地下混凝土結構接縫預注漿防水關鍵技術的研究與應用

【摘要】適用于接縫防水的施工技術以及形成了預備注漿系統施工工藝；可以在施工縫、后澆帶、新舊砼接觸部位使用，最終形成地下混凝土結構接縫預注漿防水的流水作業。該技術的經濟性、施工速度和防滲漏效果都有明顯的優勢。與傳統的接縫處理方法相比，不僅材料性能優異、安裝方便，而且節約工期和費用，并在不破壞結構的前提下，確保接縫不漏水，是一種先進有效的接縫防水措施。

【關鍵詞】地下混凝土結構、接縫防水施工技術、預注漿系統防水技術

1. 前言

砼結構自防水和接縫防水處理是結構防水的基本環節。地下混凝土結構接縫可重復注漿防水的施工技術；以及地下混凝土結構工程接縫防水預注漿系統的施工工藝，具備獨立穩定的可重復注漿系統；也可實現與橡膠止水帶安裝結合，達到多重防水功能的目的。與傳統的接縫防水處理技術相比：不僅材料成本低，使用性能優異，安裝簡便，且節省工期和安裝費用；并在不破壞結構的前提下，確保接縫處不滲漏水，可以達到“零滲漏”效果，是一種先進有效的接縫防水施工技術。

中冶建工集團有限公司在城市軌道建設項目上，采用本項創新的接縫防水的施工方法和預備注漿系統施工工藝，通過在施工縫、后澆帶、新舊砼接觸部位使用，總結形成了本項地下混凝土結構工程接縫防水預注漿系統施工技術。并在實施過程中，研發了一種適用于地下混凝土結構工程接縫防水施工技術 ；以及一種地下混凝土結構工程接縫防水預備注漿系統工藝。經科技部西南信息中心查新機構查新，（查新報告編號：J20134398）無相關研究報道內容。

本項關鍵技術在開發過程中形成了具有自主知識產權的專利技術2項；專利名稱：

a.《一種地下混凝土結構工程接縫防水施工方法（專利號：201310297415.5）》、

b.《一種地下混凝土結構工程接縫防水預備注漿系統》（專利號：201320421698.5）》、

實施的工程被推薦為2011年度中冶科工集團新技術應用示范工程。

2. 研究背景

采用傳統的混凝土結構防水方法，其混凝土結構中的各種強防水方法具有不穩定性，以及技術上無可靠性。如何解決在地下混凝土結構接縫防水、改善其現有技術僅由橡膠止水帶的單一防水工況，形成永久性防水是關鍵性技術難題。其次，若是調整混凝土配方來提高混凝土的自密實度防水方法，一是無通用性條件采用；二是不能滿足分段澆筑的接縫防水；，三是無二次澆筑防水界面針對性；僅能適用于連續澆筑的混凝土，其不具備可行性。再其次， 若是在地下混凝土結構采用傳統的橡膠止水帶防水，使用條件有限，在分段澆筑界面防水性能單一，受橡膠產品使用年限的限制。其次，項目的所有二次以上澆筑界面采用橡膠止水帶防水，由于滲漏位置的不確定性，則不具備經濟和技術上的合理性。

現采用本項創新的先進技術預備注漿系統可以達到“零滲漏”效果。無論采用普通水泥和超細水泥或者丙烯酸鹽化學漿液時，系統可用于多次重復注漿；如果建（構）筑物將來出現滲漏，不但可重復注漿管系統，也可以提供完整的的維護方案。

3. 方案分析

重慶軌道交通六號線二期北段BT二標段蔡家分部工程地下混凝土結構的施工過中，中冶建工集團公司通過技術攻關，根據該項目施工方案中地下混凝土結構為主的構造形式，公司及項目部工程技術人員首先對施工圖進行會審，以地下混凝土結構自防水和接縫防水的施工重點，分析了本工程該工序在地下混凝土結構接縫防水的難點、特點、以及對傳統的相關工藝的分析，設計和采用了地下混凝土結構工程接縫防水預備注漿系統的施工方法、

