李玉萍

（山東積高環(huán)境工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

市政排水管道外表面水泥裂縫損傷是城市基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)和管理中常見(jiàn)的問(wèn)題之一[1]。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市排水管道系統(tǒng)遭受日益增加的壓力和負(fù)荷，這使得排水管道外表面水泥裂縫損傷情況愈發(fā)突出[2]。這些裂縫損傷不僅可能導(dǎo)致排水管道的泄漏和滲漏，影響下水道系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也可能引發(fā)地面塌陷、路面崩坍等安全隱患，給城市運(yùn)行和居民生活帶來(lái)諸多問(wèn)題。在傳統(tǒng)的維修方法中，開(kāi)挖維修是一種常用手段，然而，這種方式需要破壞原有路面和地基結(jié)構(gòu)，造成交通阻塞、環(huán)境污染和工程成本高昂等問(wèn)題，對(duì)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)和居民生活帶來(lái)一定的影響[3]。因此，針對(duì)市政排水管道外表面水泥裂縫損傷，開(kāi)發(fā)一種非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)成為當(dāng)前亟須解決的問(wèn)題。

王凱等[4]認(rèn)為通過(guò)添加摻量可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥裂縫的修復(fù)，將硅灰、膨脹劑以及生石灰按照一定配比，修復(fù)觀測(cè)到的水泥裂縫，測(cè)定修改后的抗壓強(qiáng)度。Zhang C 等[5]根據(jù)自愈顆粒與透水晶體添加劑的協(xié)同作用，研究水泥修復(fù)技術(shù)，通過(guò)裂紋閉合率和抗壓強(qiáng)度恢復(fù)率來(lái)評(píng)價(jià)自愈效率。李麗莎[6]在水泥基材料的基礎(chǔ)上，采用聚合物對(duì)水泥基材料改性，以修補(bǔ)水泥裂縫。本文在此基礎(chǔ)上，提出市政排水管道水泥裂縫損傷非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)。非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)能夠最大程度地減少對(duì)城市道路和地下管線的破壞，提高維修效率，并能更好地適應(yīng)城市化發(fā)展的要求。通過(guò)研究市政排水管道外表面水泥裂縫損傷的非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)，不僅可以有效解決排水管道裂縫損傷帶來(lái)的問(wèn)題，還能提升城市基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)水平，為城市可持續(xù)發(fā)展和居民生活品質(zhì)提供保障。

1 工程概況

以一個(gè)具體的市政排水實(shí)際系統(tǒng)為例來(lái)介紹相關(guān)參數(shù)及排水管道外表面水泥裂縫損傷情況。該市政排水系統(tǒng)是某城市的下水道系統(tǒng)，主要用于收集和排放城市內(nèi)的雨水和廢水。市政排水系統(tǒng)局部示意圖如圖1 所示。

圖1 市政局部排水系統(tǒng)示意圖

以下是該系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)：

①管道數(shù)量：總共有400 條排水管道。

②長(zhǎng)度：總長(zhǎng)度為200km。

③管徑范圍：管道的管徑從225 ～900mm 不等，以適應(yīng)不同區(qū)域的排水需求。

④材質(zhì)：主要采用水泥管道、鋼管和塑料管道等材質(zhì)。

在這個(gè)市政排水系統(tǒng)中，由于多種因素的影響，包括地基沉降、溫度變化、水土腐蝕等，導(dǎo)致部分排水管道的外表面出現(xiàn)了水泥裂縫損傷。裂縫的形成可以歸因于多種原因。例如，地基沉降會(huì)導(dǎo)致管道受到壓力變化，進(jìn)而引發(fā)裂縫；溫度變化使得管道承受著熱脹冷縮的影響，也容易導(dǎo)致開(kāi)裂；另外，水土腐蝕也會(huì)使得水泥管道表面產(chǎn)生裂縫。裂縫的嚴(yán)重程度不盡相同。有些裂縫只是細(xì)微的表面開(kāi)裂，對(duì)排水功能影響較??；而一些裂縫可能較寬、較深，可能導(dǎo)致泄漏、滲漏以及地面陷落等更嚴(yán)重的問(wèn)題。

針對(duì)這些排水管道外表面水泥裂縫損傷，選擇合適的非開(kāi)挖修復(fù)方法，如注漿修復(fù)、碳纖維加固等，可以保護(hù)管道的穩(wěn)定性及排水效率，確保市政排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，維護(hù)城市的基礎(chǔ)設(shè)施安全。

2 排水管道外表面水泥裂縫寬度測(cè)量

測(cè)量上述市政排水管道外表面水泥裂縫寬度通?？梢允褂眉す鉁y(cè)距儀?；驹?yàn)槔眉す馄鳟a(chǎn)生的激光束與水泥管道表面進(jìn)行反射，通過(guò)接收器接收反射光信號(hào)，根據(jù)光線傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出管道表面到測(cè)量點(diǎn)的距離。在探傷過(guò)程中，激光測(cè)距儀無(wú)需直接接觸管道表面，通過(guò)測(cè)量反射光束的距離變化，可以檢測(cè)出地下水泥管道的裂縫、凹陷等損傷情況，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的非接觸式管道探測(cè)和評(píng)估。激光測(cè)距儀對(duì)管道外表面水泥的非接觸探傷的原理圖如圖2 所示。

