输水暗渠箱涵伸缩缝渗漏分析及治理方案

蔡 侠，刘家凯

(天津市水务规划勘测设计有限公司 天津 300204)

1 引滦入市暗渠工程概况

引滦入市暗渠自尔王庄暗渠泵站至宜兴埠泵站，全长25.6km，下接至水厂的引滦入厂线路，自1983年竣工交付使用后常年输水运行，担负着向天津市自来水厂供水的重任。全线为2孔3.35m×3.35m的有压钢筋混凝土箱涵，设计流量19.1m3/s。箱涵顶覆土厚度1～2m，平均覆土厚度1.25m，工作压力1.0kg/cm2；沿线共穿越公路14条，穿越阎东渠、北京排污河、朗园引河、机场排污河、永定新河、新引河、丰产河、中央排干等二级以上河道10条。

箱涵伸缩缝间距一般为20～25m，转弯处有所减小，最小处为10m，伸缩缝宽30mm，共有伸缩缝2034条。箱涵边墙分别设置2道止水，内置塑料止水带，临水面外贴氯丁橡胶止水板；箱涵中墙伸缩缝内填充沥青木丝板，无中止水带，临水面外贴氯丁橡胶止水板，见图1。

图1 箱涵典型止水布置示意图Fig.1 Schematic diagram of typical water stop arrangement of box culvert

2 渗漏机理

暗渠运行不久后出现了约12km的托地现象，经检查主要是伸缩缝止水失效。

2.1 原设计渗漏原因分析

在最初设计中边墙内部采用了塑料止水带，表面使用外贴的氯丁橡胶止水板。塑料止水带价格较低，其弹缩性较差、外表光滑与混凝土连接相对不密实，且延伸性小，目前在重要的水利工程中使用较少。外贴式氯丁橡胶止水板采用胶黏剂粘贴于混凝土上，胶黏剂只适用于干燥的界面，在水中或潮湿环境中使用其耐久性很低，因而本工程箱涵中出现了大量氯丁橡胶止水板脱落的现象。

从出现的大量的伸缩缝渗漏情况判断，止水失效不完全归结于内墙外贴的氯丁橡胶止水板的失效，还可能存在于止水带周边混凝土振捣不密实、安装不到位、混凝土与塑料止水带间形成渗流通道等问题。

2.2 维修与检测情况

暗渠工程于1996年进行了检修加固，共治理其中的伸缩缝1101条。治理措施为将原氯丁橡胶止水板揭除、清理，在原伸缩缝开槽，对渗水处用快速堵漏剂进行堵漏处理，在槽内镶嵌GB胶条止水材料，在槽表面用聚合物砂浆封闭，然后伸缩缝进行丙凝注浆。在当时起到了一定作用，但经过几年运行后又出现了问题。

根据天津市水利建设工程质量检测中心的检测，发现原设计外贴氯丁橡胶止水板结构已基本破坏，橡胶止水板老化、表面龟裂、破损，轻刮会有黑色橡胶剥落，部分止水板内部积水严重，止水板起鼓呈水包状或施压后呈射流状向外喷水，有些止水板内部已形成贯通的渗水通道。1996年治理过的伸缩缝全部GB胶条脱落，聚合物水泥砂浆剥离、脱落，伸缩缝漏水漏筋。

2.3 维修效果分析

初步分析虽全部GB胶条脱落、聚合物水泥砂浆剥离，但地面没有再次出现大面积托地现象，其原因是其破坏还没有达到危害的程度，伸缩缝进行的丙凝注浆发挥了重要作用。随着进一步发展将极有可能再次发生托地的情况，更大的潜在风险是一旦地基出现掏空会严重危及箱涵结构安全。

从检测发现的处理过的伸缩缝全部出现GB胶条脱落的外观来看，主要是原来的聚合物砂浆和GB胶条与混凝土之间的脱离问题。其原因一是GB胶条膨胀造成聚合物砂浆破裂，二是与本工程运行特点相关。该工程平面布置较为顺直，但其纵断面布置相对起伏较大，19.1m3/s的流量惯性会对箱涵造成很大冲击，使伸缩缝不断处于微小的伸缩形变过程中，该维修方案的刚性连接显然会造成聚合物砂浆与混凝土分离或破坏，进而出现脱落。

3 治理思路

原设计中边墙、底板和顶板是箱涵与外界隔离的混凝土结构，伸缩缝采用封闭式塑料止水带进行全封闭，是伸缩缝主要的隔离和防渗措施。箱涵基本位于地下水位以下，因此各种缺陷因素出现的外在表现形式也不尽相同。混凝土振捣不密实会造成混凝土与塑料止水带间形成渗流通道，一般是以伸缩缝为中心向两侧出现混凝土浸润现象，这在箱涵内部干燥的情况下显现尤为明显，严重时会在附近出现积水，安装不到位则会在附近出现涌水。当箱涵输水时，由于内压作用，在各类情况下外渗并造成环境危害的程度显然不同。

基于本工程运行特点，其一是恢复伸缩缝功能，不能填充刚性材料；其二是止水功能恢复。基于本工程施工特点，堵漏是首先要做到的，为外表干场作业创造必要条件；其次是灌浆处理，灌浆应主要起到尽可能恢复原有止水的功能，通过压力灌浆可填充混凝土与止水带之间的缝隙和部分松散混凝土，相继也会将伸缩缝间的各类填充物包括泥土形成整体式的防渗填充物，尤其在止水带安装不到位的情况下整体式防渗填充物会发挥较大作用，对内外水都会有隔水的效果。