1）防水方法的改進；2）預注漿管采用的論證；3）可重復預注漿管系統的設計制作、預埋。

由于混凝土結構自防水和接縫防水處理是結構防水的基本環節。混凝土結構自防水主要是由防水混凝土依靠其自身的憎水性和密實性來達到防水效果、提高混凝土的抗滲性就是提高其密實度，抑制孔隙。而施工中還應控制水灰比、水泥用量和砂率來保證混凝土中砂漿質量和數量以抑制孔隙，使混凝土浸水一定深度而不致透過。其加入膨脹劑和高效減水劑，減少混凝土收縮，增強其抗裂性能，并還需相應采取一系列措施來保證混凝土施工質量。

現采用的預備注漿系統則是地下混凝土結構工程接縫防水施工技術，是混凝土結構自防水的相應技術性補充和完善。是在混凝土結構施工時，將具有單透性、不易變形的注漿管預埋在接縫中，當接縫滲漏時，向注漿管系統設定在建（構）筑物外表面的導漿管端口中注入灌漿液，即可密封接縫區域的任何縫隙和孔洞。并終止滲漏。如果建（構）筑物將來出現滲漏，可重復向注漿管系統注漿，也可以提供完整的的維護方案。無論采用普通水泥和超細水泥或者丙烯酸鹽化學漿液時，系統可用于多次重復注漿。其這種先進的預備注漿系統可以達到“零滲漏”效果。

與傳統的接縫防水方法相比，本項技術具有施工防水處理速度快、工效高、成本低、防水質量可靠、無污染環保的優點，在富水地層的在建地下混凝土結構防水以及后期防水均適用。 現采用地下混凝土結構接縫預注漿防水原理，主要解決了如何在地下構筑物防水施工作業中提高施工質量、提高工效以及施工工藝的技術創新問題。并總結形成了本項創新施工技術。通過在施縫、后澆帶、新舊砼接觸部位使用，最終形成地下混凝土結構接縫預注漿防水的流水作業工序，并在實施過程中，研發適用于地下混凝土結構工程接縫防水施工技術；以及地下混凝土結構工程接縫防水預備注漿系統工藝。

4.技術原理及施工工藝

4.1技術原理

本項技術的原理是適用于在地下混凝土結構接縫預注漿防水施工技術的預備注漿系統施工工藝。其地下混凝土結構接縫預注漿防水方法的工藝原理如下：

地下混凝土結構接縫預注漿防水工法，是在混凝土結構施工時，將具有單透性、不易變形的注漿管預埋在接縫中，當接縫滲漏時，向注漿管系統設定在建（構）筑物外表面的導漿管端口中注入灌漿液，即可密封接縫區域的任何縫隙和孔洞。并終止滲漏。如果建（構）筑物將來出現滲漏，可重復注漿管系統，也可以提供完整的的維護方案。無論采用普通水泥和超細水泥或者丙烯酸鹽化學漿液時，系統可用于多次重復注漿。利用這種先進的預備注漿系統可以達到“零滲漏”效果。

為此，最重要的工作之一是預備注漿系統。預備注漿管系統、灌漿液和注漿泵組成。預埋注漿管系統，由硬質塑料、橡膠管或螺紋管骨架注漿管、連接管及導漿管、固定夾、塞子、三通管等組成，其注漿管分為一次性注漿管和可重復注漿管兩種。本課題涉及一種地下混凝土結構接縫預注漿防水工藝；

4.2本項技術形成的工藝

1）進行接縫防水方法的改進及工藝的設計：參照混凝土的不同后澆帶施工縫及接縫進行防水方法的設計、布置、確定采用預埋注漿管的形式；

圖示1： 預埋注漿管的形式

2）預備注漿管的采用及制作：在需埋設注漿管的新舊混凝土界面布設預埋位置，并將部設位置的注漿管進行先期制作準備。其設計采用的注漿管結構形式如下：

圖示2：重復注漿管結構

3）注漿管系統的預埋安裝及形成：注漿管為硬質塑料、橡膠管或螺紋管骨架注漿管分為一次性注漿管和可重復注漿管兩種，作業時先確定注漿管的安裝界面位置、連接管走向和導漿管間距，然后進行管道的固定，安裝形成各個防水接縫單元的預備注漿系統。

