甘肃省引洮供水一期工程总干渠6座渡槽总长1.64km, 现浇钢筋混凝土简支双短悬臂矩形实体全封闭箱形断面结构槽身, 混凝土设计强度C30/F150/P6, 净断面尺寸为4.4m (宽) ×4.0m (高) , 单跨标准长度15.0m, 按照通过加大输水流量36.0m³/s、满槽水深荷载、常年输水运行, 以及工程运行期维护检修与日常管理槽内需通行车辆进行设计, 槽身外表全断面设置硬泡聚氨酯保温板保温系统。渡槽槽身跨中及接缝部位横剖面如图1所示。

6座渡槽由于槽身混凝土浇筑与各跨之间环向伸缩缝 (槽身接缝) 施工质量不良, 以及环向伸缩缝止水带形式与规格及其安装、接缝面勾填缝材料等与设计不同, 在建成通水运行时, 大部分槽身各跨之间环向伸缩缝、混凝土浇筑施工环纵 (斜) 向冷缝、裂缝、不密实砂眼, 以及支拉模、悬挂电缆与管道、钢筋孔洞等存在不同程度渗漏, 其中环向伸缩缝相对比较严重, 顶板环向伸缩缝存在外水内渗漏。渗漏形态与状况主要为轻者滴渗, 重者股状与线状流水, 槽内水深增大时产生喷射状水流, 缝、砂眼及孔洞周边槽身表面产生面积大小不同的湿润和流动明水。

为防止渗漏对槽身外保温系统的危害, 确保长久安全有效, 提高混凝土抗渗与抗冻性能, 隔离内水渗漏对混凝土与钢筋的侵蚀破坏, 以及考虑对施工质量缺陷进行修补补强, 对全部渡槽槽身及其环向伸缩缝采用PTN接缝防渗材料进行可靠、有效的渗漏与防渗处理。

PTN石油沥青聚氨酯接缝防渗材料简称PTN接缝防渗材料或PTN密封胶。它为GB/T50600—2010《渠道防渗工程技术规范》中所推荐的接缝防渗材料, 并列入了水利部《水利先进实用技术重点推广指导目录》中, 工程实践中应用广泛, 防渗漏效果优异, 一般情况下可替代传统金属、橡胶与塑料等各类型止水带。符合GB/T17219—1998《生活饮用水输配水设备及防护材料安全性评价标准》规定的各项技术指标要求, 对水质无毒、无害、无污染。

大量的工程应用实践证明, PTN接缝防渗材料与缝壁和缝内原材料以及混凝土结构平面可牢固黏结, 黏结强度与伸长率大、耐温性好、密度小、耐水压、耐老化、抗冻胀、无需加热冷施工、施工工艺简便快捷、环保无毒无污染、性价比高、适应性与黏结密封防渗止水性能优异, 可良好地适应渡槽槽身工程环境、结构变形与长久运行工况, 密度小, 可不过多增加槽身荷载。且具有混凝土基面渗透性能, 通过毛细孔道、微细缝隙和裂缝, 向内部渗透、封闭裂缝, 与混凝土凝结形成整体封闭防水层, 增强改善混凝土性能。

PTN接缝防渗材料由甲乙双组分构成, 按一定比例混合搅拌均匀30min~4h后, 即可在常温下自行固化, 形成黑色橡胶状弹性固体, 环境温度越高, 凝结固化越快。根据配方中原材料成分含量的不同, 成品料分为高 (H) 、中 (M) 、低 (L) 3种模量型号, 分别适用于防渗止水处理的不同环境、部位、缝型和运行工况。PTN接缝防渗材料物理力学性能指标如表1所示。

渡槽槽身及其环向伸缩缝现状基面质量缺陷修补处理采用PTN砂浆, 设计强度高于M20, 抗压强度>5.0MPa;抗拉强度>1.0MPa;吸水率<0.1%;渗透系数<0.236×10^-9cm/s;抗冻等级F200。PTN砂浆属于高分子树脂砂浆 (聚合物砂浆) , 是以PTN接缝防渗材料为基材, 配合洁净干燥砂料 (必要时增加高强水泥) 混合均匀制成, 具有高强、耐腐与耐磨、抗渗与抗冻性强的技术特点。

完整保留渡槽各跨槽身之间环向伸缩缝迎水面侧止水槽底已有橡胶止水带, 彻底拆除止水槽内各类填缝材料, 并对槽面处理后, 全断面密实灌填PTN接缝防渗材料, 单道环向伸缩缝灌填总长16.628m。环向伸缩缝背水面不处理, 维持现状。橡胶止水带表面采用PTN接缝防渗材料粘贴2层质量优异的牛皮纸或1层0.5mm厚塑料薄膜, 使其相互隔离, 互不影响其变形与拉伸。槽身环向伸缩缝渗漏处理横剖面如图2所示。

