城市暗渠暗涵病害分析及治理实践——以深圳市笔架山河为例

何 宁

（深圳市罗湖区水务局，深圳 518000）

随着城市发展，城市中原有历史自然水系空间［1］也不断遭遇侵占， 尤其是局部流域尺度的小型水系遭到严重破坏。 目前，我国大部分城市历史水系存在污水乱排、功能衰退、水体黑臭、水生态破坏、掩埋暗渠化、规划不成熟、缺乏区域整合综合调研等问题［2-5］。 在城市建设过程中，大多数城市地下渠道通过加盖和硬化等重塑原有水系历经人工干预改造而形成［6］，地下渠道作为一种雨水排水渠道，在城市防洪排涝中发挥着重要作用，但也存在许多问题：城市地下渠道内部环境封闭，传统工程技术手段难以获取渠道内部信息；城市地下渠道也是城市污水排放的载体，会给区域水环境治理带来巨大的挑战；部分暗涵与周边建筑物私接较为严重；部分暗渠缺乏管理规划；暗渠主体及附属结构在长期使用过程中容易出现病害， 降低工程项目的使用价值。 因此为保障工程的长期运维，对暗渠暗涵结构进行针对性的检查、监测、病害评估及后期加固修复具有非常重要的意义。

深圳笔架山河先后历经数次河道渠化、 盖板加设和箱涵段改造工程， 其中城市建成区河道约5.77km，暗渠覆盖率约90%以上。 本文以笔架山河暗渠暗涵作为研究对象， 通过对其日常维护中检测情况进行梳理， 对该工程暗渠暗涵主体部分及附属结构区域的247处缺陷点（段）和病害进行统计归类，查明并分析病害的成因，进行针对性地治理，消除结构隐患，确保工程在后续的运行中发挥长久效益，并为类似工程的修复治理提供技术参考。

1 工程概况

工程位于深圳市罗湖区， 笔架山河位于深圳中部，发源于笔架山，属于布吉河一级支流，深圳河二级支流，河道全长约9.06km，流域面积约11.54km2。其中暗渠覆盖段占全段的90%以上， 覆盖段主要集中在罗湖区。

拟建工程针对笔架山河覆盖段和罗湖区其他小型河流或暗渠（涵）的零散隐患点治理，共计247处。笔架山河覆盖段除险加固工程的平面划分A，B，C，D共4段。 仙水湖、兰科中心排洪渠等隐患点治理为点对点治理，分布在罗湖区各小型河流或暗渠（涵）沿线上，如图1。

图1 笔架山河等暗渠暗涵隐患整治工程平面布置

2 工程缺陷病害分类及其成因

2.1 工程缺陷病害分类

根据DL/T5251—2010 《水工混凝土建筑物缺陷检测和评估技术规程》，水工混凝土建筑物的缺陷按其对结构的安全性和耐久性影响程度的大小可分为以下4类：

表1 水工混凝土建筑物缺陷分级

根据对深圳市笔架山河日常维护报告中检测情况进行梳理， 对笔架山河等暗渠暗涵247处缺陷点（段）进行治理，包括188钢筋裸露（16个Ⅰ类、172个Ⅱ类），44非钢筋裸露 （包含21处结构开裂，15 处松散脱落，8处挡墙渗水。 分为42个Ⅱ类，1个Ⅲ类，1个Ⅳ类），5隐患段 （检测报告未分级），10零散隐患点（未分级）。

2.2 工程典型缺陷危害分析

2.2.1 钢筋裸露锈蚀

钢筋混凝土保护层剥落露筋大都起于微小的细微裂缝， 初期形成的混凝土裂缝在水和侵蚀性气体的长期作用下不断碳化性能降低，逐渐加深加宽，裂缝扩展至钢筋表面层时， 在水-氧气联合作用下，钢筋表面的钝化膜遭受侵蚀，破坏原有的稳定性，钢筋发生锈蚀。 锈蚀后的钢筋体积会膨胀7～8倍，重新作用外层的混凝土， 加速裂缝的发展和保护层的剥落露筋。钢筋长期裸露在恶劣环境中，极易发生锈蚀现象，随着时间的推移锈蚀加剧，钢筋有效截面面积和抗拉强度减弱，直接威胁到箱涵结构安全稳定性，缩短结构使用寿命。

2.2.2 结构裂缝

结构裂缝产生后的直接影响会导致结构自身强度和刚度降低，并且可能产生应力重分配加剧破坏。裂缝对耐久性的影响， 最主要的是加速混凝土中性化， 且结构裂缝往往伴随着次生破坏， 比如墙体渗水、土体松散空洞、墙体掏空等。