（1）預注漿系統注漿管安裝的基本形式：

圖示3：預備注漿管基本安裝形式I

圖示4：預備注漿管基本安裝形式II

（2）預備注漿管系統的安裝形式：

圖示5：預備注漿管系統的安裝形式I

圖示6：預備注漿管系統的安裝形式II

（3）后澆帶防水大樣圖預注漿系統管安裝如圖所示：

（4）接縫注漿管安裝如圖所示：

（5） 施工縫注漿管安裝大樣如圖所示：

（6）側墻環向施工縫結構安裝大樣如圖所示：

4）前、后期地下混凝土結構預注漿系統及注漿：當接縫滲漏時，向注漿管系統設定在建（構）筑物外表面的導漿管端口中注入灌漿液，即可密封接縫區域的任何縫隙和孔洞。并終止滲漏。如果建（構）筑物將來出現滲漏，可重復向注漿管系統注漿。

圖示7：重復注漿管系統的預留注漿端 I

圖示8：重復注漿管系統的預留注漿端 I

圖示9：側墻注漿施工作業

圖示10：澆筑成形的具有接縫防水預備注漿系統的混凝土構筑物

5）地下混凝土結構接縫預注漿防水方法的工藝流程：確定采用的注漿管→施工接縫面修整→預埋注漿管定位放樣→注漿管固定→注漿管端口引出→鋼筋綁扎→模板安裝→混凝土澆筑→混凝土結構預注漿防水系統形成。

5.現場實施

本項創新技術實施為重慶軌道交通六號線二期北段BT二標段工程蔡家分部項目；其中蔡家分部包含3個單位工程分別為：向家崗車站、蔡家車站（明挖）、六號線平場變電所（暗挖）。向家崗站總長266.6m，站體結構寬度為20m，基坑開挖深度達27米；蔡家車站全長198.24m，標準段寬20.9m，頂板覆土3m，底板埋深16.2m；六號線平場變電所總長185m，主洞寬度為23米，高度為18.8～19.58米，施工斜道寬度為6米，高度為5.5米；其主體為地下混凝土結構，施工接縫及后澆帶多且量大。其現場實施全過程為：

地下混凝土結構接縫防水方法的改進→接縫防水工藝的設計→預備注漿管的采用→預備注漿管系統的設計制作→注漿管系統的預埋安裝→混凝土澆筑后的預備注漿管系統的形成→（前期地下混凝土結構預注漿接縫防水的作業）→后期地下混凝土結構預注漿接縫防水作業。

5.1確認預備注漿系統使用材料性能的技術指標

預備注漿系統是由注漿管系統、灌漿液和注漿泵組成。注漿管系統有注漿管、連接管及導漿管、固定夾、塞子、三通管等組成，其注漿管為硬質塑料、橡膠管或不銹鋼螺紋管骨架注漿管分為一次性注漿管和可重復注漿管兩種。其橡膠管或不銹鋼彈簧管骨架注漿管的主要物理性能應符合以下表內的要求：

