浅谈穿堤涵裂缝修复的施工方法

浅谈穿堤涵裂缝修复的施工方法
摘要：随着当前社会经济的不断发展以及科学技术的持续进步，在堤防工程建
设进程中，应用先进的新型技术手段对穿堤涵进行裂缝修补施工，可以有效的提
高施工质量。

穿堤涵管是堤防工程的关键部位，也是最容易发生质量和安全隐患的位置，
这是由于穿堤涵管的数量较多、管理难度较大，发生问题不易被发现，当隐患扩
大成为事故时，就会造成严重的损失。

穿堤涵开裂是经常发生的，由于开裂渗漏
造成涵洞外侧土体水浸，形成水土流失，出现管涌、威胁坝体稳定，对防洪安全
及堤防工程会造成较大的威胁。

因此必须要重视穿堤涵管的裂缝修补施工，而近
年来手刮聚脲以及化学灌浆技术的快速发展，其应用到穿堤涵管裂缝修补工程中
可以有效对穿堤涵发生渗漏或者破损的位置进行修补，阻断渗水通道，确保工程
整体的运行安全。

因此本文主要分析穿堤涵出现裂缝的主要原因，并结合实际工程案例，探讨
修补方案，研究穿堤涵裂缝修补工程中应用手刮聚脲、化学灌浆的实用性，提高
穿堤涵运行的稳定性和安全性。

关键词：穿堤涵；裂缝修补；手刮聚脲；化学灌浆
前言
穿堤涵是堤防工程中重要基础设施，在通州区北运河、潮白河、萧太后河、
小中河等河道中广泛应用。

但是由于上述河道中穿堤涵修建时间较长，受到建设
时科学技术以及认识水平的限制，大量采用了穿堤涵管的施工方式。

经过长时间
的运行，其会出现工程老化、失管失修等情况，对堤防安全工程产生严重的威胁。

在现阶段，为加强堤防工程的安全性和稳定性，有效治理洪水灾害，我国加大了
对江河治理的力度，通过对疏浚拓宽旧河道、加高培厚原有堤防等，并且在治理
过程中逐渐重视对穿堤涵的裂缝修补施工，通过应用手刮聚脲和化学灌浆，能够
有效的处理历史隐患，提高堤防安全性。

一、工程概况
由于北运河流域穿堤涵修建时间较长，使用过程中穿堤涵出现不同的损坏，
因此需要对穿堤涵进行日常维护、养护，其目的是加强穿堤涵日常维护管理，保
证穿堤涵和堤防工程的安全运行。

我单位承接了“水利工程日常维修养护费
（2019九标：北运河水工建筑物日常维护工程）”，此工程包含9个子工程的养
护工作，其中有穿堤涵养护的工作为：1、昌平段穿堤涵维护；2、顺义段穿堤维
护养护；3、北运河所穿堤涵维护。

具体问题为穿堤涵不同部位出现裂缝，并且
裂缝大小不一，导致出现渗流问题，需要对渗流问题进行整治，阻断穿堤涵的渗
水通道，维护堤防工程的安全、稳定。

二、穿堤涵裂缝产生的原因
（一）地基不均匀沉陷形成的裂缝
穿堤涵产生裂缝的原因主要是地基不均匀沉降而诱发裂缝，尤以涵洞出现裂
缝的问题较多，具体是：
1、由于穿堤涵延堤坝横向贯穿，因此在穿堤涵基础中会出现不同土质，在长时间运行中，不同土质的沉降不均匀，致使荷载出现变化，导致出现环向裂缝。

2、由于穿堤涵贯穿堤坝的间距设置过大，一旦管壁混凝土在温度变化的作用下而出现干缩等，穿堤涵管周围的土体会以摩擦力的形式来阻止涵管进行纵向收缩，最后导致穿堤涵管的环向裂缝出现。

3、在对堤防进行加宽培厚施工时，因为新老堤防的填筑时间、采用的填筑材料和工艺等存在较大的差距，所以在结合面上就会出现沉降不均匀的情况，引发
穿堤涵管沿长度方向的荷载大小不同，同时在对基础施工时为采取有效的处理措施，也会导致地基沉陷出现不均匀等情况，出现环向裂缝和断裂等，致使穿堤涵
管发生渗漏。

4、同时在很多的堤防工程加宽培厚施工中，为控制投资成本，一般会在原有尺寸、原有结构和原有规模的基础上延长穿堤涵管，这种施工方式在一定程度上
会加大穿堤涵出现裂缝问题的几率。

