徐春蕾
(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海市200092)
上海市大口徑排水箱涵的使用年限普遍已達(dá)15~30 a,已進(jìn)入或接近設(shè)計(jì)年限中期。在多種因素綜合作用下,箱涵內(nèi)部逐步出現(xiàn)了頂板混凝土腐蝕剝落,鋼筋銹斷、脫落等嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性缺陷,承載力大大削弱,嚴(yán)重處甚至多處出現(xiàn)頂板受腐蝕后不堪重負(fù)、坍塌,污水外冒的情況。此外,箱涵附近的施工活動、上部超載等外部因素也嚴(yán)重影響大口徑排水箱涵的運(yùn)營安全。
以建設(shè)在上世紀(jì)七十年代的南干線為例,經(jīng)若干箱涵斷面的抽檢,發(fā)現(xiàn)了箱涵頂板普遍存在不同程度的腐蝕,部分區(qū)域頂板下層鋼筋出現(xiàn)了銹斷、脫落的現(xiàn)象,承載力嚴(yán)重削弱,安全隱患問題突出,迫切需要進(jìn)行修復(fù)[1]。
除了頂板腐蝕外,大口徑排水箱涵常見的損壞類型有:構(gòu)件表面裂縫、頂板局部破損、變形縫處滲漏等。其修復(fù)應(yīng)根據(jù)各種不同的損傷類型、受損程度及區(qū)域大小等因素,制定相對應(yīng)的修復(fù)方案,并經(jīng)設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營等各方的充分地研究、論證后,方可進(jìn)入實(shí)際修復(fù)施工。
大口徑排水箱涵的結(jié)構(gòu)性損壞,可按損傷類型劃分為箱涵表面裂縫、頂板局部破損、鋼筋混凝土腐蝕及變形縫滲漏四類。對于老舊排水箱涵最為常見的鋼筋混凝土腐蝕,又可按受損部位及腐蝕程度劃分為:頂板保護(hù)層腐蝕、頂板鋼筋腐蝕及側(cè)壁鋼筋腐蝕等。排水箱涵變形縫的滲漏可按受損原因分為變形縫錯位及止水帶破損。
排水箱涵表面裂縫主要指由于外部因素,如箱涵頂部的施工、堆載等,造成箱涵表面(主要為頂板)的裂縫的一種損傷。其特征為箱涵構(gòu)件(主要為頂板)的承載能力完好。從設(shè)計(jì)角度來講,即構(gòu)件的受力狀態(tài)尚在承載能力極限狀態(tài)以內(nèi),結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度未減弱,僅局部范圍超出了正常使用極限狀態(tài)而發(fā)生了超過規(guī)范允許的裂縫。
大口徑排水箱涵頂板局部破損主要指由于外部因素,如箱涵頂部的施工或箱涵本身施工缺陷,造成箱涵結(jié)構(gòu)(主要為頂板)局部破損而發(fā)生雨污水外溢的一種損傷。其特征為箱涵的整體結(jié)構(gòu)性能完好,僅小范圍的局部結(jié)構(gòu)破壞,因此僅需局部的結(jié)構(gòu)修復(fù)即可。
對于建成年代較近、透氣井運(yùn)作良好或壓力輸水箱涵,一般來說混凝土腐蝕較輕,僅發(fā)生保護(hù)層部分的腐蝕,粗骨料外露,其內(nèi)部鋼筋完好。
對于此類腐蝕較輕的情況,根據(jù)具體的腐蝕深度,在混凝土表面進(jìn)行基面處理后,采用防腐砂漿噴涂抹面或涂刷防腐涂料即可。
對于建成年代較遠(yuǎn)、透氣井運(yùn)作不良且為非滿管流的箱涵,頂板及側(cè)壁水位線以上部位腐蝕較為嚴(yán)重,經(jīng)常出現(xiàn)混凝土保護(hù)層腐蝕殆盡、下層鋼筋銹斷的情況。此時(shí),從設(shè)計(jì)角度講,箱涵已無法承擔(dān)跨中部分彎矩,該部分結(jié)構(gòu)承載力喪失。而實(shí)際上,箱涵并未出現(xiàn)大范圍的破壞、垮塌等情況,一方面箱涵結(jié)構(gòu)以外的土拱效應(yīng)或道路的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層很好的承擔(dān)或分散了部分荷載。另一方面,箱涵頂板跨中部分形成了塑性鉸,原封閉框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為懸臂結(jié)構(gòu),箱涵頂板上層鋼筋受力大幅增加,且箱涵側(cè)壁的內(nèi)力也大幅增加,使箱涵處于及其危險(xiǎn)的狀態(tài)。
