曹小武，李 爽，李海民

(1.深圳市東江水源工程管理處，廣東 深圳 518036； 2.水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(武漢大學(xué))，湖北 武漢 430072)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市排水箱涵設(shè)施數(shù)量也增長迅速，但隨著時(shí)間增長，全國箱涵管齡普遍已達(dá)10～30年，接近設(shè)計(jì)年限中期。在長期使用過程中，污水長期沖刷腐蝕及軟土地基變形、道路負(fù)荷加重及擴(kuò)寬改造、周邊施工影響等造成箱涵存在結(jié)構(gòu)性和功能性缺陷其所引起的滲漏、變形、破裂甚至坍塌等安全事故日漸成為城市安全的隱患，受到民眾越來越多的關(guān)注和重視[1]。

目前，箱涵滲漏隱患調(diào)查多采用地質(zhì)雷達(dá)法[2-3]、分段灌水加壓法等方法。但地質(zhì)雷達(dá)法判別難度大、準(zhǔn)確性差；分段灌水加壓法難以準(zhǔn)確定位缺陷位置，且檢測所施加的內(nèi)水壓力也會(huì)對箱涵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，造成結(jié)構(gòu)變形變位。

為此，針對上述問題，本文提出一種綜合無損檢測技術(shù)，利用采用沖擊映像法[4]、高密度面波法[5]和滲漏噪聲監(jiān)控法進(jìn)行滲漏檢測，可以有效、可靠、無損地判斷滲漏區(qū)域。本文將選取深圳市東江水源工程西枝江輸水箱涵進(jìn)行試驗(yàn)并介紹此技術(shù)。

1 工程背景

深圳市東江水源工程西枝江輸水箱涵采用壓力箱涵、隧洞、管道、渡槽等封閉結(jié)構(gòu)避免外界環(huán)境對水質(zhì)的影響，其中箱涵斷面型式采用雙孔(3.2 m×4.0 m)箱型現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(見圖1)，標(biāo)準(zhǔn)段(節(jié))長度為23 m，分縫處設(shè)橡膠(或紫銅片)止水。工程運(yùn)行以來，箱涵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)伸縮縫填縫材料脫落、局部破損、填縫材料出現(xiàn)鼓包等影響結(jié)構(gòu)防滲性能并導(dǎo)致滲漏的問題。因此必須尋找新的、可靠、有效，且適合本工程特點(diǎn)的滲漏檢測新技術(shù)。

圖1 壓力箱涵標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

2 綜合無損檢測新技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)西枝江段壓力箱涵的工程特點(diǎn)、場地條件及作業(yè)環(huán)境等條件，整合選用沖擊映像法、高密度面波法和滲漏噪聲監(jiān)控法對該段箱涵進(jìn)行滲漏檢測?？傮w技術(shù)路線為：通過沖擊映像法確定箱涵伸縮縫位置，通過高密度面波、滲漏噪聲監(jiān)控法判定滲漏區(qū)域，并相互驗(yàn)證。

2.1 沖擊映像法檢測

1)沖擊映像法原理。在西側(cè)漏水箱涵上方采用沖擊映像法，彈性波通過折射傳播至檢波器，通過接收的地震波，來判斷箱涵的伸縮縫的位置，確定箱涵滲漏的原因，為箱涵穩(wěn)定狀況評價(jià)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。簡單來說，利用沖擊映像法探查道箱涵伸縮縫的位置，為接下來的工作做好準(zhǔn)備。其原理如圖2所示。

圖2 水平兩層介質(zhì)水平時(shí)距曲線圖

2)沖擊映像法檢測探查過程。沖擊映像法探查采用24個(gè)檢波器，檢波器為100 Hz動(dòng)圈式垂直分量速度型傳感器，震源偏移距1 m，測點(diǎn)間距1 m。測線布置平行于箱涵走向，自北向南，布置1條測線，測線長47 m，測線布置如圖3所示。

圖3 沖擊映像法檢測測線布置示意圖

2.2 高密度面波法技術(shù)

1)高密度面波法原理。當(dāng)敲打地面時(shí)，地面會(huì)振動(dòng)，振動(dòng)向遠(yuǎn)方傳播就形成了面波波動(dòng)，包括有瑞雷波和勒夫波。與瑞雷波不同，勒夫波介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)與傳播方向垂直。使用垂直分量檢波器就可接收瑞雷面波的垂直成分而避開勒夫面波。即利用高密度面波探查箱涵兩側(cè)地層分布狀態(tài)，判斷地層是否存在疏松、脫空和空洞區(qū)域。激發(fā)震器、檢波器布置如圖4所示。

圖4 面波數(shù)據(jù)采集方法示意圖

2)高密度面波法探查過程。高密度面波檢測系統(tǒng)由激振器(14磅八角錘)、采集系統(tǒng)(4.5 Hz動(dòng)圈式垂直分量速度型傳感器陣列)和控制系統(tǒng)(GEODE 24道地震儀)組成，如圖5所示。

