市政排水管道水泥裂缝损伤非开挖修复技术

2024-05-21李玉萍

中国建筑金属结构 2024年4期

李玉萍

（山东积高环境工程有限公司，山东济南 250000）

0 引言

市政排水管道外表面水泥裂缝损伤是城市基础设施维护和管理中常见的问题之一[1]。随着城市化进程的加快，城市排水管道系统遭受日益增加的压力和负荷，这使得排水管道外表面水泥裂缝损伤情况愈发突出[2]。这些裂缝损伤不仅可能导致排水管道的泄漏和渗漏，影响下水道系统的正常运行，也可能引发地面塌陷、路面崩坍等安全隐患，给城市运行和居民生活带来诸多问题。在传统的维修方法中，开挖维修是一种常用手段，然而，这种方式需要破坏原有路面和地基结构，造成交通阻塞、环境污染和工程成本高昂等问题，对城市社会经济和居民生活带来一定的影响[3]。因此，针对市政排水管道外表面水泥裂缝损伤，开发一种非开挖修复技术成为当前亟须解决的问题。

王凯等[4]认为通过添加掺量可以实现对水泥裂缝的修复，将硅灰、膨胀剂以及生石灰按照一定配比，修复观测到的水泥裂缝，测定修改后的抗压强度。Zhang C 等[5]根据自愈颗粒与透水晶体添加剂的协同作用，研究水泥修复技术，通过裂纹闭合率和抗压强度恢复率来评价自愈效率。李丽莎[6]在水泥基材料的基础上，采用聚合物对水泥基材料改性，以修补水泥裂缝。本文在此基础上，提出市政排水管道水泥裂缝损伤非开挖修复技术。非开挖修复技术能够最大程度地减少对城市道路和地下管线的破坏，提高维修效率，并能更好地适应城市化发展的要求。通过研究市政排水管道外表面水泥裂缝损伤的非开挖修复技术，不仅可以有效解决排水管道裂缝损伤带来的问题，还能提升城市基础设施的维护水平，为城市可持续发展和居民生活品质提供保障。

1 工程概况

以一个具体的市政排水实际系统为例来介绍相关参数及排水管道外表面水泥裂缝损伤情况。该市政排水系统是某城市的下水道系统，主要用于收集和排放城市内的雨水和废水。市政排水系统局部示意图如图1 所示。

图1 市政局部排水系统示意图

以下是该系统的相关参数：

①管道数量：总共有400 条排水管道。

②长度：总长度为200km。

③管径范围：管道的管径从225 ～900mm 不等，以适应不同区域的排水需求。

④材质：主要采用水泥管道、钢管和塑料管道等材质。

在这个市政排水系统中，由于多种因素的影响，包括地基沉降、温度变化、水土腐蚀等，导致部分排水管道的外表面出现了水泥裂缝损伤。裂缝的形成可以归因于多种原因。例如，地基沉降会导致管道受到压力变化，进而引发裂缝；温度变化使得管道承受着热胀冷缩的影响，也容易导致开裂；另外，水土腐蚀也会使得水泥管道表面产生裂缝。裂缝的严重程度不尽相同。有些裂缝只是细微的表面开裂，对排水功能影响较小；而一些裂缝可能较宽、较深，可能导致泄漏、渗漏以及地面陷落等更严重的问题。

针对这些排水管道外表面水泥裂缝损伤，选择合适的非开挖修复方法，如注浆修复、碳纤维加固等，可以保护管道的稳定性及排水效率，确保市政排水系统的正常运行，维护城市的基础设施安全。

2 排水管道外表面水泥裂缝宽度测量

测量上述市政排水管道外表面水泥裂缝宽度通常可以使用激光测距仪。基本原因为利用激光器产生的激光束与水泥管道表面进行反射，通过接收器接收反射光信号，根据光线传播的时间来计算出管道表面到测量点的距离。在探伤过程中，激光测距仪无需直接接触管道表面，通过测量反射光束的距离变化，可以检测出地下水泥管道的裂缝、凹陷等损伤情况，实现精准的非接触式管道探测和评估。激光测距仪对管道外表面水泥的非接触探伤的原理图如图2 所示。

图2 激光测距仪对管道外表面水泥的非接触探伤的原理图

将喜利得Hilti PD-CS 激光测距仪对准水泥裂缝的两侧，确保激光线垂直于裂缝并能够完全覆盖裂缝的两侧。然后，启动激光测距仪进行测量，仪器会准确显示裂缝的宽度值[7]。这款Hilti PD-CS 激光测距仪具有高度精确的测量功能，能够快速准确地测量水泥裂缝的宽度，帮助工程师和维修人员实时掌握裂缝情况，为后续维护和修复提供准确数据支持。使用激光测距仪进行排水管道外表面水泥裂缝宽度测量，不仅简便高效，而且具有较高的测量精度，是一种常用的现代化测量工具。 Hilti PD-CS 激光测距仪实物图如图3 所示。

