蔡罗俊 陈维
中国水利水电第十工程局有限公司 四川省成都市 610000
摘要：南水北调中线干线工程自2014年通水运行以来，部分明渠段与水面交接部位衬砌面板发生冻损现象，面板表层剥蚀脱落。工程位于华北平原地区，冬季温差变化较大，尤其是京石段工程受气温变化影响较大，水面交接部位冻损破坏较多。考虑到中线干线工程主要以明渠输水为主，渠道全长1103km，为做好水面交接部位衬砌板冻损破坏维修工作，特开展水面交接部位衬砌面板冻损破坏修复技术研究。
关键词：南水北调中线；衬砌面板；冻损破坏；修复
引言
南水北调中线干线工程通水运行以来，工程巡查发现部分与水面交接部位衬砌面板发生冻损现象，面板表层剥蚀脱落，表面剥蚀脱落深度0.50～2cm。冻损的衬砌面板短期内不会对渠道运行造成大的影响，但长久下去，与水面交接部位衬砌面板冻损部位反复遭受冻融交替作用，随着冻融次数的增加，冻损部位混凝土逐层剥落，衬砌板厚度逐渐降低，势必直接危害工程结构安全，最终影响输水运行安全，对发生冻损破坏的衬砌面板及时进行修复是必要的。
1南水北调中线干线工程概况
南水北调中线一期工程从加坝扩容后的丹江口水库陶岔渠首闸引水，沿线开挖渠道，经唐白河流域西部过长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口，沿黄淮海平原西部边缘，在郑州以西李村附近穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，自流到北京、天津。南水北调中线干线工程总长1432km，主要以输水明渠为主，渠道全长1103km，渠道主要采用梯形断面，全断面进行混凝土衬砌，综合糙率n为1.50×10-2，设计水深8.00～3.80m，渠道底宽29.00～7.00m，渠道边坡系数2.00～3.50。
2水下沉箱设备研究
由于冻损部位衬砌面板位于运行水位线附近，如进行修复处理需要协调总调中心降低运行水位，考虑到长时间降低运行水位，将影响正常通水运行，特提出研制水下沉箱设备。水下沉箱设备用于实现渠道水位以下1m范围坡面干地作业，设计尺寸：4.50m×3.00m×1.50m（长×宽×高），两侧挡板底部按照渠道试验坡比1∶2设计。主要克服的技术难题是止水及形成干地作业后设备抗浮问题，经过多次探讨交流，并从实用性和可操作性方面考虑，最后确定采用气压式硅胶止水和可充气充水式水箱作为浮力控制结构。浮力控制结构是在设备内外侧绑缚的8个可充气充水式水箱，向水箱内充水排出气体，增加箱体配重，保证沉箱内水体排空形成干地作业面后，沉箱不会浮起或移动；向水箱内充气排出水体，沉箱将自动浮起。气压式硅胶止水，充气后可使沉箱紧密贴合在渠道边坡上，在沉箱自重及水箱充水压重作用下，抽水后在沉箱范围内形成干地作业面。
3水下沉箱设备下水试验
水下沉箱设备下水试验采用吊车将沉箱放入水中，调整浮力控制结构，即向水箱充水排气，使沉箱缓慢下沉、气压式硅胶止水紧紧贴压到混凝土面板上，经过多次水下实验，向水箱内充水可有效增加压重，结合气压式硅胶止水，止水效果良好，进行水面交接部位衬砌面板修复可实现干地作业，修复完成后，向水箱内充气，水箱内水排出，沉箱自动浮起，非常方便人工在管理道路上用拉绳拖拽沉箱向下游移动，具有很强的操作性和适用性，达到十分理想的试验效果。
4水面交接处衬砌板冻损修复
在水下沉箱设备下水试验顺利完成后，为衬砌板修复提供了有利的干地施工作业面，对衬砌面板冻损修复材料和工艺进行了试验分析，确定如下。
4.1衬砌板冻融剥蚀处理
针对渠道混凝土板表面出现的冻融剥蚀现象，在衬砌混凝土板各项指标（强度、抗冻、抗渗）满足设计要求的前提下，对混凝土板表面剥蚀部位可采用以下几种方法进行处理。
（1）剥蚀深度小于3mm，混凝土表面无粗骨料外露的采用水磨石机打磨平整即可。采用打磨机打磨前应对人员的操作水平应进行培训，施工时应避免将好的混凝土打磨掉，对混凝土缝面的聚硫密封胶应进行保护，以避免打磨时损坏混凝土缝面的聚硫密封胶。
