化學(xué)灌漿技術(shù)在雅礱江錦屏二級水電站導(dǎo)流洞工程裂縫處理中的應(yīng)用

代 啟 遠(yuǎn)， 高 小 玲

(1.四川二灘建設(shè)咨詢有限公司錦屏二級監(jiān)理部，四川西昌 615000;2.四川二灘建設(shè)咨詢有限公司，四川成都 610051)

1 工程概述

雅礱江錦屏二級水電站首部攔河閘壩工程施工導(dǎo)流采用過流圍堰、隧洞導(dǎo)流方式。導(dǎo)流洞工程布置在攔河閘壩右岸，進(jìn)口高程1 625 m，出口高程1 624 m，隧洞全長595.43 m，設(shè)計(jì)坡比i=0.169%，襯砌后斷面為14 m×15 m城門洞型，洞身開挖以Ⅲ、Ⅳ類圍巖為主，其中Ⅲ類圍巖261 m，Ⅳ類圍巖334.43 m，全洞采用0.5 ～0.85 m 厚的C30W8鋼筋混凝土襯砌。導(dǎo)流洞在完成施工期導(dǎo)流任務(wù)后改建為永久生態(tài)流量泄放洞，以維持下游流域的生態(tài)平衡。

2 裂縫成因分析

通過對導(dǎo)流洞襯砌混凝土的裂縫進(jìn)行普查得知，裂縫主要分布在隧洞的邊墻、頂拱部位，裂縫寬度大致在0.1～0.5 mm之間，表面常伴有鈣質(zhì)析出物等雜物，普遍存在滲水現(xiàn)象。裂縫走向無規(guī)律，有水平裂縫、垂直裂縫、斜向裂縫和交叉裂縫。在綜合分析導(dǎo)流洞襯砌混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工環(huán)境、地質(zhì)情況后認(rèn)為產(chǎn)生裂縫的主要原因如下所述。

2.1 溫度應(yīng)力引起的裂縫

混凝土在澆筑初期，其內(nèi)部溫度因水化熱大量釋放溫升較快，引起混凝土膨脹導(dǎo)致其體積變化也較大，而混凝土表面散熱較快，加之低溫江水沿巖石裂隙滲流到基巖面，基巖接觸面和襯砌表面混凝土溫度上升較小，進(jìn)而引起體積變化也較小，又因局部超挖造成混凝土的襯砌厚度增加而引起襯砌混凝土的內(nèi)外部溫度變化不均勻。以上三種原因疊加使混凝土內(nèi)外溫差較大且不均勻，導(dǎo)致混凝土體積變化不均勻。混凝土內(nèi)部膨脹變形受基巖接觸面和表面混凝土約束，加之早期混凝土抗拉強(qiáng)度較小，從而引發(fā)混凝土產(chǎn)生早期溫度微裂縫。混凝土硬化后期，由于內(nèi)部降溫導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生收縮變形，這時混凝土的抗拉強(qiáng)度雖有提高但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于彈性模量的增長，此時，收縮變形受約束時產(chǎn)生的彈性拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度，從而造成早期溫度裂縫繼續(xù)擴(kuò)展，加之基巖低溫滲水的作用進(jìn)而形成貫穿裂縫導(dǎo)致滲水。

2.2 混凝土收縮變形引起的裂縫

(1)化學(xué)收縮。在混凝土硬化過程中水泥發(fā)生一系列化學(xué)變化，水化生成物體積比反應(yīng)前物質(zhì)總體積要小，從而導(dǎo)致混凝土的化學(xué)收縮變形(水泥水化時消耗水分造成凝膠孔的液面下降，形成彎月面，產(chǎn)生所謂的自干燥作用，混凝土相對濕度降低，體積減小)。(2)混凝土的干收縮。在混凝土澆筑早期水化反應(yīng)過程中，水化熱帶走大量水分，引起凝膠體失水而產(chǎn)生緊縮，同時其表面水分向外蒸發(fā)，當(dāng)蒸發(fā)速率大于泌水速率時，引起表面發(fā)生收縮;當(dāng)混凝土因收縮變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過其抗拉極限時導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。

