显著成效。

1 涵管柔性内衬技术

1.1 技术原理

管道柔性内衬技术(Flexible Pipe Lining，FPL)将FPL结构单元(由特殊的聚氯乙烯土工膜和带有T形条状凸起物的片材加工而成的管状内衬结构)安装于管道内，两者预留空隙通过灌注高强度胶浆使内衬结构紧密牢固于管道内壁，形成一个新的管道结构体共同抵抗外荷载。该技术具有无须扰动坝体土、无损修复管道、施工工期短、投资少，且不受管道形状影响等优势，而且内衬结构具有良好的防渗性、抗化学腐蚀性、抗断裂性、适应变形性、耐久性。

1.2 技术方案

1.2.1 结构设计

管道柔性内衬系统主要包括土工膜、内衬结构的制作与安装、施工灌浆三部分，其中后两者为制作和施工，其结构模型见图1。

图1 管道柔性内衬模型

土工膜是以聚氯乙烯高分子树脂为原料，配合其他辅助材料经挤压制造成型的热塑性复合土工膜卷材，其结构性能良好，主要优点有以下几方面：

a.具有良好的防渗性能，可有效解决涵管管壁渗漏问题。

b.具有良好的耐酸碱等化学腐蚀性，能适应库水环境。

c.具有良好的柔韧性、抗拉强度、抗撕裂强度，可适应涵管结构的二次变形。即使出现新的少量变形，土工膜也不会被拉裂。

根据管道形状和净空尺寸，将土工膜卷材经热熔焊接制作成内衬结构。土工膜卷材一面为平面，另一面带有T形或钻石形凸键，利用凸键嵌入高强度胶浆内，使土工膜紧密贴合于原管道内表层，与原管道胶结成为一个整体，共同抵抗外荷载。

灌浆材料为水泥基产品，胶浆具有良好的流动性、泌水率，终凝后抗压强度高，既能补强涵管管壁质量缺陷，又能填充原有涵管裂缝。

1.2.2 施工要点

1.2.2.1 施工流程

涵管柔性内衬系统施工流程为：涵管检测—→施工准备—→涵管清理—→内衬单元制作—→内衬单元安装—→灌浆施工—→质量检查。

1.2.2.2 施工工序

a.涵管检测。施工前，对拟加固涵管进行检测，了解其外观质量缺陷、结构强度和外形尺寸等，判别加固方案的可行性。检测方式包括外观检查、质量检测和尺寸测量等，其中外观检查为人工观察，辅以照相机、摄像机等对涵管进出口、管身内部外观质量情况进行检查；质量检测采用回弹法、取芯试验等方法对涵管材料和结构强度等进行检测。

b.施工准备。当判别加固方案可行后，应做好施工前准备工作，包括制定设计方案、购置原材料、调配施工机械、布置施工场地、安置施工用水用电设施设备等。

制定设计方案时，应结合工程实际，充分考虑土工膜的防渗性能、抗拉强度、耐腐蚀性、柔韧性，以及胶浆的胶凝时间、流动性、泌水率、抗压强度、自由膨胀率等技术性能指标。

c.涵管清理。采用人工或机械方法对管道内泥沙、杂物等淤积物和管壁附着物进行清理，同时清除表层剥蚀结构，并用高压水清洗，以增强管壁与内衬结构的胶结强度。

d.内衬单元的制作。根据量测的涵管净空尺寸和长度，将土工膜裁剪、熔接制作成与涵管大小形状相当的内衬单元。

e.内衬单元的安装。用牵引机将内衬单元拉入管内，在内衬单元与管壁之间安装灌浆管、排气管和观察管等配件。在管端进出口处，用锚固板及螺栓将内衬单元固定在管壁上，再将内衬单元两端密封。然后往内衬单元内注水或充气，将内衬单元支撑成原管道形状。

