摘 要：南水北調(diào)中線工程于2014年12月12日正式通水后，緩解了XX、XX、XX地區(qū)水資源危機(jī)。但南水北調(diào)中線渠道運(yùn)行中沿線發(fā)現(xiàn)了一些小的質(zhì)量缺陷，雖短期內(nèi)不會(huì)對(duì)渠道運(yùn)行造成危害，但從渠道長(zhǎng)期運(yùn)行方面考慮，仍需在渠道運(yùn)行的同時(shí)，對(duì)存在的質(zhì)量缺陷進(jìn)行處理，以保證調(diào)水工程達(dá)到持久、可持續(xù)安全運(yùn)行的目的。
關(guān)鍵詞：渠道缺陷處理 沉箱 修補(bǔ)材料
1 概述
南水北調(diào)渠道缺陷主要出現(xiàn)在渠道邊坡混凝土防護(hù)面板部位，該面板的主要作用是對(duì)渠道全包土工布防水進(jìn)行防護(hù)，在提高渠道運(yùn)行耐久性，減少渠道邊坡表面糙度在水流運(yùn)行時(shí)的損失方面具有較好的作用。因此，對(duì)該類缺陷及早發(fā)現(xiàn)和處理，是運(yùn)行管理工作的一個(gè)重點(diǎn)。同時(shí)，南水北調(diào)渠道作為京津地區(qū)引水的大動(dòng)脈，運(yùn)行后對(duì)沿線城市和地區(qū)供水起到了不可替代的作用，因此，要求在渠道沿線缺陷的處理過(guò)程中保證調(diào)水運(yùn)行的正常工作，對(duì)混凝土缺陷的處理提出了相應(yīng)要求。為此，我公司承擔(dān)了研發(fā)對(duì)渠道混凝土缺陷部位進(jìn)行隔離，并使缺陷部位在修復(fù)過(guò)程中保持旱地作業(yè)條件設(shè)備的任務(wù)。展開(kāi)了設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)轉(zhuǎn)移和移動(dòng)、設(shè)備制作、安裝、固定等技術(shù)研究；同時(shí)，也展開(kāi)了對(duì)渠道混凝土缺陷進(jìn)行快速化處理，包括選用新型的修補(bǔ)材料及修補(bǔ)工藝的技術(shù)研究。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，我公司在本工程缺陷修復(fù)中采用自制半封閉橢圓形箱體鋼圍堰用于渠道坡面隔絕水體，其底部設(shè)置柔性橡膠進(jìn)行止水，保證了渠道正常調(diào)水不受缺陷修復(fù)施工的干擾。為達(dá)到滿意的止水效果，止水橡膠帶采用變形能力強(qiáng)、柔軟性好的橡膠制作，經(jīng)液壓推出后與混凝土襯砌板擠壓密實(shí)，在箱體壓重作用下，實(shí)現(xiàn)與混凝土板的緊密貼合起到止水作用，將渠道內(nèi)的水與修復(fù)作業(yè)面隔離，使渠道缺陷修復(fù)處理實(shí)現(xiàn)了旱地作業(yè)，減少了工程施工難度。
2 沉箱圍堰設(shè)計(jì)
2.1 構(gòu)造設(shè)計(jì)
沉箱由箱體、止水結(jié)構(gòu)、浮力控制結(jié)構(gòu)等組成，見(jiàn)圖1。
2.1.1 箱體
箱體由10mm厚鋼板加工成一個(gè)半封閉的橢圓形箱體，整體寬度4800mm（內(nèi)空尺寸4600mm），迎水側(cè)箱壁高1550mm，頂部為吊裝撐桿；周圍加工浮桶固定卡扣，用于固定浮筒。
2.1.2 止水結(jié)構(gòu)
止水結(jié)構(gòu)位于箱體底部，由止水帶卡槽、充水帶、止水帶組成。