2.3 施工引起的裂縫

混凝土在拌和、運(yùn)輸、入倉、振搗、養(yǎng)護(hù)等某一環(huán)節(jié)若控制不當(dāng)，均有可能降低混凝土質(zhì)量，使其強(qiáng)度不均勻，從而降低其抗裂能力，引發(fā)裂縫。早期混凝土用低溫江水養(yǎng)護(hù)促使其早期裂縫的形成。另外，混凝土澆筑不連續(xù)，間歇時間過長，導(dǎo)致結(jié)合面混凝土初凝，形成冷縫。

2.4 滲水引起的裂縫

在導(dǎo)流洞混凝土施工過程中，當(dāng)圍巖有水滲出時，受混凝土的阻擋，形成較高的水壓力，或?qū)е滤鲙ё呋炷翝{液，或擊穿新澆混凝土而形成流水通道，從而形成縫隙或使已有的裂縫進(jìn)一步發(fā)展。

3 裂縫的分類及處理原則

根據(jù)裂縫寬度、縫長、縫深，并結(jié)合裂縫所在的部位，將裂縫分為以下三類:

Ⅰ類裂縫(淺層裂縫):表面縫寬 δ≤0.2 mm。對Ⅰ類裂縫不做專門處理。

Ⅱ類裂縫:表面縫寬 0.2 mm ＜ δ≤0.35 mm，縫長100～200 cm，縫深不超過結(jié)構(gòu)厚度的1/4。對Ⅱ類裂縫進(jìn)行表面直接封閉處理。首先對縫面進(jìn)行清理，去除表面的鈣質(zhì)析出物及其他雜物，然后采用低粘度環(huán)氧對裂縫表面進(jìn)行封閉，待環(huán)氧表面干燥后再在縫面涂刷二道環(huán)氧增厚涂料，涂刷寬度為15～20 cm，涂刷厚度為1 mm。

Ⅲ類裂縫:表面縫寬δ＞0.35 mm以及表面有滲水的裂縫及縫長大于200 cm、縫深超過結(jié)構(gòu)厚度1/4的裂縫，采用先鑿槽封縫，再進(jìn)行化學(xué)灌漿的處理方式。

導(dǎo)流洞工程混凝土裂縫以Ⅲ類裂縫為主，共計(jì)60余條，300余m，均進(jìn)行鑿槽封縫化學(xué)灌漿處理。利用壓力將化學(xué)漿液注入混凝土裂縫、結(jié)構(gòu)縫等需要處理的部位，使其充填、膠凝、固結(jié)，達(dá)到防滲堵漏、補(bǔ)強(qiáng)加固的目的，以滿足導(dǎo)流洞混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全運(yùn)行的要求。

4 化學(xué)灌漿材料的選用及其性能

4.1 灌漿材料

化學(xué)灌漿材料的選擇原則為:粘度小、強(qiáng)度高、可灌性好、耐久性強(qiáng)。通過擇優(yōu)選擇，本工程化學(xué)灌漿材料采用長江科學(xué)院材料研究所研制生產(chǎn)的CW環(huán)氧樹脂。CW環(huán)氧樹脂是一種粘度小、可灌性好、凝固時間可調(diào)、操作方便的液態(tài)雙組份防滲材料，可灌時間達(dá)5～10 h。

4.2 封縫材料

封縫材料選用長江科學(xué)院材料研究所研制生產(chǎn)的ECH環(huán)氧膠泥和堵漏靈砂漿。

ECH環(huán)氧膠泥由高分子聚合物活性填充料組成，它不含任何有機(jī)溶劑，固化時間為24 h，粘接強(qiáng)度最大可承受1.3 MPa的灌漿壓力。ECH膠泥分為ECH－Ⅰ型、ECH－Ⅱ型、ECH－Ⅲ型三種。ECH－Ⅰ型用于貼嘴、ECH－Ⅱ型用于底膠、ECH－Ⅲ型用于面膠。

堵漏靈砂漿是一種高效、速凝、多功能新型粉狀無機(jī)防水材料，它是以無機(jī)高強(qiáng)膠泥為主體、添加多種無機(jī)材料和輔助劑制成的一種快速凝結(jié)堵水材料。在有流水或涌水的情況下帶水堵漏，堵水效果好，止水速度快，能迅速改善混凝土缺陷修補(bǔ)的施工環(huán)境，其抗壓、抗折、粘結(jié)強(qiáng)度、抗?jié)B指標(biāo)都明顯優(yōu)于普通混凝土的性能，對水工建筑物的防水處理具有其獨(dú)到的功效，是一種很好的混凝土缺陷修補(bǔ)材料。