對于此類腐蝕較嚴(yán)重的情況,必須對箱涵頂板進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng),使其恢復(fù)原設(shè)計(jì)工況下的受力狀態(tài),保證箱涵整體受力的穩(wěn)定性。
大口徑排水箱涵在實(shí)際運(yùn)行過程中,經(jīng)常發(fā)生變形縫處污水溢出的情況。分析其原因,主要由以下因素造成:
(1)變形縫橡膠止水帶自身的老化、斷裂;
(2)由于箱涵頂部的超載(尤其是箱涵縱向變形縫兩側(cè)的不均勻堆土),造成變形縫處頂?shù)装遄冃慰p拉開、拉裂;
(3)由于變形縫橡膠止水帶自身的老化、斷裂引起的局部滲漏,造成基底土的軟化、擾動,從而進(jìn)一步加大變形縫處的變形,加劇止水帶的損壞。根據(jù)以上不同的變形縫滲漏原因及程度,可將變形縫的滲漏分為:止水帶破損及變形縫錯位兩大類。對于僅發(fā)生止水帶破損的情況,一般僅需對破損部分,或整條止水帶進(jìn)行修補(bǔ)即可,無需對箱涵結(jié)構(gòu)及地基進(jìn)行加固等的措施。而對于變形縫錯位引起的滲漏,不但要進(jìn)行止水帶的修補(bǔ),還需對箱涵變形縫處的接頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。同時(shí),應(yīng)根據(jù)地基的情況,進(jìn)一步論證受否需要進(jìn)行地基土的加固。
針對排水箱涵不同類型的結(jié)構(gòu)性損傷,其修復(fù)技術(shù)可分為結(jié)構(gòu)性修復(fù)、變形縫修復(fù)及外部輔助性措施三大類。
結(jié)構(gòu)性修復(fù)是指為修復(fù)箱涵某部位具體的損傷,使其恢復(fù)原有功能而對其結(jié)構(gòu)本體進(jìn)行的加固或修復(fù),如混凝土表面的防腐砂漿噴涂、鋼筋混凝土加蓋及內(nèi)襯加固技術(shù)。
鋼筋混凝土加蓋修復(fù)技術(shù)主要應(yīng)用于排水箱涵頂板腐蝕、破損及嚴(yán)重滲漏時(shí)的局部結(jié)構(gòu)性修復(fù)。一般以排水箱涵原頂板做為新頂蓋的底模板,待新澆鋼筋混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后作為排水箱涵結(jié)構(gòu)的一部分[2]。該修復(fù)技術(shù)通過新澆筑鋼筋混凝土頂板及部分側(cè)壁的方式,與原箱涵側(cè)壁相連接,形成新的箱涵受力結(jié)構(gòu)體系,對局部腐蝕、破損或滲漏的原箱涵頂板進(jìn)行不停水修復(fù)。
內(nèi)襯加固技術(shù)主要適用于箱涵有停水內(nèi)修條件時(shí)采取的內(nèi)部結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的方式(見圖1)。通過對箱涵內(nèi)襯結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固,對腐蝕嚴(yán)重的老舊箱涵結(jié)構(gòu)提高承載力具有較好的作用。內(nèi)襯加固技術(shù)根據(jù)加固范圍可分為整體內(nèi)襯墻加固及局部構(gòu)件內(nèi)襯加固。根據(jù)加固方式可分為噴射混凝土、壓注混凝土。
圖1 箱涵內(nèi)襯加固示意圖
變形縫修復(fù)主要針對變形縫錯位及止水帶破損等情況造成變形縫滲漏水,根據(jù)修復(fù)方式可分為整體內(nèi)貼式止水帶及局部外貼式止水帶兩大類。