在对渡槽槽身两侧墙与底板全部内表面现状基面处理后, 涂刷PTN接缝防渗材料, 槽身涂刷面积12.296m²/m, 其中:两侧墙立面涂刷厚度2.0mm、用量为2.4kg/m²;底板平面考虑行车要求, 涂刷厚度加厚至4.0mm、用量为4.8kg/m²。

渡槽槽身环向伸缩缝渗漏水处理施工工序为:顶板→两侧墙→底板;主要工艺流程为:复核检查→迎水面侧止水槽内现状各类填缝材料拆除→基面处理→PTN接缝防渗材料制备→橡胶止水带表面牛皮纸或塑料薄膜粘贴→PTN接缝防渗材料灌填→养护→施工质量试验检测→工程验收。

渡槽槽身平面防渗处理施工工序为:两侧墙→底板;主要工艺流程为:复核检查→基面处理→PTN接缝防渗材料制备→PTN接缝防渗材料涂刷→养护→施工质量试验检测→工程验收。

对渡槽槽身总体现状、环向伸缩缝、环纵 (斜) 向施工冷缝、裂缝、砂眼、各类孔洞、坑槽, 以及渗漏形态与状况等全面详细复核检查, 并分类统计汇总, 作为防渗漏处理施工的基础及完工验收技术资料。

渡槽槽身全断面环向伸缩缝 (包括顶板、两侧墙与底板) 迎水面侧止水槽内除完整保留橡胶止水带外, 其他各类填缝材料须全面拆除清理至混凝土面, 防止损伤与超拆。止水槽两侧壁须清除松动层, 清理至新鲜混凝土面, 橡胶止水带及槽底两侧不锈钢钢带表面须干净光洁, 全断面及槽口两侧均不得残存各类黏结和附着泥土、砂浆与混凝土块、浮碴、灰尘、污水等杂物。必要时, 采用角磨机对两侧壁适当打磨, 使用吹风机压力风清除全断面遗留的残碴与水分, 使其具备良好的灌填施工基底条件。橡胶止水带若有松动, 则须采用PTN接缝防渗材料牢固粘贴于缝底不锈钢钢带上。

采用钢丝刷或角磨机对渡槽槽身内全断面淤积泥砂与垃圾、松散和疏松层、浮浆、脱模剂、油漆涂料、薄膜、污垢、返碱、碴土、灰尘、污水、有机物, 以及其他黏结和附着物等全面彻底清理、清除干净, 保持平面新鲜、干净、干燥与整洁, 使其具备良好的涂刷施工基底条件。

1) 对于槽身环向伸缩缝迎水面止水槽槽口两侧边缘破损, 采用PTN砂浆修补处理, 表面抹光, 养护成型, 确保槽口完好平整。

2) 对于槽身存在钢筋的孔洞, 以钢筋中心为圆心, 采用专用设备, 在槽身内表层开凿直径为50mm的标准孔洞, 将孔洞内全深度钢筋完整割除。对于无钢筋的孔洞, 以孔洞中心为圆心, 开凿直径为40mm的标准孔洞。清除孔洞内松动浮碴后, 全深度采用PTN砂浆密实填塞处理, 表面抹光, 养护成型与平整。

3) 对于槽身基面深度>10mm的坑槽及开度δ≥0.25mm裂缝与冷缝等, 沿缝走向并以缝为中心, 全长及其两端各延伸100mm范围, 采用专用设备, 开凿口宽与深度为30mm的“V”形槽, 采用与孔洞同样方式进行处理, 缝宽采用测缝计实测测定。

PTN接缝防渗材料须在干燥面施工, 在其涂刷与灌填施工前, 须在渡槽上下游进出口设置挡墙, 有效防止水流进入槽身内, 并将槽内积水全面彻底排除, 底板是防水处理的关键部位。根据实际状况采取暖风机烘干及自然通风风干等措施, 全面消除基面水流和凝结水珠等明水, 确保基面干燥。

根据总干渠6座渡槽工程特性、槽身与环向伸缩缝整体结构、接缝面形式、渗漏形态与状况、不同部位所处环境状况与长久运行工况等因素, 以及PTN接缝防渗材料技术特性、灌填与涂刷施工方式, 槽身渗漏及防渗处理PTN接缝防渗材料确定分别采用不同的模量型号与甲乙双组分配合比。

1) 槽身环向伸缩缝渗漏及底板平面防渗处理确定采用高模量H型号, 为稠度大的糊状, 质量配合比为甲料∶乙料=1.0∶2.0。

2) 槽身两侧墙立面防渗处理确定采用中模量M型号, 为稠度适中的膏状, 质量配合比为甲料∶乙料=1.0∶2.5。

将计量过的PTN接缝防渗材料甲乙双组分, 按照确定的质量配合比倒入拌合与储存容器内, 采用搅拌机将混合料强力搅拌8min以上, 保证颜色与稠度均匀, 制成施工成品料。乙组分冬季环境气温较低时呈现为较硬膏状, 需加热至黏稠液状, 但须避免与明火接触, 确保安全。