止水帶卡槽加工為楔形結(jié)構(gòu)，高度300mm，下口寬度50mm，上部寬度80mm。
止水帶由廠家用專用模具制作，高度250mm，厚度80～50mm（與混凝土接觸面厚為50mm）。為了更好的使止水帶和襯砌面板緊密貼合，達(dá)到止水效果，止水帶由液壓推出。即在卡槽內(nèi)先安裝一條柔性水帶，水帶直徑100mm，止水帶由手壓泵充水形成液壓，將止水帶推出。同時(shí)，止水帶具有一定變形能力，能在混凝土襯砌板30mm/2m不平整度的情況下，經(jīng)液壓推出與混凝土襯砌板接觸，在浮箱壓重作用下，與混凝土板緊密貼合起到止水效果。
2.1.3 浮力調(diào)節(jié)裝置
考慮到箱體外浮力均衡，在箱體周圍安裝浮桶12個(gè)，箱體內(nèi)外各6個(gè)固定在箱體預(yù)留的卡扣上，每個(gè)浮桶容積200L。浮桶布置進(jìn)水管與排水管，采用水泵對(duì)浮箱進(jìn)行注水，采用壓縮空氣（利用小型空壓機(jī)3.5L，0.8MPa）將浮桶內(nèi)的水進(jìn)行外排。
2.1.4 主要配套設(shè)備
手動(dòng)壓水泵：型號(hào)SY-5，額定壓力5MPa，流量40ml/次。主要用于止水槽內(nèi)的水帶充水，用以推出止水帶。
空氣壓縮機(jī)：微型往復(fù)活塞空氣壓縮機(jī)，型號(hào)V-/0.12/8，標(biāo)稱流量0.12m3/min，排氣壓力0.8MPa，額定功率1.1kW。主要用于向浮箱充氣排水。
水泵：QD×30-6潛水泵，額定流量30m3/h，揚(yáng)程6m，功率1.5kW。主要用于沉箱內(nèi)排水，兼向浮箱內(nèi)充水。
發(fā)電機(jī)：汽油發(fā)電機(jī)，2.5kVA，向上述用電設(shè)備供電。
3 沉箱運(yùn)行
3.1 運(yùn)行程序
總體運(yùn)行程序：沉箱就位→排干積水，形成處理?xiàng)l件→缺陷處理→養(yǎng)護(hù)完成后移除沉箱。
3.2 沉箱就位
3.2.1 沉箱吊裝
采用隨車吊將箱體運(yùn)至渠道現(xiàn)場(chǎng)，吊放在需要處理的邊坡襯砌面板附近水中。吊放時(shí)，安排專人指揮，避免箱體磕碰混凝土造成新的缺陷。吊裝過(guò)程中，人工在渠岸上拉動(dòng)纜繩精確定位，并將纜繩固定在渠岸，防止水流將沉箱沖走。
3.2.2 沉箱沉放
箱體放入水中，此時(shí)由于浮箱浮力，整體處于漂浮狀態(tài)。采用水泵抽取渠水（水泵放在沉箱內(nèi)部），向浮箱充水，使沉箱緩慢下沉，直至沉到混凝土面板上。
3.2.3 沉箱密封
考慮到渠道襯砌面板局部不平整，箱體貼壓倒混凝土面板后，止水帶和襯砌面板之間局部存在漏水現(xiàn)象。繼續(xù)抽排沉箱內(nèi)積水，漏水量可以通過(guò)沉箱內(nèi)水位下降情況觀測(cè)。采用兩種措施實(shí)現(xiàn)密封：
（1）采用手壓泵往止水槽內(nèi)水帶壓水，通過(guò)水帶內(nèi)壓力將止水帶緩慢推出，使止水帶外露長(zhǎng)度加大，增大變形量，使之與混凝土面板不平整度產(chǎn)生的間隙相匹配。推出到位后，關(guān)閉進(jìn)水閥門，保持壓力，防止止水帶回縮漏水。
（2）繼續(xù)向浮箱充水，增加密封止水帶壓重，使止水帶和渠道襯砌面板緊密貼合，達(dá)到密封效果。
3.3 沉箱排水