圖2 激光測(cè)距儀對(duì)管道外表面水泥的非接觸探傷的原理圖

將喜利得Hilti PD-CS 激光測(cè)距儀對(duì)準(zhǔn)水泥裂縫的兩側(cè)，確保激光線垂直于裂縫并能夠完全覆蓋裂縫的兩側(cè)。然后，啟動(dòng)激光測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)量，儀器會(huì)準(zhǔn)確顯示裂縫的寬度值[7]。這款Hilti PD-CS 激光測(cè)距儀具有高度精確的測(cè)量功能，能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)量水泥裂縫的寬度，幫助工程師和維修人員實(shí)時(shí)掌握裂縫情況，為后續(xù)維護(hù)和修復(fù)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持。使用激光測(cè)距儀進(jìn)行排水管道外表面水泥裂縫寬度測(cè)量，不僅簡(jiǎn)便高效，而且具有較高的測(cè)量精度，是一種常用的現(xiàn)代化測(cè)量工具。 Hilti PD-CS 激光測(cè)距儀實(shí)物圖如圖3 所示。

圖3 Hilti PD-CS 激光測(cè)距儀實(shí)物圖

喜利得 hilti PD-I 激光測(cè)距儀主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

三腳架螺紋直徑： 1/4 寸

測(cè)量范圍： 0 ～100m

準(zhǔn)確性： 誤差±1 mm

特點(diǎn)如下：

（1）當(dāng)測(cè)量最短距離時(shí)，沒(méi)有最低測(cè)距；（2）LED 提供清晰地識(shí)別測(cè)量基準(zhǔn)，從而有助于避免測(cè)量錯(cuò)誤；（3）內(nèi)置360° 的傾斜傳感器適合各種應(yīng)用可能；（4）非常堅(jiān)固，適用于苛刻的工地環(huán)境；（5）測(cè)量快速可靠。

3 排水管道外表面水泥裂縫損傷的注漿技術(shù)

在不開(kāi)挖的情況下，通過(guò)鉆眼來(lái)完成排水管道外表面水泥裂縫的注漿可以減少對(duì)地面和管道的破壞，提高施工效率。具體步驟如下：

（1）勘察定位：首先需要對(duì)漏水部位進(jìn)行勘察，確定水泥裂縫的具體位置和范圍[8]。然后根據(jù)具體情況確定施工方案。

（2）Hilti PD-CS 激光測(cè)距儀對(duì)準(zhǔn)水泥裂縫的兩側(cè)，準(zhǔn)確顯示裂縫的寬度值。

（3）鉆孔[9-10]：使用EP550 便攜式鉆床和Diamond Core Drill Bit（金剛石芯片鉆頭）在漏水區(qū)域周圍鉆孔，孔徑為直徑20mm，深度取決于具體情況。鉆孔的位置和間距要經(jīng)過(guò)精確測(cè)量和規(guī)劃。

在使用EP550 便攜式鉆床和Diamond Core Drill Bit 進(jìn)行鉆孔的過(guò)程中，需要特別注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

①安全防護(hù)：在操作鉆床時(shí)必須戴安全眼鏡、手套和其他適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)裝備，以避免發(fā)生意外傷害。

②鉆孔位置的選擇：鉆孔位置應(yīng)該準(zhǔn)確測(cè)量并規(guī)劃，避免損壞管道或其他重要設(shè)施，同時(shí)確保位置的合適性和穩(wěn)定性。

③鉆孔深度的控制：鉆孔的深度取決于具體情況，必須根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行精確調(diào)控，避免超深或不足的情況發(fā)生。

④冷卻與潤(rùn)滑：在鉆孔時(shí)要確保金剛石芯片鉆頭保持良好的冷卻與潤(rùn)滑，以防止過(guò)熱導(dǎo)致鉆孔效果不佳或鉆頭損壞。

⑤鉆孔間距的設(shè)置：鉆孔之間的距離也需經(jīng)過(guò)精確測(cè)量和規(guī)劃，確保鉆孔布置合理、均勻，以及達(dá)到預(yù)期的效果。

⑥清潔工作：在鉆孔完成后，要及時(shí)清理現(xiàn)場(chǎng)，清除掉可能堵塞孔道的碎屑和灰塵，確保下一步工作能夠順利進(jìn)行。EP550 便攜式鉆床如圖4 所示，金剛石芯片鉆頭如圖5 所示。

圖4 EP550 便攜式鉆床

圖5 金剛石芯片鉆頭

（4）清潔孔洞：鉆孔后，需要清潔孔洞，確?？妆诟稍?、無(wú)污物，以利于注漿材料的粘附和固化。

（5）注漿：選擇注漿材料聚氨酯漿料，通過(guò)注漿泵將注漿材料注入鉆孔中，填充水泥裂縫和孔洞。確保注漿均勻充實(shí)，填滿所有空隙。

選擇聚氨酯漿料作為排水管道外表面水泥裂縫的注漿材料有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①良好的粘結(jié)性能：聚氨酯漿料具有優(yōu)秀的粘結(jié)性能，可以有效地附著于水泥表面和填充裂縫，形成堅(jiān)固的修復(fù)層。這有助于提高管道的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性。

