浅议南水北调中线干线土建工程维修技术要点

肖文素，李舜才，余梦雪

（南水北调中线干线工程建设管理局，100038，北京）

南水北调中线工程自2003年开工以来，经过12年的建设，于2014年12月12日通水。截至2019年4月22日，南水北调中线工程供水已达200亿 m3，北京、天津、郑州、石家庄等北方城市水资源短缺问题得到缓解，发挥了经济、社会、生态等综合效益。由于通水以来未进行停水检修，给工程运行带来了挑战，如何在不停水情况下开展土建工程维修，确保维修质量，保证工程的功能完好显得尤为重要。南水北调中线干线工程建设管理局通过运行四年来的攻关和实践，初步探索出了土建工程维修的经验。

一、南水北调中线干线土建工程特点

南水北调中线干线全长1432km，主要由渠道工程、输水建筑物、左排建筑物等组成。

南水北调中线干线渠道累积长1103 km，其过水断面为混凝土衬砌，一级马道以上內坡和渠道外坡采用混凝土框格、浆砌石、干砌石、混凝土板、喷锚支护、坡面排水沟等防护措施，渠道两侧设置运行维护道路、截留沟、导流沟等。

南水北调中线干线输水建筑物累积长329 km，主要采用倒虹吸、渡槽、暗渠、隧洞、箱涵、PCCP管道等结构形式。南水北调中线干线共设左排建筑物494座，包括排水倒虹吸、排水涵洞、排水渡槽等。

二、主要维修项目

混凝土工程维修包括渠道混凝土衬砌板维修 （干地作业或水下作业）、混凝土裂缝处理、混凝土表面剥蚀处理、混凝土结构碳纤维布补强、混凝土结构粘钢补强、聚脲喷涂防水修补等。土方工程维修包括边坡滑坡维修、土质渠（堤）坡裂缝处理等。

三、维修项目技术要点

1.干地环境渠道混凝土衬砌板维修

干地环境渠道混凝土衬砌板维修适用于低水位运行时水面以上衬砌板或者采用围堰创造干地环境的衬砌板维修。

（1）基面清理

对混凝土衬砌板损坏部位采取凿除损坏混凝土、重新浇筑混凝土衬砌板的处理措施，其凿除范围宜为矩形区域，凿除边缘整齐，无松动块体。凿除已损坏的混凝土衬砌板时，尽量避免损坏其底部的复合土工膜或排水设施，如有损坏，按原设计标准恢复。混凝土衬砌板凿除的弃料应运至指定的弃料点。基面清理应平整，并按设计要求铺设土工膜（或保温板或排水设施）。土工膜具备焊接条件的，优先使用焊接方式连接；新旧土工膜或不具备焊接条件的，使用粘接方式连接。混凝土浇筑前，维修单位应申请监理单位验收，验收合格后方可浇筑。

（2）混凝土浇筑

宜使用商品混凝土，要求供应商提供质量证明文件。混凝土浇筑时下料匀速，振捣时间满足要求，对出现的质量问题及时处理。混凝土初凝前及时进行压光处理，并覆盖养护，养护时间不少于7d。混凝土衬砌板浇筑完成、达到规定强度后，进行切缝。伸缩缝清理干净，填充塑性板及密封胶应符合设计要求。

2.混凝土裂缝处理

（1）喷涂法

喷涂法宜用于修补宽度≤0.3 mm的表层微细裂缝。喷涂法技术要求：用钢丝刷或风砂枪等清除混凝土表面的附着物，然后进行凿毛并冲洗干净；用树脂类材料充填混凝土表面气孔。混凝土表面凸凹不平的部位应先涂刷一层树脂基液，后用树脂砂浆抹平；再选用环氧树脂类、聚酯树脂类、聚氨酯类、改性沥青等涂料，在其表面涂刷或喷涂2～3遍，涂膜总厚度应＞1 mm。第一遍喷涂时应采用经稀释的涂料。

（2）表面粘贴法

表面粘贴法宜用于修补宽度≤0.3 mm的表层微细裂缝。表面粘贴法维修技术要求：用钢丝刷或风砂枪等清除表面附着物，然后进行凿毛并冲洗干净；基面干燥后，涂刷一层胶粘剂，然后粘贴刷有胶黏剂的聚酯乙烯片材等粘贴材料，并用力压实。