由此可见，地基不均匀沉陷是导致穿堤涵发生裂缝的主要因素，在实际施工
中需要采取有效的修补技术，保障堤防工程的整体安全性和稳定性[1]。

并且在开
展裂缝修补施工时，需采用先进的施工处理技术，确保穿堤涵管的整体质量得到
提高[2]。

（二）施工质量差形成的裂缝
引发穿堤涵管裂缝的主要原因中还包括施工质量差，其在实际的堤防工程中，主要体现在两大方面，其一是穿堤涵管自身的施工质量不佳，如施工技术选用不
合理，与实地情况不适应等。

其二是对穿堤涵管周围的土体回填质量控制不到位。

比较常见的现象包括有回填土料较差、粘粒含量较低、压实度不足等。

当沉
降不均匀时，会使管道出现不同程度的裂缝。

当水流会在压力的作用下，沿着穿
堤涵管裂缝渗入到提防或坝体中，有可能会引发提防或坝体内的结构出现一定的
变化，从而导致堤防或坝体出现安全隐患。

因此由于穿堤涵施工质量存在较大的问题，在堤防工程长期运行中，就会导
致穿堤涵发生裂缝，不利于防洪安全。

并且修复工程只能对于出现裂缝的部位进
行修复，在今后的运行中其他部位或者修复部位还有可能出现裂缝，因此修复难
度很大。

三、修补方案
（一）裂缝产生原因分析
经现场勘查，本项目穿堤涵裂缝产生的原因如下：
1、穿堤涵地基不均匀沉降形成的裂缝：由于穿堤涵在靠近河道部分的地基含沙量较多，河道内水流冲刷、流水的侵蚀，导致这部分地基承载力下降明显；而
靠近提防外侧部分的地基以黏土为主，并且没有流水的侵蚀，因此地基承载力较好，因此地基不均匀的沉降就导致了穿堤涵管壁开裂，并且裂缝越来越大。

经现
场勘查，穿堤涵裂缝大部分都是此原因产生的。

2、施工质量差形成的裂缝：在昌平段和顺义店均有一处穿堤涵裂缝产生的原因是施工质量导致的，此两处的地基施工压实度在穿堤涵全线均为一致，施工时
的工程资料显示压实度能够满足项目需要，但施工过程中未考虑靠近河道部分的
流水侵蚀，对于此部分的基础应增加压实度，并做好迎水面的防护，以保证穿堤
涵基础不会被流水侵蚀，但实际施工中对于靠近河道部分的基础压实度不足，并
且未做任何针对流水侵蚀的防护，所以导致穿堤涵裂缝的产生。

3、裂缝大小、损坏程度的分析：此项目所涉及的裂缝有3处大于5厘米的裂缝，并且均出现管壁外侧空洞现场，但空洞均不严重。

其他裂缝都为细小裂缝，
并没有对管壁外侧产生实质影响。

（二）裂缝修补原则
在对该项目进行裂缝修补施工时，必须要遵循一定的修补原则，从而确保裂
缝修补处理的有效性，其具体有以下几个方面。

1、施工人员在选择修补处理方案时，要确保施工方式及技术能够与各种复杂条件相适应，比如能够充分适应区域内的冷、热温度变化，并且适应冻胀和冻融环境，保障修补方案具有一定的实效性[3]。