表1：橡膠管或螺紋管骨架注漿管的主要物理性能

序 號 檢 測 項 目 指 標

1注漿管外徑（mm）10～40

2注漿管內徑（mm）≧6

3骨架與外層編織布之間應完整不得有松開和脫離象

4抗壓強度（變形）。20℃.80mm 長的試件20Kg/min后管內徑變形 < 2 mm

5出漿孔間距（mm）≦ 30

表2： 不銹鋼彈簧管骨架注漿管的主要物理性能

序 號 檢 測 項 目 指 標

1注漿管外徑（mm）10～40

2注漿管內徑（mm）≧6

3骨架與外層編織布之間應完整不得有松開和脫離象

4外徑變形30%的壓力（N/mm）≧70

5濾布滲透系數（K20，cm/s）≧0.003

6等效孔徑（Φ95，mm）< 0.074

5.2丙烯酸鹽灌漿材料及性能：

1）丙烯酸鹽灌漿材料的組成及性能丙烯酸鹽灌漿材料是由過量的金屬氧化物、氫氧化物和丙烯酸反應生成的丙烯酸鹽混合物，加入各種所需的組分生成的一種低黏度的灌漿材料。該材料以丙烯酸鈣和丙烯酸鎂為主體成分，在促進劑和引發劑的作用下，雙鍵發生自由基反應生成線性高分子；在交聯劑的作用下，線性分子發生交聯生成網格狀的高分子凝膠體，水與網格中所含的大量親水基團相互作用，依靠氫鍵、分子鍵作用力等物理作用能容納幾倍于自身體積的水。該凝膠體是以C分子為骨架的高分子聚合物，不溶于水。丙烯酸鹽漿液和凝膠體的主要性能見表：

表3 丙烯酸鹽漿液和凝膠體的主要性能表

項 目性 能 指 標

外觀 淡黃色透明液體

pH值6.0-8.0

凝膠時間30s-20min之間可調

漿液密度（g/cm3）1.005-1.105

初始粘度（mPa.s），（23+2）℃1-6

固砂體抗壓強度/KPa﹥0.2

凝膠體滲透系數/（cm/s）1.3×10-8

抗擠出破壞強度/MPa0.76

遇水膨脹率/%200

斷裂伸長率/%100

表面張力/（mN/m29.15

與混凝土的粘接強度 遠大于自身內聚力

2）丙烯酸鹽灌漿材料的堵水防滲機理采用灌漿方法解決裂縫的滲漏，通常可以分為3種工

作機理：

① 粘結機理，通過漿材把裂縫界面粘合起來；

② 填塞機理，利用漿材對裂縫間隙進行充填；

③ 脹塞防滲機理，利用漿材的浸水膨脹特性，把裂縫脹塞起來進行防滲堵漏。丙烯酸鹽灌漿材料的堵水防滲機理符合粘結機理。丙烯酸鹽凝膠體在混凝土表面主要存在物理吸附和化學吸附作用。物理吸附的主要形式有毛細管作用、氫鍵、分子間作用力等。毛細管作用主要發生在漿液未固化前，漿液在毛細管作用下進入混凝土的毛細管道，固化后猶如一條條錨索牢固地嵌入混凝土的內部。丙烯酸凝膠體能與混凝土表面鬧故粘接及吸附，化學吸附主要是因為丙烯酸鈣、丙烯酸鎂等與混凝土裂縫表面的氧化鈣發生絡合，牢固地粘附在混凝土表面。丙烯酸鈣和丙烯酸鎂的存在有助于消除異種材料之間的差異，改

善界面之間的相互作用，使丙烯酸的堵水原理更接近同種材料的粘接。丙烯酸鈣灌漿材料的堵水滲

機理符合填塞機理。根據現代灌漿技術的研究，可根據力的平衡表示寬度為2t的縫中的最大擴散半徑Rmax[2]： Rmax[2] =Pmax . t/C

式中Pmax 為最大灌漿壓力，t為1/2縫寬，C為漿液內聚力。

3）因為混凝土裂縫界面粗超不平，漿液的內聚力也在隨時間變化，所以實際的擴散距離遠小于上式的理論計算值。根據現場測試，丙烯酸鹽幾乎沒有內聚力，因此，丙烯酸鹽的滲透力很強，在壓力下能沿滲漏通道滲入混凝土內部，有效的堵塞滲漏通道。

4）丙烯酸鹽灌漿材料的堵水防滲機理符合脹塞機理，因其膠凝體在浸水的環境下膨脹200%。另外，丙烯酸鹽漿液在干濕循環的環境中任然能夠牢固粘附在混凝土表面，不會因失水收縮而脫離混凝土裂縫面。當地下水位上升時，丙烯酸鹽膠凝體在水的浸泡下會重新膨脹，使裂縫在干循環后任然不會滲漏，起到長久防水的作用。