圖5 高密度面波系統(tǒng)圖

根據(jù)現(xiàn)場狀況，布置高密度面波測線如圖6所示。高密度面波試驗(yàn)路段測線2條；沖擊映像法測線1條，位于兩面波測線中間；滲漏噪聲監(jiān)控法以漏水點(diǎn)為中心點(diǎn)布置測線1條，測線位置與沖擊映像法測線相同。其中，高密度面波系統(tǒng)信號激發(fā)，震源偏移距5 m，完成1次采集后，整體移動(dòng)采集系統(tǒng)至下一個(gè)測點(diǎn)，步長為6 m，重復(fù)上述操作，至完成整條測線數(shù)據(jù)采集；沖擊映像法采用14磅鐵錘進(jìn)行信號激發(fā)，震源偏移距1 m，完成1次采集后，整體移動(dòng)采集系統(tǒng)至下一個(gè)測點(diǎn)，步長為1 m，重復(fù)上述操作，至完成整條測線數(shù)據(jù)采集；滲漏噪聲監(jiān)控法系統(tǒng)布置24道檢波器，監(jiān)控30 min，完成整條測線數(shù)據(jù)采集。

圖6 高密度面波測線布置平面示意圖

2.3 滲漏噪聲監(jiān)控法檢測

1)滲漏噪聲監(jiān)控法原理。當(dāng)輸水箱涵局部破損產(chǎn)生滲漏時(shí)，水在壓力作用下向管外噴出的同時(shí)產(chǎn)生哨叫，引起振動(dòng)并在內(nèi)部形成渦流。在壓力一定的情況下，滲漏越小，震動(dòng)頻率越高，反之滲漏越大，則振動(dòng)頻率越低。通過一定間隔(一般10～20 m)設(shè)置檢波器，用儀器連續(xù)地測量和記錄，并通過數(shù)字濾波等手段消除背景噪音后，可以準(zhǔn)確判斷滲漏程度。即利用滲漏噪聲監(jiān)控法探查道箱涵滲漏點(diǎn)位置。其原理如圖7所示。

圖7 滲漏噪音監(jiān)控原理圖

2)滲漏噪聲監(jiān)控法探查過程。滲漏噪聲監(jiān)控法探查采用24個(gè)檢波器，檢波器為100 Hz動(dòng)圈式垂直分量速度型傳感器，測點(diǎn)間距1 m。測線布置平行于箱涵走向，自北向南，以漏水處為中心點(diǎn)布置1條測線，測線長47 m，測線布置如圖8所示。

圖8 滲漏噪音監(jiān)控法測線布置平面示意圖

3 檢測數(shù)據(jù)處理及結(jié)論

1)沖擊映像法檢測數(shù)據(jù)及結(jié)論。圖9～圖11中若顯示為折射波波形圖，其中相位連續(xù)，表明地下為無接縫整段箱涵；若顯示波形不連續(xù)，表示此處存在伸縮縫，在16 m(K162+169)和17 m(K162+170)之間存在箱涵的一條伸縮縫，在36～37 m之間存在第二條伸縮縫。

圖9 測線第一段折射波波形圖

圖10 測線第二段折射波波形圖

圖11 測線第三段折射波波形圖

2)高密度面波法檢測數(shù)據(jù)及結(jié)論。箱涵兩側(cè)測線對比檢測結(jié)果如圖12、圖13所示，圖中藍(lán)色至深藍(lán)色代表土壤含水率高或土質(zhì)疏松。由兩條測線對比可知，東側(cè)箱涵無滲漏或破損情況，箱涵西側(cè)在5～22 m(K162+158-K162+175)段范圍內(nèi)含水率較高，地層缺失穩(wěn)定性，存在疏松或脫空。

圖12 測線1箱涵西側(cè)剪切波速度分布段面圖

圖13 測線2箱涵東側(cè)剪切波速度分布段面圖

3)滲漏噪聲監(jiān)控法檢測數(shù)據(jù)及結(jié)論。圖14中顯示為無人為震源情況下檢測的震動(dòng)噪音情況，正常情況下，無其他干擾，監(jiān)測的噪音振幅較小，而出現(xiàn)漏水時(shí)，會(huì)加強(qiáng)干擾，造成噪音的振幅加大，在16 m(K162+169)處出現(xiàn)噪音變大，地面漏水處在16.5 m(K162+168.5)處，由于管道壓力較小，白天監(jiān)測時(shí)，受外界的其他噪音干擾較大，造成異常不明顯，但可見箱涵16 m(K162+168)處裂縫處在地面漏水。

圖14 滲漏噪聲檢測波形圖

經(jīng)過沖擊映像法、高密度面波法和滲漏噪音監(jiān)控法綜合物探檢測，該段西枝江輸水管道在16～17 m(K162+169-K162+170)范圍內(nèi)存在一條伸縮縫，該伸縮縫出現(xiàn)斷裂，導(dǎo)致該箱涵出現(xiàn)漏水，建議進(jìn)行開挖驗(yàn)證并進(jìn)行修補(bǔ)。注漿和開挖時(shí)應(yīng)避免損壞其他箱涵，防止出現(xiàn)其他滲漏，建議加強(qiáng)工程安全監(jiān)測，確保工程安全。