图3 Hilti PD-CS 激光测距仪实物图

喜利得 hilti PD-I 激光测距仪主要技术数据如下：

三脚架螺纹直径： 1/4 寸

测量范围： 0 ～100m

准确性：误差±1 mm

特点如下：

（1）当测量最短距离时，没有最低测距；（2）LED 提供清晰地识别测量基准，从而有助于避免测量错误；（3）内置360° 的倾斜传感器适合各种应用可能；（4）非常坚固，适用于苛刻的工地环境；（5）测量快速可靠。

3 排水管道外表面水泥裂缝损伤的注浆技术

在不开挖的情况下，通过钻眼来完成排水管道外表面水泥裂缝的注浆可以减少对地面和管道的破坏，提高施工效率。具体步骤如下：

（1）勘察定位：首先需要对漏水部位进行勘察，确定水泥裂缝的具体位置和范围[8]。然后根据具体情况确定施工方案。

（2）Hilti PD-CS 激光测距仪对准水泥裂缝的两侧，准确显示裂缝的宽度值。

（3）钻孔[9-10]：使用EP550 便携式钻床和Diamond Core Drill Bit（金刚石芯片钻头）在漏水区域周围钻孔，孔径为直径20mm，深度取决于具体情况。钻孔的位置和间距要经过精确测量和规划。

在使用EP550 便携式钻床和Diamond Core Drill Bit 进行钻孔的过程中，需要特别注意以下几个问题：

①安全防护：在操作钻床时必须戴安全眼镜、手套和其他适当的防护装备，以避免发生意外伤害。

②钻孔位置的选择：钻孔位置应该准确测量并规划，避免损坏管道或其他重要设施，同时确保位置的合适性和稳定性。

③钻孔深度的控制：钻孔的深度取决于具体情况，必须根据实际需要进行精确调控，避免超深或不足的情况发生。

④冷却与润滑：在钻孔时要确保金刚石芯片钻头保持良好的冷却与润滑，以防止过热导致钻孔效果不佳或钻头损坏。

⑤钻孔间距的设置：钻孔之间的距离也需经过精确测量和规划，确保钻孔布置合理、均匀，以及达到预期的效果。

⑥清洁工作：在钻孔完成后，要及时清理现场，清除掉可能堵塞孔道的碎屑和灰尘，确保下一步工作能够顺利进行。EP550 便携式钻床如图4 所示，金刚石芯片钻头如图5 所示。

图4 EP550 便携式钻床

图5 金刚石芯片钻头

（4）清洁孔洞：钻孔后，需要清洁孔洞，确保孔壁干燥、无污物，以利于注浆材料的粘附和固化。

（5）注浆：选择注浆材料聚氨酯浆料，通过注浆泵将注浆材料注入钻孔中，填充水泥裂缝和孔洞。确保注浆均匀充实，填满所有空隙。

选择聚氨酯浆料作为排水管道外表面水泥裂缝的注浆材料有以下几个优点：

①良好的粘结性能：聚氨酯浆料具有优秀的粘结性能，可以有效地附着于水泥表面和填充裂缝，形成坚固的修复层。这有助于提高管道的整体结构强度和耐久性。

②良好的柔性和弹性：聚氨酯浆料具有良好的柔性和弹性，能够适应管道的微小变形和振动，不易发生开裂或脱落，有利于维持修复层的完整性和稳定性。

③出色的耐久性：聚氨酯浆料具有优秀的耐候性和化学稳定性，能够抵抗紫外线、酸碱等外界环境的侵蚀，确保修复层长期保持良好的性能。

④优异的防水性能：聚氨酯浆料具有良好的防水性能，能够有效地阻止水分的渗透和泄漏，提高排水管道的防水性能，降低泄漏和漏水的风险。

⑤施工方便快捷：聚氨酯浆料通常是双组份或多组份的预混浆料，施工前只需搅拌均匀即可使用，操作简便、施工效率高，有利于快速完成修复工作，减少对管道使用的中断时间。

（6）固化养护：注浆完成后，等待注浆材料充分固化。根据注浆材料的要求，进行适当的养护时间，确保修复效果更持久。

4 方法可行性验证

4.1 水泥裂缝宽度测量结果

通过红外热像仪扫描地下管道，在裂缝处常常会有不同的温度分布，显示出热量辐射的差异，从而帮助显示裂缝修复效果。沿截面高度方向每间隔 10mm 进行裂缝宽度测量并记录。水泥裂缝可视化结果如图6 所示。

图6 水泥裂缝可视化结果

根据图6 和表1 可知，利用研究方法得到的水泥裂缝显示结果非常清晰，能够对裂缝走势的宽度完成判断和测量。这说明通过将聚氨酯浆料从孔洞注入排水管道外表面的水泥裂缝中，填充并加固空隙，可以提高管道的整体强度和耐久性。这种注浆法施工相对简便，不需要开挖地面或拆除原有管道，能有效减少对周边环境和交通的干扰，同时降低维修成本，并且更环保和经济。因此，利用这一综合方法得到的水泥裂缝显示结果非常清晰，能够对裂缝走势和宽度进行精确的判断和测量。