變形縫處止水帶的修復(fù),一般無法對原中置式(預(yù)埋式)止水帶進(jìn)行修補(bǔ),而需要在箱涵內(nèi)側(cè)或外側(cè)增設(shè)外貼式止水帶。在施工條件允許時(shí),即排水箱涵有臨時(shí)停水、放空的條件時(shí),宜在箱涵內(nèi)部采用整體外貼式止水帶的修補(bǔ),其止水效果較好[3]。
然而,在目前污水量大、大口徑排水箱涵間互通性較差的情況下,很難有臨時(shí)停水的條件。這時(shí),需根據(jù)變形縫損壞的具體情況,分析外部局部修復(fù)的可行性。
外部局部修復(fù)是在排水箱涵無法停水或無法進(jìn)入箱涵的情況下,在箱涵外側(cè)進(jìn)行的變形縫修復(fù)。鑒于箱涵底板埋深較深、防止底板下地基土的掏挖對箱涵穩(wěn)定的影響,底板部分變形縫一般無法進(jìn)行外側(cè)修復(fù),其止水的可靠性較內(nèi)側(cè)整體式修復(fù)較差。因此,如條件允許,應(yīng)盡量采取內(nèi)部整體修復(fù)的方式,而外部局部修復(fù)需要經(jīng)充分的論證后方可實(shí)施。
外部輔助性措施是指為改善排水箱涵內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)及外部受力工況等采取的非直接結(jié)構(gòu)性加固措施。
對于改善箱涵運(yùn)行狀態(tài)的措施,主要為透氣井的清理及適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)。根據(jù)部分箱涵透氣井的排摸,發(fā)現(xiàn)透氣井內(nèi)垃圾板結(jié)堵塞的情況較為多見。由于透氣井無法發(fā)揮應(yīng)有的功效,使得箱涵內(nèi)部有害氣體不斷積累并長期作用在箱涵上,最終使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕。
改善箱涵結(jié)構(gòu)的外部受力工況,指當(dāng)箱涵結(jié)構(gòu)由于自身結(jié)構(gòu)變化或外部環(huán)境改變不能滿足荷載要求時(shí),可以通過EPS輕質(zhì)材料換填、設(shè)置卸荷板或護(hù)管橋的方式,使原有結(jié)構(gòu)能夠維持或減輕外部荷載,使箱涵安全運(yùn)行。
外部輔助性措施一般結(jié)合內(nèi)部結(jié)構(gòu)性修復(fù)一起實(shí)施,使得受損排水箱涵的修復(fù)更為可靠。
根據(jù)不同的損傷類型、損傷程度,并結(jié)合排水箱涵的修復(fù)施工條件(主要指停水內(nèi)修條件),確定可采用的修復(fù)方式。在必要時(shí),加以輔助性措施,確保排水箱涵的安全運(yùn)行。各類損傷類型對應(yīng)的修復(fù)方式,詳見表1。
表1 排水箱涵修復(fù)技術(shù)選擇表
上海市大口徑排水箱涵的使用年限較為久遠(yuǎn),在多種因素綜合作用下,箱涵內(nèi)部逐步出現(xiàn)了頂板混凝土腐蝕剝落,鋼筋銹斷、脫落等嚴(yán)重結(jié)構(gòu)性缺陷,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行必要的排摸及采取合適的方式進(jìn)行修復(fù)及加固。
大口徑排水箱涵的局部結(jié)構(gòu)性損壞,可按損傷類型劃分為箱涵表面裂縫、頂板局部破損、鋼筋混凝土腐蝕及變形縫滲漏四類。對于老舊排水箱涵最為常見的鋼筋混凝土腐蝕,又可按受損部位及腐蝕程度劃分為:頂板(側(cè)壁)保護(hù)層腐蝕、頂板(側(cè)壁)鋼筋銹蝕等。變形縫的滲漏可按受損原因分為變形縫錯位及止水帶破損。
根據(jù)大口徑排水箱涵不同的結(jié)構(gòu)性損傷,修復(fù)技術(shù)可分別內(nèi)部結(jié)構(gòu)性修復(fù)、變形縫修復(fù)及外部輔助性措施。