4 箱涵伸縮縫防滲漏處理技術(shù)方案

先剔除原有老化的止水膠板，對伸縮縫采用化學(xué)灌漿及快速堵漏劑堵漏，保證施工面為干燥面，縫內(nèi)嵌填2～3 cm厚高彈性砂漿。在伸縮縫表面錨貼高密度三元乙丙復(fù)合GB板(止水帶)。止水帶寬20 cm，三元乙丙厚5 mm，GB止水板3 mm，不銹鋼板厚3 mm，寬40 mm，表面再涂刷SK手刮聚脲，防止膠板老化及腐蝕，聚脲涂層厚度3～4 mm。該方案可以在潮濕或有滲水的環(huán)境下施工，具有三道止水措施，處理方案如圖15所示。

圖15 箱涵伸縮縫止水技術(shù)方案圖

主要材料性能如下：

高密度三元乙丙板具有強(qiáng)度高、耐老化、變形大等特點(diǎn)。三元乙丙板厚度為5 mm；復(fù)合的GB止水板條具有與混凝土及橡膠材料粘接好、耐老化、變形大等特點(diǎn)，厚度為3 mm。用于固定高密度三元乙丙復(fù)合GB板的壓條使用不銹鋼壓條。

施工工藝如下：

1)拆除原老化止水膠板及錨固螺栓；

2)沿伸縮縫兩側(cè)表面打磨清理，寬度35 cm；

3)沿伸縮縫鑿槽，槽深約5 cm，寬約2 cm，清洗干凈，并先用快速堵漏劑在縫槽內(nèi)嵌填1～2 cm厚，進(jìn)行封縫；再沿伸縮縫兩側(cè)打孔進(jìn)行化學(xué)灌漿，止水后，保持縫內(nèi)干燥，在縫槽內(nèi)嵌填2～3 cm厚的高彈性砂漿，將滲水部位伸縮縫中部鑿槽，用快速堵漏劑將槽填滿，如果滲水量較大，在伸縮縫側(cè)邊打排水管，將水引出；

4)按止水帶寬度劃線，止水帶寬20 cm，用云石機(jī)沿劃好的混凝凝土邊線進(jìn)行切割，切割深度為3～5 mm；

5)用金剛石磨片沿切割線向內(nèi)打磨出槽，遇深坑或混凝土表面松脫時(shí)，需進(jìn)行局部修補(bǔ)處理，確保處理面混凝土新鮮平整；

6)用沖擊鉆打孔，按15 cm間距安裝不銹鋼膨脹螺栓；

7)涂刷界面粘接劑后，安裝已打好孔的高密度三元乙丙復(fù)合GB板(止水帶)；

8)用不銹鋼板壓條將高密度三元乙丙復(fù)合GB板壓好固定，將螺絲擰緊，每個(gè)螺絲擰緊時(shí)用力要均勻；

9)三元乙丙復(fù)合GB板安裝完成后，整體表面涂刷SK手刮聚脲進(jìn)行封閉及防腐處理，并向兩側(cè)混凝土各延伸10 cm寬，厚度3～4 mm。

以上方案經(jīng)現(xiàn)場實(shí)施與檢驗(yàn)，效果良好，處理后未見有伸縮縫滲漏情況。

5 結(jié) 語

箱涵伸縮縫處滲漏是水利工程使用中經(jīng)常遇到且難以解決的問題，箱涵伸縮縫處滲漏，不僅修復(fù)費(fèi)用昂貴，而且污染環(huán)境，直接危及市民健康。以往深圳市東部供水水源工程有壓輸水箱涵的滲漏巡查一般以目測為主，難以迅速、直接地找到滲漏點(diǎn)，也就難以針對性進(jìn)行工程處理。

本文通過沖擊映像法、高密度面波法和滲漏噪音監(jiān)控法等綜合無損檢測方法，利用沖擊映像法確定箱涵伸縮縫位置，采用高密度面波、滲漏噪聲監(jiān)控法判定滲漏區(qū)域，其結(jié)果相互印證。實(shí)驗(yàn)證明了試驗(yàn)段范圍內(nèi)存在的一條伸縮縫，并查明了其漏水情況。同時(shí)，本項(xiàng)研究工作還提出了一種箱涵防滲漏處理方案，現(xiàn)場實(shí)施效果良好。

根據(jù)東江水源工程停水檢修特點(diǎn)，針對性采取了綜合無損檢測新技術(shù)，提高了箱涵的運(yùn)行和管理水平，適應(yīng)了城市發(fā)展和人民生活需要，可以及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地了解箱涵的結(jié)構(gòu)性和功能性狀況，為箱涵的養(yǎng)護(hù)、維修和管理工作提供依據(jù)，其實(shí)施效果為其他類似工程提供了重要的參考。