2.2.3 挡墙松散、脱落

墙基被长期的水流淘刷产生松散、脱落，逐渐扩大后会引起墙后水土流失，并伴随结构破坏、地陷坍塌等事故。

2.2.4 挡墙渗水

挡墙渗水，加速砂浆冲蚀破损，同时伴随墙后土体的流失，继而引发墙后土体松散、空洞，对墙体结构及墙后土体及其不利。

2.2.5 隐患段

浆砌石结构，表层保护层冲刷脱落，砂浆由表及里逐渐冲刷、丢失，对墙体结构不利。 松园南小区停车场顶板存在钢筋保护层偏薄，钢筋外露锈蚀，且个别井盖周边钢构件锈蚀严重，上方为停车场，存在承载力不足的情况，存在较大的垮塌风险。

2.2.6 零散隐患点

零散隐患点包括新田仔河、兰科中心排洪渠、仙水湖、高涧河、庵坭坑、清水河及径肚沟、横排岭水的渠底掏空、墙脚墙体淘刷、钢筋裸露锈蚀的10 处隐患点的治理，其中渠底掏空4处，钢筋裸露锈蚀4处，浆砌体淘刷1处，墙基掏空1处。

2.3 工程典型隐患成因分析

2.3.1 历史原因

（1）在农村城市化过程中，明渠改暗渠既无规划，又无报建。深圳水系发达，河汊纵横。深圳土地紧缺，为了兴建厂房，把明渠改成了暗渠的情况较多，从而导致覆盖河道在数量上增加。

（2）修建箱涵时，没有充分预计城市化进程如此之快，包括对箱涵的负载变化情况缺乏充分研究。

2.3.2 人为原因

（1）私自修建排放口。在人为私自修建这些部位附近，造成墙体局部垮塌的风险极大。

（2）箱涵上方私自搭建。 为增加用地面积，河道周边的很多居民在被覆盖河道上及河道周边违规建设住宅楼、工厂作坊等。

（3）人为排放污染物增加。很多污水未按相关标准进行处理，偷偷排入箱涵内，使箱涵正常运行环境发生变化。

（4）箱涵内横穿管线。为提高供给量人为增加管线横穿箱涵，使箱涵侧墙受到不同程度的破坏，同时也削弱了箱涵的泄洪能力。

2.3.3 自身原因

（1）建设标准低。很多被覆盖河道兴建于20世纪90年代初，由于技术原因，建设标准低，年久老化，地下箱涵局部破坏造成土体坍塌。

（2）箱涵侧墙受水体浸蚀加速自身老化。箱涵作为城市排水主要通道，长期处于浸泡之中。水泥混凝土或砂浆由于受环境水的物理和化学作用， 使硬化后的水泥石结构逐步遭受破坏，强度降低。水泥石中的氢氧化钙及其他成分， 能够一定程度地溶解于水（特别是软水）。水泥石中的氢氧化钙、水化铝酸钙等碱性物质与水中酸类和某些盐类物质反应生成新的化合物，容易引起有害的内应力而破坏混凝土结构，最明显表现为箱涵侧墙墙基淘空。

3 工程修复改造措施

3.1 工程修复整体方案

工程笔架山河覆盖段除险加固方案和零散隐患治理点处理方案如表2。

表2 工程整体修复方案

3.2 关键部位工程修复措施

3.2.1 钢筋裸露锈蚀处理

混凝土保护层是层内混凝土和钢筋免受物理与化学腐蚀的第一道防线。因此，对于现状的保护层剥落、钢筋锈蚀，采取处理措施：对已锈蚀的钢筋进行化学除锈、除污，并恢复钢筋保护层［7］。 本工程采用环氧树脂砂浆抹面进行处理， 主要用以解决顶板或墙体钢筋裸露锈蚀问题，恢复钢筋保护层，对A类、B类和C类钢筋分级进行阻锈，保护现有结构。 具体结构型式如图2。

图2 环氧树脂砂浆抹面

环氧树脂砂浆抹面施工工艺流程为：

图3 环氧树脂砂浆抹面施工工艺

（1）基面处理。对于钢筋裸露锈蚀部分进行除锈处理，清除混凝土表面的灰尘、乳皮、松动颗粒等，对于混凝土表面的油滞等污染物， 可用有机溶剂或烧碱等碱性溶剂洗刷去污。 打毛松散碳化钙化表面直至完全露出混凝土结构新面。