5 化學(xué)灌漿施工工藝及方法

5.1 化學(xué)灌漿施工工藝流程

化學(xué)灌漿遵循:裂縫描述→裂縫清理→布孔→貼嘴→封縫→通風(fēng)檢測→配漿→灌漿→灌后處理→工程驗(yàn)收的工藝流程(圖1)。

5.2 施工方法

(1)裂縫描述:① 裂縫檢查。檢查內(nèi)容包括裂縫位置、形狀、走向、縫長、縫寬以及是否有滲水、溶出物等，并繪制裂縫示意圖。②填寫《混凝土裂縫性狀描述表》，并提交監(jiān)理工程師驗(yàn)收、確認(rèn)。

(2)裂縫清理:① 磨縫。沿裂縫的兩邊(每邊75 mm的寬度)用角磨機(jī)磨去混凝土表面沉淀物等各種有害雜物，探明裂縫走向，以便于注漿嘴的埋設(shè)并提高封縫效果。②洗縫。打磨完成后，用壓力水沿縫口向縫兩邊清洗干凈，以保證縫口張開，其內(nèi)無雜物、粉塵等其它影響封縫粘結(jié)的雜物，用針挑剔縫口無碎塊混凝土和雜物為合格。③采用角磨機(jī)將裂縫磨平以后，再采用切割機(jī)沿著裂縫走向?qū)⑵淝懈畛梢粋€5 cm×5 cm的騎縫“U”型槽。④記錄填寫《混凝土裂縫縫面打磨清理檢查表》，并提交監(jiān)理工程師驗(yàn)收、確認(rèn)。

(3)布孔:①采用鉆孔設(shè)備進(jìn)行鉆孔，孔深為50 mm，孔徑為32 mm，孔距為30～40 mm。②采用高壓沖毛機(jī)對鉆好的孔進(jìn)行清洗。

(4)貼嘴:①配制貼嘴膠。將ECH環(huán)氧膠泥的A、B兩組按比例配合并攪拌均勻。② 貼嘴。采用環(huán)氧膠泥貼嘴，將配好的ECH環(huán)氧膠泥置于注漿嘴底下，用定位針穿過進(jìn)漿管，對準(zhǔn)孔內(nèi)縫口插上，然后將注漿嘴壓向混凝土表面，用ECH環(huán)氧膠泥將注漿嘴固定住，1 min后抽出定位針，應(yīng)保證定位針不附膠泥。

圖1 鉆孔、貼嘴布置示意圖

(5)封縫:①封縫。用堵漏靈砂漿封縫，封堵寬3 cm左右，厚2 cm左右。②在注漿嘴安裝完成3～6 h后(用手觸碰不動即可)，在堵漏靈砂外層采用ECH環(huán)氧膠泥沿原裂縫左右各40～60 mm寬度刮抹10 mm厚，從而實(shí)現(xiàn)對裂縫的全封閉。

(6)通風(fēng)檢測:①封縫完成并養(yǎng)護(hù)2 h后，通風(fēng)檢測各孔的貫通情況。檢測各注漿嘴與縫面的串通情況，檢測縫面封堵是否嚴(yán)實(shí)，檢測縫的兩側(cè)有無串通的毛細(xì)裂縫。如檢測發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，要及時進(jìn)行處理后才能進(jìn)行下道工序。②通風(fēng)檢測的方法:通風(fēng)檢測壓力為0.2 MPa。關(guān)閉所有注漿嘴，留下1號、2號注漿嘴，用1號注漿嘴接上輸風(fēng)管進(jìn)行送風(fēng)，同時將2號注漿嘴接上軟管并將軟管插入水中，觀察水中是否有氣泡冒出，如有，說明1號、2號注漿嘴是串通的，否則為不串通。如有不通，則要分析情況進(jìn)行處理，必要時撬開重新清縫、貼嘴、封縫。在檢測完1號、2號注漿嘴后，關(guān)閉1號注漿嘴，用2號注漿嘴接輸風(fēng)管，打開3號注漿嘴。

