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。但南水北調(diào)中線渠道運行中沿線發(fā)現(xiàn)了一些小的質(zhì)量缺陷，雖短期內(nèi)不會對渠道運行造成危害，但從渠道長期運行方面考慮，仍需在渠道運行的同時，對存在的質(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)安全運行的目的。
關(guān)鍵詞：渠道缺陷處理 沉箱 修補材料
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面板部位，該面板的主要作用是對渠道全包土工布防水進(jìn)行防護，在提高渠道運行耐久性，減少渠道邊坡表面糙度在水流運行時的損失方面具有較好的作用。因此，對該類缺陷及早發(fā)現(xiàn)和處理，是運行管理工作的一個重點。同時，南水北調(diào)渠道作為京津地區(qū)引水的大動脈，運行后對沿線城市和地區(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程中保證調(diào)水運行的正常工作，對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)過程中保持旱地作業(yè)條件設(shè)備的任務(wù)。展開了設(shè)備進(jìn)出場轉(zhuǎn)移和移動、設(shè)備制作、安裝、固定等技術(shù)研究；同時，也展開了對渠道混凝土缺陷進(jìn)行快速化處理，包括選用新型的修補材料及修補工藝的技術(shù)研究。
根據(jù)現(xiàn)場調(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、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，在箱體壓重作用下，實現(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
2.1 構(gòu)造設(shè)計
沉箱由箱體、止水結(jié)構(gòu)、浮力控制結(jié)構(gòu)等組成，見圖1。
2.1.1 箱體
箱體由10mm厚鋼板加工成一個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，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，箱體內(nèi)外各6個固定在箱體預(yù)留的卡扣上，每個浮桶容積200L。浮桶布置進(jìn)水管與排水管，采用水泵對浮箱進(jìn)行注水，采用壓縮空氣（利用小型空壓機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
手動壓水泵：型號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：微型往復(fù)活塞空氣壓縮機，型號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：汽油發(fā)電機，2.5kVA，向上述用電設(shè)備供電。
3 沉箱運行
3.1 運行程序
總體運行程序：沉箱就位→排干積水，形成處理條件→缺陷處理→養(yǎng)護完成后移除沉箱。
3.2 沉箱就位
3.2.1 沉箱吊裝
采用隨車吊將箱體運至渠道現(xiàn)場，吊放在需要處理的邊坡襯砌面板附近水中。吊放時，安排專人指揮，避免箱體磕碰混凝土造成新的缺陷。吊裝過程中，人工在渠岸上拉動纜繩精確定位，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，漏水量可以通過沉箱內(nèi)水位下降情況觀測。采用兩種措施實現(xiàn)密封：
（1）采用手壓泵往止水槽內(nèi)水帶壓水，通過水帶內(nèi)壓力將止水帶緩慢推出，使止水帶外露長度加大，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，此過程和上述密封過程相輔相成，如果密封效果良好，則水位下降較快，如有滲漏情況，重復(fù)密封過程，直至密封良好。排除積水，箱內(nèi)剩余少量水泵無法抽排積水，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，直至無滲漏具備缺陷處理條件。具體見圖2、圖3。
3.4 沉箱移除
缺陷處理完成，并養(yǎng)護到位、檢測合格后，拆除沉箱及附件上的工具、雜物，清掃干凈后移除沉箱。
（1）打開止水槽內(nèi)的水帶注水閥門泄壓，使止水帶回縮。
（2）打開空壓機，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，運至下一處處理部位。
4 缺陷修補工藝
4.1 修補材料選擇
選用中國水電十一局鄭州科研設(shè)計有限公司研制的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)活性填料等無機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)品主要特點如下：
（1）無機粉體材料，不燃、不爆，對人和環(huán)境無毒害；
（2）使用方便，加水即可，操作時間可調(diào)；
（3）粘結(jié)強度高，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。采用角磨機沿邊界線切割邊界，界面稍向外傾，形成倒楔形，利于修補砂漿與母體混凝土結(jié)合緊密。
采用尖鏨子等工具對修補面凍融破壞混凝土鑿除，直至密實混凝土部位，清除松動顆粒 ，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，在涂刷界面劑之前使基面達(dá)到吸水飽和的潮濕狀態(tài)，且基面無明水、無積水。
基面處理完后并經(jīng)驗收合格（周邊混凝土密實，濕潤，無松動顆粒、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�；嫣幱跐駶欙柡蜖顟B(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，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，避免時間過長影響涂刷質(zhì)量，造成材料浪費和粘結(jié)質(zhì)量降低。同時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，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，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進(jìn)行拌和），其中水的加入量根據(jù)現(xiàn)場拌合物的施工要求，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，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
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，尤其是邊角接縫處要反復(fù)壓實，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15mm，對于厚層修補，采取分層施工，層與層施工時間間隔以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
聚合物砂漿終凝后約12h～24h應(yīng)及時養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度不低于5℃和高于40℃，并保持水泥砂漿濕潤狀態(tài)，養(yǎng)護時間不少于7d。聚合物水泥砂漿未達(dá)到硬化狀態(tài)時，不得澆水養(yǎng)護或直接受雨水沖刷，在潮濕環(huán)境中，可在自然條件下養(yǎng)護。養(yǎng)護期間防止人踏、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，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，不宜在35℃以上或烈日照射下施工，并做好防曬及砂漿養(yǎng)護工作。
5 結(jié) 語
中國水利水電第十一工程局有限公司在滎陽段渠道凍融破壞處理成功研制了第一代沉箱鋼圍堰，并采用中國水電十一局鄭州科研設(shè)計有限公司研制的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，滎陽段渠道已處理26塊襯
砌板表面凍融缺陷，效果良好。