（2）剥蚀深度小于3mm，混凝土表面粗骨料外露较严重的剥蚀部位可采用SPC界面剂+SPC聚合物涂层处理。
（3）对于剥蚀深度不小于3mm的混凝土表面处理，可采用SPC聚合物砂浆、丙乳砂浆或普通水泥砂浆（M15F100）等方法进行处理。
4.2修复材料
修复材料强度应高于母材且无毒，材料凝固后颜色应与混凝土颜色相近，与原混凝土要能良好结合，根据这一原则最终确定选用NE型聚合物砂浆作为修复材料，有关参数详见表1。
4.3施工工艺流程
沉箱吊装就位→抽排沉箱内水体→基面处理→界面剂的拌制和涂刷→NE型聚合物砂浆的拌制和涂抹→养护。前两步已在沉箱试验部分说明，现着重说明剩余工艺。
4.3.1基面处理
基面采用人工处理，使用榔头、尖錾子凿除衬砌面板表层冻损剥蚀、松动的混凝土，直至密实混凝土部位，要控制好力度，避免破坏下部混凝土，凿除的混凝土边线应规则；基面凿毛后，采用扫把、钢丝刷或高压风清除松动颗粒和粉尘，并冲洗干净。
4.3.2界面剂拌制与涂刷
界面剂涂刷前应再次用毛刷蘸水涂刷混凝土基面，以确保基面处于湿润饱和状态。界面剂采用高分子改性水泥基的界面处理材料，拌制料水比为1∶0.11～0.12，用电子秤称量倒入广口容器中，再按建议的水料比将水倒入容器中进行搅拌，直至搅拌均匀，然后用毛刷均匀地涂在基面上，刷的尽可能薄而均匀、不流淌、不漏刷，涂抹约1mm厚即可，界面剂的耗材量为0.50～1.00kg/m2。
4.3.3 NE聚合物砂浆的拌制与涂抹
NE聚合物砂浆材料拌制配比为1∶0.12～0.14（料水比），先把称量好的聚合物砂浆倒入强制式搅拌机进料口，在配比范围内加水搅拌至合适流动度即可，搅拌时间宜为3-5min，搅拌时控制用水量在建议范围，初始搅拌时拌合物流动性可能会较小，此为正常现象，切不可加水过量。NE聚合物砂浆可参考水泥砂浆的施工方法，采用铁抹子将砂浆涂抹到刷好界面剂的基面上，并用力压实，尤其是边角接缝处要反复压实，避免出现空洞和缝隙。聚合物砂浆涂抹厚度一般每层不超过15mm，对于厚层修补，需分层施工，层与层施工时间间隔以12-72h为宜，再次涂刷聚合物砂浆之前需涂刷界面剂。
4.3.4衬砌板拆除重建
对单块衬砌板上裂缝比较集中以及衬砌板有明显错台、起鼓、塌陷的部位，人工结合机械进行拆除，拆除后原设计无保温板和土工膜的，应于浇筑前增加。原设计有的重新铺设，并保证搭接完好，验收合格后按原设计强度等级进行重新浇筑。新增加和更换的复合土工膜由原0.3mm膜加厚0.5mm，二布一膜为760g/m2。
4.3.5养护
NE聚合物砂浆终凝后约12-24h应及时养护，养护温度不宜低于5℃和高于40℃，养护时间不得少于14d，7d内应始终保持砂浆表面呈湿润状态，剩余养护期内保持砂浆表面潮湿状态即可，最低温度低于10℃时，应适当加长养护时间。
4.3.6季节性施工要求
聚合物砂浆不宜在雨天施工。冬季施工时，气温不宜低于5℃，基层表面温度应保持0℃以上，并做好采暖和保温措施；夏季施工时，不宜在35℃以上或烈日照射下施工，并做好防晒及砂浆养护工作。
结语
水面交接部位衬砌板修复技术探索研究试验共完成了26块冻损衬砌面板修复，效果良好，达到了预期目的，并对全线水面交接部位冻损破坏修复起到一定的指导作用。同时，衬砌板冻胀与运行水位有着密切关系，在寒冷季节可结合渠道采取稳定水位运行的管理措施，减少冻胀破坏。
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论文作者:蔡罗俊,陈维
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/30
标签：沉箱论文; 砂浆论文; 混凝土论文; 聚合物论文; 部位论文; 面板论文; 渠道论文; 《防护工程》2018年第13期论文;