（3）开槽粘贴法

开槽粘贴法宜用于修补宽度≤0.3 mm的表层微细裂缝。开槽粘贴法维修技术要求：沿裂缝凿矩形槽，形成宽 180～200 mm、深 20～40 mm、长超过缝端150 mm的矩形槽，清洗干净；在槽四周先涂刷一层树脂基液，然后用树脂基砂浆找平；沿裂缝敷50～60 mm宽的隔离膜，在隔离膜两侧干燥基面上涂刷胶粘剂，然后粘贴刷有胶粘剂的聚酯乙烯等片材并用力压实；在槽两侧面涂刷一层胶粘剂，然后充填弹性树脂砂浆并压实抹光。充填后的表面应与原混凝土面齐平。

（4）充填法（静止缝）

充填法 （静止缝）宜用于修补宽度＞0.5 mm的静止裂缝。充填法（静止缝）维修技术要求：沿裂缝凿燕尾槽或矩形槽，槽宽、深 20～40mm，并对槽进行清洗；槽面应涂刷基液，槽面处于干燥状态下涂刷树脂基液，槽面处于潮湿状态下涂刷聚合物水泥砂浆；向槽内充填修补材料并压实抹光，充填后的表面应与原混凝土面齐平。

（5）充填法（活动缝）

充填法（活动缝）宜用于修补宽度＞0.5 mm的活动裂缝。充填法（活动缝）维修技术要求：沿裂缝凿U形槽，槽宽、深20～40 mm，并对槽进行清洗；槽底面用砂浆找平，并在其上铺设隔离膜；槽侧面用胶粘剂涂刷，然后嵌填弹性嵌缝材料并用力压实；回填砂浆抹平，与原混凝土面齐平。

（6）灌浆法

灌浆法宜用于修补宽度为0.2～1.5 mm的静止裂缝和活动裂缝，静止裂缝可选用水泥、环氧、高强水溶性聚氨酯浆材等，活动裂缝可选用弹性聚氨酯浆材等。灌浆法维修技术要求：裂缝修补材料应按有关规范或通过试验选用，修补前宜进行工艺性试验；灌浆宜在低温季节或裂缝开度大时进行；根据裂缝宽度、长度及走向合理布置灌浆孔；沿裂缝凿V形槽，槽宽、深50～60 mm并清洗干净；在槽内涂刷基液，用砂浆嵌填封堵缝口；垂直裂缝和倾斜裂缝应从深到浅、自下而上进行；接近水平的裂缝可从低端向高端或从吸浆量大的孔到吸浆量小的孔进行；灌浆压力宜为0.2～0.5 MPa，当进浆顺利时，可适当降低压力；灌浆结束时的吸浆量应小于0.02L/min；在浆材固化强度达到设计要求后，钻检查孔进行压水试验；检查孔的吸水量应小于0.01L/min，不合格时应进行补灌；水泥灌浆按相关规范的规定执行。

3.混凝土表面剥蚀维修

混凝土表面轻微剥蚀损坏采用水泥砂浆、细石混凝土或环氧类材料等修补。剥蚀厚度小于20 mm时，采用聚合物砂浆或树脂砂浆修补；厚度为20～50 mm时，采用水泥基砂浆修补；厚度为50～150 mm时，宜选用一级配混凝土修补；厚度大于150 mm时，宜选用二级配混凝土修补。维修前根据现场水泥和砂子及和易性试拌确定水灰比。 灰砂比一般为 1：1～1：2（重量比），丙乳掺量为水泥用量的25%～30%。初凝时间≥45 min，终凝时间≤24 h。拌制材料需称量准确，不能随意扩大水灰比。拌制时，先将水泥和砂子干拌均匀，再加入经试拌确定的水量及丙乳，宜采用人工拌和，充分拌和均匀。每次拌制的砂浆应在初凝前用完，如发现凝胶、结块等现象不得使用。用钢丝刷清除发生剥蚀的混凝土表面污物、尘土和松软、脆弱的部分，同时在薄层修补区的边缘宜凿出一道30 mm深齿槽，以增加修补面与老混凝土的黏结。基础面用清水冲洗干净，并保持潮湿状态，但不得有积水。在清理并湿润的基面上，均匀涂刷一层丙乳水泥浆打底。刷浆时要不断搅动丙乳水泥浆，防止水泥沉淀，在净浆未硬化前，即可进行丙乳砂浆抹面。丙乳砂浆厚度大于10 mm时，需分层涂刷，每层抹面厚度宜为5～10 mm。须向同一方向刮抹，手触涂层不粘手时方可进行下一层刮抹，下一遍刮抹的方向与上一遍刮抹的方向应基本垂直。丙乳砂浆抹面一次维修面积不宜大于15 m2，可采用分块跳仓进行维修。维修时环境温度10～35℃为宜，不宜在大风环境或气温较高且有太阳直射的环境中维修。丙乳砂浆抹面收光后，表面触干应立即覆盖塑料薄膜、草袋等进行潮湿养护7 d，然后自然养护21 d。潮湿养护温度不得低于5℃，期间如遇寒流应采取保温措施。