2、在对穿堤涵的裂缝修补施工时，要结合实际，合理选择方案处理时间，尽可能一次性完成裂缝修补作业，避免多次施工，对穿堤涵造成不必要的伤害。

3、施工人员要尽量选择适合大变形柔性材料的内外处理方法。

即是在开展渗流修补施工作业之前，做好勘查工作，可以对渗漏的区域进行有效的止水处理，并要合理选择适应环境变化的柔性充填材料，发挥其止水性能和效果。

在修复修补施工完成后，要确保其正常使用功能的实现。

4、对穿堤涵进行裂缝修补施工时，应当保障修复完成后，其表面具有较强的抗冲刷能力。

5、在穿堤涵的裂缝修补施工中，要合理选择伸缩缝的表面防护材料，其应具有良好的耐久性，特别是在低温工况下要具有较强的延展性和扯断伸长率等技术指标。

（三）修补方案
根据该项目中穿堤涵裂缝的形成原因以及处理原则，并以国内外现有的修补材料为基础，对其进行修复则可以选择裂纹内化学灌浆法和手刮聚脲封闭法等。

这两种修补技术是我国近年来新兴的高效裂缝处理工艺，具有对原混凝土结构破坏性较小、施工周期短、造价低廉等特点，具有较好的推广应用价值。

主要的施工修补方案如下。

1、化学灌浆
对穿堤涵进行裂缝修补施工，采用化学灌浆法可以有效的处理穿堤涵的沉陷裂缝问题，是当前修补穿堤涵裂缝的主要手段之一。

其是利用高压注浆设备将柔性化学浆液适当注入到狭缝当中实施封堵，这是因为化学浆具有较高的强度，可以充分适应裂纹的变形情况。

同时其也是一种水膨胀型的柔性聚氨酯材料，固结之后的弹性体能可以相对较好的填充裂缝内部空间。

针对该排灌站出现的穿堤涵渗漏问题，施工人员需要对充分掌握化学注浆的施工工艺，即是先检查裂缝的位置和布孔情况，对钻孔、清孔和喷嘴的安装进行检验，同时做好水压和压缩机的安装检查，并检查灌浆嘴和表面裂缝的暂堵情况。

除此之外施工人员还需严格控制浆料植被、注浆工艺以及水压力检测、核心检测等，最后做好混凝土表面临时堵漏磨光面的拆除和验收工作[4]。

通过采用化学灌浆修补技术，能够保障修复部位符合穿堤涵的质量要求，有利于保障堤防工程的防洪安全。

2、手刮聚脲
（1）手刮聚脲在穿堤涵修补施工中的主要性能
在对穿堤涵进行防渗修补的过程中，采用手刮聚脲技术能够有效的实现抗老化、提高抗渗能力和抗磨损能力以及抗腐蚀效果等，对修复混凝土开裂具有良好的应用价值。

并且由于其具有较为优良的力学性能和便捷的施工方案，可以很好的应对结构缝、冻融破坏等部位的修补，同时不需要借助其他特殊设备，相比于其他修复技术优势较为明显。

因此在穿堤涵渗流修补工程中具有非常广泛的应用前景，有利于提高穿堤涵的防渗和耐磨性能。

在裂缝修补施工中，相关人员需要着重考虑手刮聚脲的性能，以便于更好的开展施工作业。

手刮聚脲的主要性能
首先，手刮聚脲的主要物理力学性能主要包括固含量大于80%，能够有效的提高修补部位的强度和稳定性，而且手刮聚脲的抗拉强度可以达到20MPa以上，
扯断伸长率高于300%。

另外在手刮聚脲的物理力学性能中，撕裂强度可以达到
70KN/m左右，而且表面干燥的时间较短，仅为5h，在穿堤涵的裂缝修补施工中，可以发挥较大的优势作用，满足修补质量，保障穿堤涵运行的安全性。

其次，手刮聚脲还具有低温柔性和低温工作性。

在该项目的裂缝修补中可以
发现，手刮聚脲在抗冻性能试验中充分发挥其柔性性能的特点，比如在-45℃的情况下，仍能够保持较高的柔性，而且断裂伸长率可以达到100%以上，同时其抗
拉长度也会有所增长。

因此手刮聚脲可以在高寒地区的低温环境下有效的抵御混
凝土低温开裂变形。

虽然在一定程度上断裂伸长率会在低温下出现下降，但对于
低温工作性能则不会产生严重的影响，在穿堤涵的裂缝修补施工中，手刮聚脲具
有相对较好的应用效果[5]。

其三，手刮聚脲的类型包括有防渗型和抗冲磨型，其均具有相对良好的抗冲
磨性，并在性能上明显优于二级配高强混凝土。

通过手刮聚脲与高强混凝土抗冲
磨对比试验，可以发现手刮聚脲的冲磨后质量损失相对较低，而且磨损率也低于
高强混凝土。

因此在穿堤涵的裂缝修补施工中，应用手刮聚脲具有较好的修复效果，可以提高修复部位的强度。

（2）穿堤涵渗漏修复应用手刮聚脲修补技术
在穿堤涵的裂缝修补施工中应用手刮聚脲，需要相关人员充分掌握其施工工
艺和技术要点。

一般情况下，手刮聚脲施工多采用人工涂刷的方式，通过控制涂
刷的遍数和频率，以有效保障手刮聚脲涂刷的均匀性和厚度。

与此同时对穿堤涵
洞内壁的缺陷集中位置，应当利用手刮聚脲对其表面进行局部的全封闭，该项目
材料涂刷的厚度应控制在2mm左右。

在本次修补工程中对手刮聚脲施工工艺的
具体流程是①施工准备②开展混凝土表面打磨③修复混凝土存在缺陷④清洗混凝土⑤适当涂刷界面剂⑥手刮聚脲一遍⑦合理布置胎基布⑧手刮聚脲两遍以上⑨检查和验收修补表面质量。