繼續(xù)排水，此過(guò)程和上述密封過(guò)程相輔相成，如果密封效果良好，則水位下降較快，如有滲漏情況，重復(fù)密封過(guò)程，直至密封良好。排除積水，箱內(nèi)剩余少量水泵無(wú)法抽排積水，采用真空吸水設(shè)備，或人工用鐵勺舀至膠皮桶內(nèi)，倒至渠道外部，最后用棉紗擦干，直至無(wú)滲漏具備缺陷處理?xiàng)l件。具體見(jiàn)圖2、圖3。
3.4 沉箱移除
缺陷處理完成，并養(yǎng)護(hù)到位、檢測(cè)合格后，拆除沉箱及附件上的工具、雜物，清掃干凈后移除沉箱。
（1）打開(kāi)止水槽內(nèi)的水帶注水閥門泄壓，使止水帶回縮。
（2）打開(kāi)空壓機(jī)，向浮箱內(nèi)充氣，使浮箱排水，使浮箱逐步上浮，直至浮出水面。
采用隨車吊將箱體吊至汽車上，運(yùn)至下一處處理部位。
4 缺陷修補(bǔ)工藝
4.1 修補(bǔ)材料選擇
選用中國(guó)水電十一局鄭州科研設(shè)計(jì)有限公司研制的NE型水泥基聚合物干粉砂漿。該產(chǎn)品精選優(yōu)質(zhì)膠凝材料、細(xì)骨料、超細(xì)活性填料等無(wú)機(jī)材料組成剛性骨架體系，利用柔性高
分子聚合物材料在骨架體系中的均勻分布進(jìn)行改進(jìn)作用，輔以其他功能性外加劑復(fù)合而成的高性能聚合物修復(fù)材料。產(chǎn)品主要特點(diǎn)如下：
（1）無(wú)機(jī)粉體材料，不燃、不爆，對(duì)人和環(huán)境無(wú)毒害；
（2）使用方便，加水即可，操作時(shí)間可調(diào)；
（3）粘結(jié)強(qiáng)度高，低自收縮；
（4）防水抗?jié)B效果好；
（5）抗凍性好 。
4.2 施工工藝流程
施工工藝流程見(jiàn)圖1凍融破壞混凝土缺陷處理施工工藝流程。
4.3 基面處理
鑿除缺陷部位松散砼。先對(duì)擬處理部位周邊劃定處理邊界線，處理邊界呈矩形，即橫平豎直。采用角磨機(jī)沿邊界線切割邊界，界面稍向外傾，形成倒楔形，利于修補(bǔ)砂漿與母體混凝土結(jié)合緊密。
采用尖鏨子等工具對(duì)修補(bǔ)面凍融破壞混凝土鑿除，直至密實(shí)混凝土部位，清除松動(dòng)顆粒 ，然后用清水沖洗干凈，采用鋼絲刷和棕毛刷進(jìn)行潔凈處理。
基面進(jìn)行潔凈處理之后，在混凝土基面上灑水濕潤(rùn)，在涂刷界面劑之前使基面達(dá)到吸水飽和的潮濕狀態(tài)，且基面無(wú)明水、無(wú)積水。
基面處理完后并經(jīng)驗(yàn)收合格（周邊混凝土密實(shí)，濕潤(rùn)，無(wú)松動(dòng)顆粒、粉塵、水泥凈漿層、起砂、起皮等）后，進(jìn)行下道工序作業(yè)。
4.4 界面劑的拌制和涂刷
界面劑涂刷前，應(yīng)再次用毛刷蘸水涂刷混凝土基面，以確�；嫣幱跐駶�(rùn)飽和狀態(tài)。
界面劑的配制：先將稱量好的A組分倒入廣口容器（如小盆）中，再按給定的配比將相應(yīng)量的水泥、水倒入容器中進(jìn)行攪拌，直至攪拌均勻（材料顏色均勻一致）后方可施工使用。為避免浪費(fèi)，界面劑每次不宜拌和太多，具體情況視施工速度以及施工溫度而定，界面劑的耗材量為0.5～1.0kg/m2。