4.混凝土结构碳纤维布补强

（1）基底处理

清除离位、疏松、蜂窝、腐蚀的混凝土块体，用专用材料将表面填平补齐，修复平整；用角磨机除去混凝土表面浮浆、油污等杂质，对表面凸出部位磨平，并磨出布置压条的嵌槽；基面清理后，用压缩空气或清水除去粉尘，待表面完全干燥后，用脱脂棉沾清洗剂擦拭表面；用专用找平材料对混凝土结构表面进行找平；按规定工艺配制底胶，用滚筒刷或毛刷将底胶均匀涂抹于混凝土表面，厚度不得超过0.4 mm，不得漏刷、流淌，不得有气泡等。待底胶固化后，粘贴碳纤维布。

（2）粘贴碳纤维布

按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，并逐一编号，以便与粘贴部位对应。裁剪和卷布过程中，应保持碳纤维布表面干净，无灰尘、杂物等。根据粘贴碳纤维布的面积确定所需浸渍胶的数量，按照供应商提供的配比混合均匀，搅拌3min左右，在规定时间内用完。将配制好的浸渍胶均匀涂抹在所要粘贴的部位。用专用滚筒顺碳纤维布的纤维方向多次进行滚压，挤出气泡，使浸渍胶充分浸透碳纤维布，并与底胶充分结合。滚压不得损伤碳纤维布。多层粘贴时，需重复上述步骤，待碳纤维表面浸渍胶指触干燥后，立即进行下一层粘贴。每层粘贴的有效面积不得低于95%。碳纤维布粘贴后，安装固定压条。现场钻设固定压条的螺栓孔，孔内安装浸入植筋胶的塑料膨胀套管。压条与碳纤维布表面齐平。

（3）固化养护

环境温度在20℃以上时，初期硬化养护时间约1 d，养护1周后进行施工质量检测；环境温度在10～20℃时，初期硬化养护时间约1～2 d，养护1～2周后进行施工质量检测；环境温度在10℃以下时，初期硬化养护时间约2d，养护2周后进行施工质量检测。粘贴后，在初期硬化期内不得对片材进行锤击、移动或高温处理。在碳纤维表面涂抹环氧胶泥，再用水泥浆进行本色粉刷。

5.混凝土结构粘钢补强

（1）基面处理

划定打磨区域，对其混凝土基面进行打磨，打磨深度以不损伤钢筋，并保证钢板轮廓与内衬壁面相容为宜，钢板的安装深度误差不超过2 mm。打磨完成后采用高压空气吹去表面粉尘，采用清洗剂清洗混凝土表面，保证混凝土基面无污染、无杂物。

（2）钢板表面处理

依施工图纸确定钢板长度，临空的边缘应按设计要求修边。对钢板正反两面进行除锈、粗糙打磨处理，保证表面粗糙且露出金属光泽。打磨完成后，采用清洗剂清洗钢板表面。

（3）锚筋安装

在打磨好的混凝土基面上打孔、植筋，植筋位置、孔径、间距、深度符合设计要求。打孔完成后清理孔内粉尘，用脱脂棉蘸清洗剂插入孔内清洗；然后采用注射器注入植筋胶，注胶量不少于孔容量的50%；注胶完成后，将锚杆旋转进入锚孔。植筋完成后，应逐根进行现场拉拔试验，拉拔力为设计值的80%以上为合格。如有不合格的，锚筋应调换位置重新植入，并将原植筋孔封堵密实。

（4）钢板固定

根据现场螺栓位置，在钢板上开孔，孔径应较植筋直径大2cm左右。将钢板固定于混凝土结构面上，钢板埋入深度与设计深度误差不得大于2mm。将钢垫板与钢板满焊，并切除高出钢板的螺栓杆段，将螺母满丝拧紧。采用封边胶将钢板四周密封，同时埋设灌浆管（排气管），灌浆管应上下、左右两侧交叉布置，间距、位置符合设计要求。