f.灌浆施工。灌浆是确保内衬结构与管壁黏结牢固的关键工序。灌浆时，从灌浆嘴中匀速注入配置好的浆料，利用灌浆压力以及灌浆料的流动性，使浆料填充内衬单元与管壁间的预留空隙，从而使其黏结形成一个整体。一般情况下，可从一端注入灌浆料，当另一端的闭浆孔返出浆料后，并保持在一定时期内灌浆压力不变化时视为灌满，然后进行闭浆。

g.质量检查。灌浆料达到设计胶结强度后，排出内衬膜内充水或气，拆除管口封密管件，重新封闭锚固管口。人工直接进入管内，或送入摄像设备进入管道内通过摄像录影进行检查。质量检查内容主要包括内衬结构的外观平整度、内衬结构与管壁空隙浆料填充程度以及管口密封锚固情况等。

1.2.2.3 技术要求与施工参数

涵管柔性内衬技术最重要的工序为防渗膜内衬单元的制作、安装及灌浆，其制作与施工的好坏直接影响工程质量。

a.制作技术要求。制作内衬结构单元时应确定土工膜的搭接方式、搭接强度、预留灌浆空隙等。土工膜搭接采用层叠方式通过热熔焊接，其技术要求可参照相关复合土工膜技术标准执行；搭接部位的抗拉强度应不低于防渗膜自身抗拉强度的80%；内衬单元与原涵管之间预留灌浆空隙3～5cm。

b.安装技术要求。灌浆管沿管道内壁均匀布置，锚固于管内壁，预留出浆孔，灌浆管直径3～5cm，管间距离20～30cm，其中管道内壁顶部应布置一根灌浆管。

内衬单元拉入管道内应平铺顺直，不得卷缩。内衬单元充水(气)压力应大于设计灌浆压力0.1～0.2MPa，以确保在灌浆压力下内衬单元饱满。管道两端进出口处，用锚固板、螺栓、橡胶止水密封材料将内衬单元固定，并做防腐处理，确保锚固牢固、不漏浆。

c.灌浆施工参数。按照设计配合比配浆，匀速加入制浆机，边加料边搅拌，加料完成后继续搅拌5～10min，浆料即可使用。灌浆过程中浆料仍应保持搅拌状态。设计灌浆压力根据工程实际情况确定，一般为涵管最大外水压力的1.5～2.0倍，且不低于0.15MPa。闭浆孔返浆后灌浆压力不变化维持5～10min时视为灌满，再维持灌浆约30min即可闭浆。

2 工程实例

为了更好地检验管道柔性内衬加固技术的实施效果，项目组选取了两座水库进行实例验证。江西省贵溪市洪家湾水库是重点小(1)型水库，坝下涵管为混凝土圆形结构，内径0.6m，管长110m；江西省万载县田心水库为小(2)型水库，坝下涵管为城门洞形混凝土结构，净空为宽0.6m，高0.8m，管长101m。两座水库原涵管均存在管壁混凝土蜂窝麻面严重，局部裂缝、渗漏等问题。在除险加固过程中，原设计方案为拆除重建涵管，但由于资金不足未实施，后经多方研究决定，将涵管加固方案变更为采用SCL W35252锚固型防腐防渗膜对涵管进行内衬加固处理，加固设计方案见图2和图3。施工工期约2周，与传统的拆除重建钢筋混凝土涵管相比，节约工程投资约60%，缩短工期6～8周。上述两座水库涵管加固工程均顺利通过了当地水行政主管部门组织的竣工验收，且多年运行情况表明，涵管运行状况良好，加固效益显著。

图2 城门洞形内衬设计方案 (单位：mm)

图3 圆形结构内衬设计方案

3 结 语

a.管道柔性内衬系统通过灌注高强度浆料，将内衬结构与原管道内壁紧密胶结连成一体，共同抵抗外荷载。该系统具有良好的防渗性、抗腐蚀性、耐久性、抗断裂性，能适应较小变形，内衬系统牢固、安全、稳定。

b.工程实践表明，管道柔性内衬技术可较好地处理坝下涵管表层混凝土剥蚀老化、裂缝和渗漏等非结构性质量缺陷。该技术加固效果良好、经济效益显著，值得在小型水库坝下涵管除险加固工程中推广应用。