界面劑拌制后，用毛刷均勻地涂在基面上，要求界面劑刷得盡可能薄而均勻、不流淌、不漏刷。界面劑拌制現(xiàn)拌現(xiàn)用，避免時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響涂刷質(zhì)量，造成材料浪費(fèi)和粘結(jié)質(zhì)量降低。同時(shí)涂刷界面劑和涂抹聚合物砂漿交叉進(jìn)行，以確保施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。拌好的界面劑如出現(xiàn)暴聚，凝膠等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)廢棄重新拌制。界面劑涂刷后靜停至手觸有粘稠現(xiàn)象，方可涂抹聚合物砂漿。涂刷后的界面劑出現(xiàn)固化現(xiàn)象（不粘手）時(shí)，需要清除干凈，再次涂刷界面劑后，才能涂抹聚合物砂漿。
4.5 聚合物砂漿的拌制和涂抹
4.5.1 聚合物砂漿的拌制
先把稱量好的聚合物砂漿放入廣口低身容器中，再把按給定的配比稱量出水的質(zhì)量，混合攪拌均勻（顏色均勻一致）后，即可施工使用（大規(guī)模拌和也可采用專用拌和機(jī)進(jìn)行拌和），其中水的加入量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拌合物的施工要求，在給定的用水量范圍進(jìn)行調(diào)整。
聚合物砂漿現(xiàn)拌現(xiàn)用，當(dāng)拌和好的聚合物砂漿出現(xiàn)凝結(jié)、發(fā)硬等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)廢棄重新拌制。每次拌和的砂漿量視施工速度以及施工溫度而定。
4.5.2 聚合物砂漿的修補(bǔ)
砂漿攤鋪前，應(yīng)檢查基底是否符合基底處理的要求，攤鋪完畢立即壓抹，注意向一個(gè)方向抹平，操作速度要快，如遇氣泡要挑破壓緊，保證表面密實(shí)，尤其是邊角接縫處要反復(fù)壓實(shí)，避免出現(xiàn)空洞或縫隙。
聚合物砂漿的涂抹厚度一般每層不超過(guò)15mm，對(duì)于厚層修補(bǔ)，采取分層施工，層與層施工時(shí)間間隔以12～72h為宜，再次涂抹聚合物砂漿之前還需要涂刷界面劑。
4.6 養(yǎng)護(hù)
聚合物砂漿終凝后約12h～24h應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度不低于5℃和高于40℃，并保持水泥砂漿濕潤(rùn)狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7d。聚合物水泥砂漿未達(dá)到硬化狀態(tài)時(shí)，不得澆水養(yǎng)護(hù)或直接受雨水沖刷，在潮濕環(huán)境中，可在自然條件下養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期間防止人踏、車壓、硬物撞擊等。
季節(jié)性施工要求：聚合物砂漿防水層不宜在雨天施工。冬季施工時(shí)，氣溫不宜低于5℃，基層表面溫度應(yīng)保持0℃以上，并做好采暖和保溫措施。夏季施工時(shí)，不宜在35℃以上或烈日照射下施工，并做好防曬及砂漿養(yǎng)護(hù)工作。
5 結(jié) 語(yǔ)
中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司在滎陽(yáng)段渠道凍融破壞處理成功研制了第一代沉箱鋼圍堰，并采用中國(guó)水電十一局鄭州科研設(shè)計(jì)有限公司研制的NE型水泥基聚合物干粉砂漿進(jìn)行南水北調(diào)渠道混凝土缺陷處理。第一代鋼圍堰可用于水面以下1.2m范圍內(nèi)混凝土缺陷處理施工，滎陽(yáng)段渠道已處理26塊襯
砌板表面凍融缺陷，效果良好。