（5）钢板与混凝土灌注结构胶

待钢板封边胶固化后，在钢板与混凝土结合面灌注结构胶。灌浆自下而上，灌胶压力通过生产性试验确定。当高于注浆嘴的排气管均有连续胶液流出后，则可认定排气管以下的部分灌胶密实，即可封闭排气管更换注浆嘴继续注浆。待钢板最上部排气管有连续胶液流出后，则可认定浆液灌浆饱满。用锤子轻敲钢板边角及螺栓周围，检验灌胶是否饱满。灌胶结束、正常养护12 h后，清理表面注浆嘴及排气管以及流出的胶液。注胶结束后进行72 h养护，在此期间钢板不得受到撞击或震动。钢板防腐材料涂刷符合设计要求。

6.聚脲喷涂防水修补

（1）基面处理

清除混凝土基面的附着物；在拟封闭的区域外侧设计宽度位置范围内切割斜V形槽；清除基层表面的突起、起壳、分层及严重碳化疏松等部位，露出新鲜混凝土基面；在清理后混凝土表面涂刷水泥砂浆等界面剂；经处理的混凝土基层应坚固、平整、干净等。

（2）聚脲喷涂

喷涂前必须检查确认喷枪吐出量是否正常；喷枪口距喷涂面80～100 cm的距离进行喷涂，保证喷膜厚度均匀；喷涂时，喷枪的行走速度及喷涂遍数应严格控制，以满足设计厚度要求；喷涂7 d后、聚脲材料强度达到设计强度70%以上时，可在维修区域原位进行粘接强度检测，测定其黏结强度和喷膜厚度。

7.渠道边坡滑坡维修

（1）全部挖除已滑动的土体

挖除滑动体时，应从上边缘开始，逐级开挖，每级高度不大于0.30 m，一直挖至滑动面以外；平面挖除范围宜从滑坡边线四周向外展宽0.5～1.0 m；将滑坡体削至稳定的坡度。

（2）分层回填压实筑坡

选择与原坡相近的土料或符合设计要求的土料，分层回填压实筑坡，达到边坡稳定；滑坡处理过程中，应保持原土体稳定。

8.土质渠（堤）坡裂缝处理

（1）自流灌浆

自流灌浆适用于缝宽较大、缝深较小的土质渠（堤）坡裂缝处理；缝顶挖槽，槽宽深符合设计要求；按“先稀后稠”的原则用砂壤土泥浆灌缝，水土重量比分别符合设计要求；灌浆后及时封堵沟槽。

（2）充填灌浆

充填灌浆适用于缝宽较小、缝深较大的土质渠（堤）坡裂缝处理。孔位布置应符合设计要求，每条裂缝均应布置灌浆孔，孔径50～76 mm。浆液中的土料宜选用成浆率高，收缩性较小、稳定性较好的粉质黏土或重粉质壤土，土料组成以黏粒含量20%～45%、粉粒40%～75%、砂粒小于10%为宜。泥浆相对密度宜控制在1.5 t/m3左右。制浆过程中，应按要求控制泥浆稠度及各项性能指标，筛除大颗粒和杂物，保证浆液均匀干净。灌浆管上端孔扣压力宜为 0.05～0.30 MPa，或符合设计要求。灌浆压力应逐步由小到大，不得突然增加；灌浆过程中，应保持压力稳定，波动范围不超过5%。采用“由外到里、分序灌浆”和“由稀到稠、少灌反复”的方式进行施灌，发现异常变化，及时停灌。在设计压力下，灌浆孔段经连续3次复灌而不再吸浆时，灌浆即可结束。在浆液初凝后，采用黏土球、制浆土料或浓泥浆进行封孔。清理土质渠（堤）坡灌浆杂物，保持坡面整洁。

四、结 语

南水北调中线干线工程战线长，气候地质环境复杂，受暴雨、洪水、冰冻、高地下水、膨胀土等因素影响，每年都需要对工程进行检查维修，由于受不能停水的限制，通水4年来通过对渠道水下围堰、水下混凝土浇筑、建筑物分孔停水快速维修、边坡暴雨冲刷快速处理、渗漏快速处理等研究和攻关，取得了一定的经验并逐步推广，保证了工程安全运行，随着新设备、新工艺、新材料的运用，南水北调中线干线土建工程维修技术将不断创新和突破，为大型调水工程运行期土建工程维修积累经验和提供借鉴。