PTN接缝防渗材料具有短时凝结固化特性, 按照“随制备、随使用、快用完”原则制备成品料, 一次不宜制备过多, 按照3h用量控制制备量, 超时未用料废弃, 成品料中严禁添加稀释剂与再次加料, 确保一次调和拌制成型, 变稠时频繁搅动。

按照PTN接缝防渗材料的凝结固化时间, 以及施工强度与能力, 对渡槽槽身全断面按照不同部位分区与既定程序施工。灌填与涂刷施工及后续养护全过程中, 施工区域环境温度需≥5℃, 严禁在明流水、水淋与大湿度等不利环境中施工, 以确保施工质量。

PTN接缝防渗材料灌填与涂刷施工工具主要包括毛刷、滚筒、灰刀、搅拌棒、拌合与储存容器、搅拌机、角磨机、吹风机等。施工之前须进行试验验证, 以确定单次施工槽长与面积、单次材料制备量、施工机具可靠性、凝结固化时间、质量控制要领, 以及保护措施等, 并测定施工区域环境温度与湿度及其变化。

槽身环向伸缩缝灌填施工之前, 在橡胶止水带表面, 采用PTN接缝防渗材料粘贴2层质量优异的牛皮纸或1层0.5mm厚塑料薄膜。PTN接缝防渗材料灌填采用支护模板灌入或用灰刀嵌入方式施工。止水槽全断面须填充紧密、填满压实、挤紧粘牢, 槽口灌填面与槽身平面防渗层齐平, 表面平整光洁。应加强分区灌填施工相接缝面处理, 使之形成整体, 密实相接。

槽身立面及平面PTN防渗材料涂刷施工须注重纵横来回用力, 确保槽身面凹凸及两侧墙上下贴角部位能够满涂, 两侧墙及底板涂刷层厚度需分别≥2.0mm, ≥4.0mm, 同时用量分别≥2.4kg/m², ≥4.8kg/m²。层厚2.0mm要求一次涂刷完成, 层厚4.0mm应在2~3遍内完成涂刷, 涂刷层不设环纵向接缝, 要求均匀密实, 表面平整光洁。

槽身裂缝、冷缝、砂眼、坑槽、各类孔洞、分区和分块相接缝面, 以及槽身两侧墙上下贴角等部位, 是涂刷施工质量重点控制部位。加强相邻涂刷施工区块相接缝面处理, 使之形成整体, 密实相接, 全断面涂刷层表面须平整、光滑。灌填与涂刷施工完毕后, 须对槽身全断面进行检查, 对施工不密实及不均匀等质量缺陷返工处理。

PTN接缝防渗材料灌填与涂刷施工完毕后, 及时采取措施保护与自然方式养护, 养护时间以灌填体与涂刷层完全凝结固化成型为准。当施工区域环境气温<-5℃时, 须采取升温和保温措施, 确保正常完全凝结、固化与成型。养护完成后1周内, 槽身内不得堆积物体。

PTN接缝防渗材料灌填与涂刷施工、凝结固化及其后续养护全过程中, 须全方位有效保护, 严禁碰撞、摩擦、行车、堆物、搭载机具与承载、水流、水淋、冻结、碴土、灰尘、污水, 以及-5℃以下低温等对其造成危害与破坏, 槽身底板部位是防护重点区域。

养护完成后, 应在无水流及环境基本干燥的条件下, 经过≥1周时间的静养成型、凝结稳固, 方可通水运行。高温酷暑与低温严寒, 以及需通过大流量、高速、高含泥砂与垃圾杂物水流等特殊情况下, 应进一步推迟通水运行时间。

渡槽槽身及其环向伸缩缝渗漏与防渗处理PTN接缝防渗材料施工质量试验、检查验收项目主要包括:基面处理, PTN接缝防渗材料物理力学性能, 成品料制备, 环向伸缩缝灌填密实度, 涂刷层厚度、单位面积用量、均匀度、平整度与光洁度, 养护、凝结固化与成型状况, 与基面黏结强度以及抗渗性等方面。总体按照环向伸缩缝每2道随机完整抽检1道;每跨槽身平面均抽检, 两侧墙与底板各随机抽检1处, 每处≥2.0m²。抗渗性按照槽身内连续蓄水深度≥3.2m, 时间≥3.0d进行试验检测。

引洮供水一期工程总干渠6座渡槽槽身及其环向伸缩缝采用涂刷与灌填PTN接缝防渗材料处理后, 通过满槽压水试验, 以及大流量与大水深长时间通水运行考验, 槽身及其环向伸缩缝未再产生渗漏, 防渗漏处理实施效果良好, 成效显著, 达到了预期目的。