（2）涂刷基液。在处理好的混凝土基层用毛刷均匀涂刷一薄层底层环氧基液。

（3）涂抹环氧砂浆。待基液初凝时用抹刀涂抹环氧砂浆，涂抹要边压实抹光，在保护层剥落钢筋外露的区块砂浆分2次填抹， 第1次填抹砂浆层至与原箱涵结构面齐平；第2次涂抹砂浆与该区块周围的修补加强面一起涂抹施。

（4）养护。 箱涵内部保持通风养护。

对于A类钢筋锈蚀隐患点， 结合本工程中Ⅰ、Ⅱ级安全隐患点的具体分布位置， 在钢筋裸露锈蚀的区段范围外扩1.5m，对钢筋裸露部分进行处理、并用环氧树脂砂浆抹面加固。 具体结构形式如图4。

图4 A类钢筋锈蚀剥落面处理示意图

对于B 类钢筋锈蚀隐患点，先对保护层剥落区进行环氧树脂砂浆抹面，再粘贴碳纤维布1层进行加固。 具体结构形式如图5。

图5 B类钢筋锈蚀剥落面处理示意图

对于C类钢筋锈蚀隐患点，先对保护层剥落区进行环氧树脂砂浆抹面， 再粘贴碳纤维布1层进行加固，再采用工字钢钢架进行整体加固。具体结构形式如图6。

图6 C类钢筋锈蚀剥落面处理示意图

3.2.2 结构裂缝处理

结构裂缝处理依据裂缝的宽度，其中：

（1）裂缝宽度小于0.05mm的属无害裂缝，无需处理。

（2）裂缝宽度小于0.15mm对结构承载力无影响且浆材难以灌入的细而浅的裂缝， 深度未达到钢筋表面的微细裂缝仅需进行表面封闭。

（3）裂缝宽度大于等于0.15mm的裂缝需及时进行加固处理，避免裂缝扩大，危害结构安全。

本工程采用环氧树脂压力灌浆法。 具体结构形式如图7。

图7 结构裂缝压浆处理示意图

3.2.3 明渠挡墙松散、脱落处理

明渠挡墙松散、脱落处理具体措施为：

（1）对修补部位的松散混凝土进行小锤细凿。凿除部位毛刷刷净冲洗，然后纯水泥浆纵横各刷一遍。

（2）支模，模板支设牢固并留设浇筑口和清理口。

（3）修补处表面接洽面涂刷一层42.5R水泥浆。采用C35微膨胀混凝土进行浇灌修复。

（4）拆模，用麻袋包密洒水养护，避免新旧混凝土结合处开裂。 砂纸打磨，使其平顺。

3.2.4 暗渠挡墙隐患点处理

挡墙内衬0.3m钢筋混凝土护面， 护面与挡墙间不规则空隙采用C35混凝土填充，河床设1.0×1.0m护脚，顶部设0.5×0.5m横撑梁2根，每处隐患点整治段3m。 混凝土均采用C35混凝土，如图8。

图8 暗渠挡墙隐患点处理

3.2.5 挡墙隐患段处理

3.2.5.1 浆砌石挡墙隐患段处理浆砌石结构掉浆严重， 出现较大裂缝， 伴随渗水，表层保护层冲刷脱落，采用钢支撑支护结构。

3.2.5.2 顶板隐患处理

BJS1+800～BJS1+750松园南小区停车场段箱涵顶板存在钢筋保护层偏薄，钢筋外露锈蚀。本工程采用对盖板拆除重建的修复措施。 盖板为预应力空心板梁结构，跨度22.4m。 下部结构为钻孔灌注桩结构，端承摩擦桩，直径0.8m，桩长12m，以砂质黏土层作为桩端持力层，双排框架梁结构型式，持力层为砂质黏土层。 挡墙隐患段拆除重建纵断面如图9。

图9 挡墙隐患段拆除重建纵断面图

4 结语

本工程对笔架山河等暗渠暗涵247处缺陷点进行病害分级和分型处理， 其中钢筋裸露锈蚀缺陷点处理188处，非钢筋裸露44处、5个隐患段和10处零散隐患点。

本工程的建设将有效地保障城市的环境， 保障城市排水系统正常运行， 避免水土流失环境污染等不良后果产生。对改善居民生活条件、提供市民健康水平具有十分重要的作用，对深圳市“海绵城市”“低碳城市”建设具有重要意义。