在开展手刮聚脲工艺时，施工人员还要严格控制其工序技术关键点。

即对钢
筋头进行有效的割除，对混凝土进行有效的凿毛。

施工人员需要对先向业主请示，对影响穿堤涵裂缝修补施工的钢筋等预埋件进行割除，并对存在严重风化的混凝
土表面凿除一定深度，其具体深度可由现场混凝土试验的结果而确定。

通常情况
下凿除深度在20-30mm左右，保障表面露出新鲜混凝土土面。

在凿除工艺之后
需要利用高压风枪对表面进行清洗，最后使用聚合物砂浆开展回填养护作业，最
大限度的保障裂缝修补施工质量；施工人员还需对混凝土出现冻融剥蚀等渗漏缺
陷进行修补施工，当混凝土的冻融破坏或者剥蚀、基坑深度大于30mm时，可以
利用聚丙烯混凝土进行有效的回填和养护。

同时施工人员可以利用钢筋锚固对钢
筋网进行稳定加固，从而保障新老混凝土之间的黏结强度和抗剪强度达到相关规
定[6]；另外在对穿堤涵开展裂缝修补施工时，相关人员应当注意对混凝土的表面
进行打磨和开收边槽。

由于在手刮聚脲的混凝土区域中，可能存在着混凝土蜂窝、脱空、冻融和剥
蚀等现象，因此先要对出现的缺陷采取一定的预处理措施，再将磨削区域扩展到100mm的边缘外进行预处理。

实际上，在这一过程中磨削的深度取决于现场混凝土的质量，以保障科学合理的磨掉混凝土表面和冻融表面，打磨之后要保障表面
具有较好的平整性；在手刮聚脲的施工工序中，还需有效的刷涂界面剂，施工人
员必须要保障界面剂的涂刷具有均匀性，且不会出现渗漏情况，并实现涂层界面
保持干燥；在对穿堤涵开展手刮聚脲施工时，布置胎基布是指在界面剂处于干燥
状态但并未完全的固化之前，需要刮第一遍手刮聚脲，间隔1h后，则可以将胎
基布轻按在手刮聚脲的表面上，维持表面的平整性。

等到手刮聚脲第一遍的表面
干燥后，则可涂刷2-4遍手刮聚脲，当土层固化之后，厚度可以达到要求的3-
4mm厚度，促使手刮聚脲与混凝土的外边缘保持一定的平滑性和过渡性。

3、对于两种施工方法的选择
根据对本项目施工范围内的穿堤涵进行勘察，发现裂缝现状复杂，既有渗漏
较少或不渗漏的小裂缝，也有宽度很大的裂缝，并且大裂缝已经出现涵洞外部空
洞现象，在发展下去有可能出现管涌现象，如果出现管涌现象将对堤坝产生严重
破坏。

具体方法选择如下：
（1）对于刚出现的裂缝或者裂缝不大（宽度小于5cm），并且管道外部没有
流水冲刷造成的空洞，则优先选用手刮聚脲的施工方法进行修复。

（2）对于裂缝较大并且出现空洞现象，则优先选择化学灌浆的施工方法进行
修复，对于需要加强抗冲刷性能的部位，可在采用化学灌浆的施工方法基础上，
在穿堤涵内部再增加手刮聚脲的修复方法，这样可增加修复的效果。

（四）修复效果评价
通过上述方法进行的修复工程，在2020年5月进行的质保期的巡查中，修复质量全部合格，并且未发现修复后出现二次开裂。

因此在其他穿堤涵修复的项目
中也在积极推广。

结论
综上所述，在本项目的穿堤涵的裂缝修补中化学灌浆用于深入裂缝进行内部
填充处理，手刮聚脲用于表层处理加固，两者联合使用的效果更好，能够凸显出
修补方案的优势。

在应用化学灌浆和手刮聚脲技术时，不仅可以充分满足渗漏险
工治理的质量规范和要求，同时也保障了当地河道的堤防安全度汛。

因此在今后
穿堤涵修复的工作的过程中，需要仔细分析穿堤涵出现裂缝渗漏的主要原因，针
对地基不均匀沉陷、设计不符合要求以及施工质量差等问题进行深入研究，并结
合具体的工程情况，采用合理得修补方案，以进一步提高穿堤涵的修复修补质量。

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