城市内河和外河间某自流箱涵漏水现象的诊断和治理

　　1、工程介绍

　　某自流箱涵位于某城市内河和外河之间(内河系指城市内部河流，水位高低可由人为因素控制，外河系指与长江相连的河流)的防洪大堤下方，于2002年建成，主要功能是沟通内河和外河。自流涵靠外河侧设有闸门，通过闸门控制实现内河的引水、排水及防洪要求。原自流箱涵设计为三孔涵(后简称老涵)，长40m，分两节，每节长20米，两节之间设橡胶止水带伸缩缝，内河侧自流箱涵末端设计有长度为10.47m的八字出水口。在建设过程中，因防洪大堤断面调整，自流涵进行了加长，原设计出水八字口外移，出水八字口和老涵之间增设了一节长12.07m箱涵(以下称老涵接长段)，与老涵之间通过橡胶止水带伸缩缝相连(详附图1)。老涵及老涵接长段基础下均设计有钻孔灌注桩，灌注桩桩顶不直接锚固于底板，桩顶与底板留有300mm粘土防渗隔水层(类似于复合地基褥垫层)。施工过程中长度12.07m的老涵接长段发生过一定的变形，止水带拉脱，后待沉降稳定后对其进行了修补。

　　2004年根据城市建设的需要，在该自流涵附近新建雨水泵站，雨水泵站在汛期时将内河水提升后排入外河。考虑工期、施工难度、出水口选址及造价等因素，最终采用了利用原有自流涵(老涵)兼做泵站的出水涵的方案。工程建设时拆除了内河侧原有出水八字口，将大堤进一步加宽，把原有自流涵往内河侧接长(新建泵站时接长的涵后简称新涵)，同时在内河侧新建了闸门及泵房进水口(如图2)。在大堤加宽过程中，老涵接长段处地面标高抬高了近2m。新涵与老涵接长段仍采用橡胶止水带伸缩缝相连。新建泵房及新涵桩基与底板刚性连接。新建泵站工程的进水口前池底板留有反滤和泄水孔。

　　2、事故的现象及分析

　　2006年夏天，泵房运行过程中发现:当箱涵外河闸门打开，内河闸门关闭时，在内河进水口前池底板有水溢出，此时外河水位高于内河水位;关闭外河闸门，保持新建闸门内外水位平衡后溢水停止。于是关闭两侧闸门并排水后进入箱涵内观测发现:老涵接长段沉降较大，与相邻的新、老涵有13～17cm的沉降差，缝内止水带拉断。缝内有溢水现象，经现场人员向破坏的伸缩缝内插钢筋后发现板底土有脱离现象。而其余各伸缩缝缝没有发现冒水。此时观察内河进水口前池底板无溢出现象。

　　根据现象分析，此时外河水位高于内河，当外河闸门开启，内河闸门关闭，内河前池有溢水现象，说明水从止水带破裂处流向了内河，新涵涵底已有渗水通道。同时关闭两侧闸门，抽干涵内积水后，内河前池无溢水现象，说明内河和外河之间并无形成贯通的渗水通道，也就是说水止水带破裂处到外河之间并无渗水通道，如果有的话，关闭两侧闸门，抽干涵内积水后，内河前池应该也存在溢水现象。于是基本可以认定，目前的溢水现象是从老涵接长段止水带破裂处通过新涵底板下流向内河新建进水口，基本排除外河管涌的可能。

　　3、汛期应急措施

　　发现渗漏现象时，正处在汛期，不便对箱涵进行大规模的修复，为抑制渗水通道进一步大并带走泥砂，避免涵底被掏空以至于影响大堤安全，需采取紧急加固措施。考虑时间紧迫因素，应急措施主要是封堵断裂的伸缩缝，切断渗水通道。待汛期结束后再进一步处理。

　　应急加固措施具体做法见图3。加固完毕后打开外河口闸门放水，原来内河出水口前池底板上的溢水现象消失，说明渗流通道已被切断。

　　4、事故原因分析

　　分析事故原因，箱涵本身地质条件比较差，且在施工过程中老涵接长段就发生过一定的沉降变形，原有地基已有扰动，在新涵建设过程中，又对老涵接长段增加覆土，原有设计并未考虑此部分荷载，导致老涵接长段进一步沉降，与两侧新涵、老涵形成沉降差，过大的沉降差将伸缩缝内的止水带拉裂。新建泵房后箱涵由自流涵变为压力涵，老涵接长段伸缩缝内止水带拉裂后，缝内止水构造失效后，在长期压力水流的作用下底板下的土被反复掏刷，造成水土流失，长期的水土流失会进一步扰动箱涵下的土层地基，进一步加剧箱涵的沉降，进一步的沉降又继续拉裂止水带，如此反复作用导致缝处止水构造完全失效，最终当水流带走的泥砂足够多时，便形成渗流通道。因老涵新涵底板构造不尽相同，老涵底板与桩基础并未刚接，留有300mm粘土防渗隔水垫层。

　　而新涵底板与桩基础刚性连接，桩间土成为薄弱环节，在水流的淘刷下更容易水土流失，这也是老涵接长段拉断缝处与内河形成渗流通道，而老涵接长段拉断缝处与外河并未形成渗流通道的主要原因。

　　5、箱涵的再处理及加固措施

　　5．1现状分析

　　汛期过后再次对箱涵内部进行了勘察，着重对2006年发生渗水变形后进行加固的两道伸缩缝进行了观测，发现伸缩缝表面钢板基本保持完好，螺孔未见明显的错动，未发现箱涵有明显的进一步沉降、变形。