②良好的柔性和彈性：聚氨酯漿料具有良好的柔性和彈性，能夠適應(yīng)管道的微小變形和振動(dòng)，不易發(fā)生開(kāi)裂或脫落，有利于維持修復(fù)層的完整性和穩(wěn)定性。

③出色的耐久性：聚氨酯漿料具有優(yōu)秀的耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠抵抗紫外線、酸堿等外界環(huán)境的侵蝕，確保修復(fù)層長(zhǎng)期保持良好的性能。

④優(yōu)異的防水性能：聚氨酯漿料具有良好的防水性能，能夠有效地阻止水分的滲透和泄漏，提高排水管道的防水性能，降低泄漏和漏水的風(fēng)險(xiǎn)。

⑤施工方便快捷：聚氨酯漿料通常是雙組份或多組份的預(yù)混漿料，施工前只需攪拌均勻即可使用，操作簡(jiǎn)便、施工效率高，有利于快速完成修復(fù)工作，減少對(duì)管道使用的中斷時(shí)間。

（6）固化養(yǎng)護(hù)：注漿完成后，等待注漿材料充分固化。根據(jù)注漿材料的要求，進(jìn)行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)時(shí)間，確保修復(fù)效果更持久。

4 方法可行性驗(yàn)證

4.1 水泥裂縫寬度測(cè)量結(jié)果

通過(guò)紅外熱像儀掃描地下管道，在裂縫處常常會(huì)有不同的溫度分布，顯示出熱量輻射的差異，從而幫助顯示裂縫修復(fù)效果。沿截面高度方向每間隔 10mm 進(jìn)行裂縫寬度測(cè)量并記錄。水泥裂縫可視化結(jié)果如圖6 所示。

圖6 水泥裂縫可視化結(jié)果

根據(jù)圖6 和表1 可知，利用研究方法得到的水泥裂縫顯示結(jié)果非常清晰，能夠?qū)α芽p走勢(shì)的寬度完成判斷和測(cè)量。這說(shuō)明通過(guò)將聚氨酯漿料從孔洞注入排水管道外表面的水泥裂縫中，填充并加固空隙，可以提高管道的整體強(qiáng)度和耐久性。這種注漿法施工相對(duì)簡(jiǎn)便，不需要開(kāi)挖地面或拆除原有管道，能有效減少對(duì)周邊環(huán)境和交通的干擾，同時(shí)降低維修成本，并且更環(huán)保和經(jīng)濟(jì)。因此，利用這一綜合方法得到的水泥裂縫顯示結(jié)果非常清晰，能夠?qū)α芽p走勢(shì)和寬度進(jìn)行精確的判斷和測(cè)量。

表1 裂縫沿管道高度方向的寬度/mm

4.2 注漿技術(shù)有效性測(cè)試

為了驗(yàn)證進(jìn)行注漿后管道外表面水泥裂縫是否得到了有效修復(fù)，在固化養(yǎng)護(hù)1d 之后，在整個(gè)排水系統(tǒng)上隨機(jī)選擇18 根1m 小段的管道作為測(cè)試對(duì)象，通過(guò)施加一定的水壓來(lái)測(cè)試地下排水管道的漏水情況。使用水壓泵將管道充滿水，并監(jiān)測(cè)壓力下降情況。如果壓力持續(xù)下降，則可能存在漏水點(diǎn)。具體監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 管道壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表2 的管道壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，對(duì)于隨機(jī)選取的18 段1m 長(zhǎng)的排水管道來(lái)講，其壓力幾乎沒(méi)有發(fā)生改變，說(shuō)明管道沒(méi)有發(fā)生漏水，證明了本文的注漿法具有有效性。

5 結(jié)論

本文提出一種市政排水管道水泥裂縫損傷非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)，不僅可以迅速修復(fù)裂縫，恢復(fù)管道的正常使用功能，減少對(duì)城市交通和生活的影響，還能夠提高管道的強(qiáng)度和耐久性，延長(zhǎng)使用壽命，減少維護(hù)成本。主要結(jié)論如下：

（1）研究方法得到的清晰水泥裂縫顯示結(jié)果可以精確判斷和測(cè)量裂縫的走勢(shì)和寬度，為管道維修提供了有效的技術(shù)支持。將聚氨酯漿料注入排水管道外表面的水泥裂縫，填充并加固空隙，能提高管道的整體強(qiáng)度和耐久性，同時(shí)減少對(duì)周邊環(huán)境和交通的干擾。

（2）所采用的注漿法對(duì)水泥排水管道的修復(fù)具有顯著效果，有效地解決了裂縫導(dǎo)致的潛在漏水問(wèn)題。通過(guò)壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果，證實(shí)了注漿修復(fù)后的管道處于良好狀態(tài)，并且沒(méi)有出現(xiàn)漏水情況，這為該種修復(fù)方案的實(shí)用性和有效性提供了強(qiáng)有力的支持。