基于对环境的影响，由于工程运行中的内水压力多高于外水压力，外界地下水对引滦水质的危害可以忽略，而内水压力往往会造成托地等危害。因此，在箱涵内的伸缩缝表面选择耐久性和弹性较好的聚硫胶类弹性材料作为嵌缝止水，利用其内压挤密胶体来达到止水的作用。选择此类胶体是利用其施工时的流体特性使其尽可能地与边壁结合紧密，既保持了伸缩缝可变形的功能，弥补了灌浆可能出现的各类情况，又简化了灌浆时的施工难度，达到内外水双向作用且情况不同时的综合治理的设计意图。

参考其他类似工程，在制定方案时在箱涵内表面选择了加固型处理方式，即选用具有一定刚度类型的表面处理方式进行封闭，主要是保护嵌缝止水避免老化，同时弥补可能出现的外压对嵌缝材料的外力挤压破坏这一弱点。

总之，治理的思路是通过灌浆恢复或加强部分内置止水的作用和内侧嵌缝止水保留伸缩缝的变形功能加强止水的作用，减少持续性的水锤压力对原有止水带的不利影响，从而延长止水使用寿命。

根据工程调研和历次方案分析，各工程中对于伸缩缝漏水的处理方案原理大致相同，在保持原有伸缩缝功能的基础上利用各类材料不同性能特点选用不同结构型式，并采用综合处理相结合的方式达到止水和满足变形的需要。

4 治理方案

4.1 边墙、底板及顶板方案

边墙、底板及顶板方案如图2所示。

图2 边墙、底板及顶板方案示意图Fig.2 Schematic diagram of side wall，bottom plate and roof

4.1.1 堵漏剂封堵

对外水起到封闭作用，为进一步施工创造必要条件。根据不同工程条件，该措施随时进行调整。

4.1.2 嵌填密封体

保证伸缩缝功能所采取的具有止水功能的加强措施，对内压较大的情况会起到较好作用。

4.1.3 表面涂刷涂料

对嵌填密封体进一步起到保护和加强作用。

4.1.4 化学灌浆止水处理

填充伸缩缝的空隙，恢复部分内置止水功能，该灌浆可填充细微缝隙，该条件是达到内外止水功能所必需的。

4.2 中墙处理方案

中墙处理方案如图3所示。

图3 中墙处理方案示意图Fig.3 Schematic diagram of middle wall treatment scheme

利用中墙两侧都具有水压的单向受力特点，两侧都布置嵌缝止水结构，即中墙剔槽、填塞聚硫胶体、无需灌浆，以此来达到水压越大、挤密越实、止水效果越好的效果。外表采用表面加固型处理方式，主要是为了保护嵌缝止水材料和避免老化。

5 材料的选择

近年来，随着科技的进步，材料性能大幅提升，在原理基本相同的情况下，材料的选择对伸缩缝治理的成败起着至关重要的作用。

5.1 化学灌浆

对于本工程伸缩缝的处理，堵漏防水是关键。化学灌浆材料的特点是浆液稳定性好，黏度低，可灌性好，渗透力强；胶结体透水性低，防水性较好，浆材固结后具有良好的耐久性，受气温、湿度、酸和某些微生物的侵蚀影响较小[1]。

水溶性聚氨酯灌浆材料是一种快速高效的防渗堵漏化学灌浆材料，其可在潮湿或涌水的情况下进行灌浆，对水质适应性强，且固结体为弹性体，由于遇水膨胀，非常适用于变形缝的快速防水处理，适合本工程使用。

聚氨酯是一种具有防渗和加固双重作用的灌浆材料，当浆液灌入后，在适量催化剂的作用下可使其进一步交联聚合，反应物的黏度逐渐增大而凝胶化，并生成不溶于水的高分子聚合物，进而达到防渗堵漏的目的[2]。

5.2 嵌缝密封材料

性能优良的高分子材料生产的密封材料，如聚硫密封胶、聚氨酯密封胶、硅酮密封胶、丙烯酸酯密封胶，已成为主导产品，代表了密封材料的发展方向。本工程选择无毒且耐久性、体积稳定性、弹性相对较好的聚硫胶产品。

聚硫密封胶的特点是固化剂的用量允许误差范围宽、固化效果好，在使用之前密封胶的各组分性能保持稳定，且在湿度和交替变形明显的环境中对混凝土有着极好的粘合力。在静态变形达到25%的条件下密封胶对水的作用应当稳定，弹性复原性能优良，且其对各种基材粘接和适应性良好、透气性极低、硫化物收缩性小[3]。

5.3 表面涂刷涂料

表面涂料的基本要求：①具有隔离和高延伸率双重特点。在箱涵内水和混凝土之间形成隔离层，涂层还需要有一定的可延伸性，避免断裂，使隔离性发挥作用；②与混凝土有可靠的粘结性能；③环保无毒。

由于本工程处于较潮湿的环境，经过对材料性能的对比，推荐采用单组分涂刷聚脲。聚脲涂料力学性能优异，在耐磨性、耐冲击性、耐腐蚀性、耐介质性、热稳定性等方面均表现突出，使其在防腐蚀、防水、防护等领域都获得了应用，且聚脲涂料施工效率高，一次喷涂可达到毫米级，极大地节约了人工成本[4]。

6 结 语

混凝土箱涵伸缩缝的构造特点决定了它比混凝土结构本身更易出现渗漏问题。箱涵伸缩缝渗漏会造成周边土地受淹，同时会造成引调水的大量损失。随着渗漏破坏的发展，还会造成钢筋外漏，进而影响箱涵结构安全。箱涵外界水向内渗漏会对引调水造成污染，并且随着长时间运行，存在基础掏空改变结构受力状态进而引起结构破坏等安全问题。

对工程因老化和长期运行所造成的缺陷进行维修加固是每项工程所面临的问题，发现问题应及时采取维修加固措施，才能保障输水安全和工程长久发挥效益，利于工程设施的管理和维护。