　　缝隙止水基本可靠，但箱涵缝内局部有泥水泛清现象，估计有少量地下水渗入箱涵以内。

　　经过测量，观测认为，老涵接长段箱涵四周土壤及构筑物已稳定，该段箱涵不存在抗滑稳定问题。同时，该箱涵位于土中，地面基本是平坦的，相当于置换了一部分地基土，基本没有引起地基受力的不均匀，根据一般工程经验，不经处理的天然地基，即可满足该段箱涵的承载力要求，因此，可以肯定，本段箱涵不可能发生因地基承载能力不足而产生的土壤剪切破坏。(箱涵原设计桩基主要目的，也只是为了减少桩身段地基段土的压缩变形引起的沉降)。一般箱涵工程的隐患只是箱涵的进一步沉降。然而本工程具有一定的特殊性:可以说，本段箱涵事故是地基沉降、伸缩缝渗漏以及渗漏引起的水土流失等多种因素相互作用的结果。因此本次处理方案主要内容包括稳定沉降、消除渗漏、防治水土流失三部分。

　　在荷载基本不变的情况下，沉降过程是一个长期的过程，根据目前条件，控制箱涵沉降主要应依靠其自然稳定。从该段箱涵建成至今已有近四年时间，已经完成总沉降量的大部分，基本具备自然稳定条件，今后可以考虑适当减载或严格控制地面加载，对地基适当加固，以确保箱涵自然稳定;消除渗漏、防止水土流失的主要手段是处理伸缩缝和地基灌浆处理。

　　5．2加固措施

　　从应急工程到再次实施加固时，箱涵未发生明显的变形，已经趋于稳定，基本具备进一步对箱涵进行处理的条件。因此在下一个汛期之前对箱涵进行了进一步的修复处理。主要修复措施包括地基灌浆、对伸缩缝构造进行进一步处理。

　　5．2.1灌浆工程

　　(1)灌浆的作用。通过灌浆可以填充水土流失作用在土中形成的空隙，保证地基持力层的完整性。还可以对发生渗漏的伸缩缝部位进行止水，通过灌浆产生止水效果可以作为伸缩缝止水的第一道防线。另外桩间土和涵底板之间产生空隙，形成渗水通道，应设法封闭该通道，以减轻伸缩缝处的止水负担。同时发生事故的老涵接长段目前已有较大的沉降，证明箱涵地基持力层受到一定的坡环，灌浆可使地基持力层得到一定加固。

　　(2)灌浆的部位。灌浆的部位主要包括:①事故箱涵底板伸缩缝两侧，主要作用是填充空洞和止水;②箱涵两侧壁板伸缩缝附近，主要作用是止水;③事故箱涵底，主要作用是止水和加强地基;④新建箱涵底，主要作用是切断地下水的通道。灌浆的重点是断裂伸缩缝两侧。

　　(3)灌浆的材料。灌浆材料一般采用水泥浆，对于空洞较大的部位，可以采用先灌砂浆或细石混凝土再补水泥浆的方案，以增加灌浆体的强度，减少水泥用量。灌浆时，应根据灌浆的部位和作用的要求，适当掺入水玻璃。

　　(4)灌浆的方法。底板灌浆时，在新涵底板开孔进行灌浆。注浆水泥为强度等级32.5Mpa的鲜普通硅酸盐水泥，水灰比0.4～0.5。注浆分为双液注浆和单液注浆。水泥浆帷幕隔断主要起止水作用，应加大水玻璃用量，采用双液注浆，其余孔注浆主要起地基加固作用，采用单液注浆。注浆管间距不宜过大。灌浆加固时，发生事故的老涵接长段缝两侧和涵底灌浆深度为6米，雨水泵站新建箱涵灌浆深度为2米。

　　灌浆顺序应从内河侧往外河侧依次进行。止水段应进行若干次复灌。灌浆孔平面布置详见图4。

　　5．2.2伸缩缝进一步修复

　　根据勘察的结果表明，前期抢险工程的伸缩缝处理基本上是成功的，但还存在橡胶板宽度过大难以承担水压力，钢板变形能力差，耐久性差等问题，另外局部还有一定的渗漏。故考虑对伸缩缝的临时加固措施进行拆除，重新施工一道橡胶止水带系统加固伸缩缝。止水带采用中置式，材料应采用优质天然橡胶。止水带两侧采用钢筋混凝土固定，并采用植筋法或钢筋焊接方式与现有钢筋混凝土箱涵壁板相连。

　　伸缩缝加固大样见图5。增设橡胶止水带应在灌浆达到止水效果后进行。

　　6、经验总结

　　施工完成后，在老涵接长段和老涵伸缩缝两侧各设置了沉降观测点。经过六年多的观测，箱涵无新的沉降发生，也未发生大堤渗流现象，说明原有加固措施安全有效。此次对箱涵渗漏事故的处理获得了成功，保证了城市防洪大堤的安全，总结几点经验如下:(1)防洪大堤下的箱涵当采用桩基础时，桩基础尽量不应于底板刚性连接，建议设置一定厚度的粘土防渗隔水层。(2)伸缩缝为水工构筑物的薄弱部分，同时也是重要环节，设计和施工时应引起重视;应严格控制伸缩缝两侧结构单元的不均匀沉降。(3)在即有建(构)筑物上增加原设计未考虑的荷载时，应仔细核算原结构，避免引起附加沉降，必要时应进行加固处理。
　　参考文献：
　　［1］李彰明，软土地基加固的理论、设计与施工，中国电力出版社，2006．
　　［2］李茂芳、孙钊，大坝基础灌浆(第二版)，水利电力出版社，1987．
　　［3］北京市市政工程设计研究总院给水排水工程构筑物结构设计规程(GB50069－2002)［S］．北京:2003．
　　［4］北京市市政工程设计研究总院给水排水工程混凝土构筑物变形缝设计规程(CECS117:2000)［S］．北京:2000．