用上述方法依次對注漿嘴進(jìn)行通風(fēng)檢測，在檢測各注漿嘴通路的同時，將肥皂水涂抹在封縫材料的上面，肥皂水涂抹寬度要超過封縫材料，觀察其有無氣泡冒出，如有則進(jìn)行標(biāo)識并作處理。

(7)配漿:采用雙液電動化學(xué)灌漿機(jī)，可實(shí)現(xiàn)整個配漿過程由灌漿泵自動完成，其漿液的配合比為 A∶B=6∶1。

(8)灌漿:①灌漿原則。自下而上，從一端往另一端(或從兩端往中間)，多點(diǎn)同步，依次灌漿。② 灌漿壓力。注漿壓力為0.4～0.6 MPa。在某一級壓力下吃漿量大于0.5 L/min時，不升高壓力;但當(dāng)開灌注漿量為0時壓力可直接提升至0.6 MPa。③單嘴灌漿時間。單嘴灌漿時間為8 min/嘴。④灌漿方法。現(xiàn)場具備灌漿條件時，向監(jiān)理工程師申請準(zhǔn)灌證。持準(zhǔn)灌證后進(jìn)行灌漿工序作業(yè)。將1號注漿嘴接上進(jìn)漿管開始灌漿，臨孔排水、排氣;當(dāng)灌漿時間沒有達(dá)到規(guī)定時間而鄰近的2號注漿嘴或3號注漿嘴甚至4號注漿嘴冒漿時，關(guān)閉2號、3號、4號注漿嘴，繼續(xù)灌漿;當(dāng)灌漿時間達(dá)到規(guī)定時間后，接上2號注漿嘴開始灌漿。依此類推，直至接上第5號注漿嘴灌注到規(guī)定時間后，拔出1號灌漿嘴的進(jìn)漿管，同時關(guān)閉1號注漿嘴，將進(jìn)漿管接上6號注漿嘴灌漿，直至最后一個注漿嘴。當(dāng)最后一個注漿嘴單孔吸漿量趨于零時或連續(xù)三個注漿嘴吸漿量小于0.2 L/min時，繼續(xù)穩(wěn)壓灌注20 min后結(jié)束灌漿。

(9)灌后處理:① 鑿除超高封堵材料和灌漿管，并用砂輪打磨至與混凝土面平齊為止。②批膠:為保證批膠寬度一致，先用透明膠帶粘貼打磨面兩側(cè)，然后用調(diào)配好的ECH環(huán)氧膠泥批涂二遍，第二遍批涂時間以第一遍批涂后不粘手為準(zhǔn)，以達(dá)到表面平整光滑為標(biāo)準(zhǔn)。最后拆除透明膠帶。

(10)質(zhì)量檢查及驗(yàn)收:化學(xué)灌漿結(jié)束，養(yǎng)護(hù)1周后，分段進(jìn)行鉆孔壓水檢查驗(yàn)收，檢查孔孔深10 ～15 cm，采用單點(diǎn)法壓水，壓力為0.5 MPa，透水率≤0.1 Lu為合格，否則返工處理。通過檢查，所有裂縫的透水率均≤0.1 Lu，滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 安全文明施工

在化學(xué)灌漿施工過程中，承包人建立了專門的倉庫存放化學(xué)灌漿材料，倉庫通風(fēng)良好并配備了防火器材。承包人配備專人管理材料，建立了材料領(lǐng)用、退庫、回收制度，沒有對環(huán)境造成污染。施工人員發(fā)放了眼罩、口罩、防護(hù)手套等防護(hù)用具，勞動保護(hù)工作到位。

7 結(jié)語

雅礱江錦屏二級水電站導(dǎo)流洞襯砌混凝土裂縫經(jīng)過化學(xué)灌漿處理后，滲水現(xiàn)象得到有效控制，外觀與混凝土基本一致。通過鉆孔壓水試驗(yàn)得知，透水率均≤0.1 Lu，施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。裂縫化學(xué)灌漿不僅起到止水堵漏的效果，而且對薄弱部位結(jié)構(gòu)起到了補(bǔ)強(qiáng)的作用，為導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)和運(yùn)行安全發(fā)揮了積極的作用。