5.3現場實施工藝流程圖如下：

圖5.3地下混凝土結構接縫預注漿防水工法施工工藝流程

5.4現場實施采用預注漿管施工的方法及操作要點

5.4.1注漿管應采用可重復注漿的注漿管，采用專用固定件固定在施工縫面，并每隔5-6m兩端各引出一根注漿導管。

5.4.2安裝注漿管的施工縫表面應堅實、基本平整，不得有浮漿、油污、疏松、孔洞、碎石團等，否則應予以清除。必要時可用防水砂漿修補；

5.4.3注漿導管與注漿管的連接應牢固、嚴密，導管的末端應臨時封堵嚴密。注漿管任意一側砼的厚度不得小于100mm；并離開鋼筋不小于30mm。注漿管與施工縫基層表面應密貼設置，中間不得有懸空部位。注漿管的固定間距宜為200-300mm，固定應牢固，可靠。

5.4.4注漿管采用搭接法連接，搭接寬度宜為20-30mm（即有效出漿段長度），搭接部位必須與基面固定牢固。注漿管的轉彎半徑不宜小于150mm，轉彎部位應平緩不得出現折角。

5.4.5注漿導管埋入混凝土的部分至少有兩處與結構鋼筋幫扎牢固避免灌注混凝土注漿導管移動；注漿導管引出混凝土外部的長度不宜小于150mm；注漿導管引出端應設置在方便的，宜于接近的位置。

5.4.6注漿管破損部位應割除，并在割除部位重新設置已經安裝好注漿導管的注漿管，并與兩端原有注漿管進行過度搭接。在注漿管附近幫扎或焊接鋼筋作業時，應采用臨時遮擋措施對注漿導管進行保護。

5.4.7注漿導管應符合下列要求：

①應優先選用無機注漿材料（自流平水泥、超細水泥）或改性環氧樹脂，也可選聚氨酯。注漿應在結構施工完畢、降水停止后進行，若仍出現滲漏應進行注漿封堵。

②注漿應從最低的注漿段開始，將材料向上擠壓；為保證注漿效果直使注漿液低壓緩進。注漿材料不再流入并且壓力計顯示沒有或則幾乎很少壓力損失，一般注漿壓力為0.2-0.5Mpa，并維持該壓力至少2分鐘。

③注漿方案、注漿材料、注漿壓力等由施工、設計、監理單位根據現場具體情況而定，并對整個注漿過程進行檢查分析，確保注漿效果滿足防水要求；

④需要重復注漿時，應確保使用經過核準的注漿材料；任何留在注漿通道內的注漿材料必須在其固化之前清楚干凈。

6.實施效果分析

1）預備注漿管與傳統的接縫防水處理的方法相比，原理不同；利用該課題先進的預備注漿系統可以達到“零滲漏”效果。無論采用普通水泥和超細水泥或者丙烯酸鹽化學漿液時，系統可用于多次重復注漿；如果建（構）筑物將來出現滲漏，不但可重復注漿管系統，也可以提供完整的的維護方案。

2）接縫防水處理是結構防水的基本環節之一；本項工藝采用的預備注漿系統施工技術應用范圍廣泛，可以在施工縫、后澆帶、新舊砼接觸部位使用，該技術的經濟性、施工速度和防滲漏效果都有明顯的優勢。

3）該技術不僅材料性能優異、安裝方便，而且節約工期和費用，并在不破壞結構的前提下，確保接縫不漏水，是一種先進有效的接縫防水措施及施工技術。

7.創新點及研究成果

1）發明了一種適用于適用于在地下混凝土結構接縫預注漿防水方法；以及地下混凝土結構接縫預注漿防水預備注漿系統工藝；最終形成了預備注漿系統施工技術。

2）形成地下混凝土結構接縫預注漿防水核心技術，申報技術發明專利2項；

3）最終形成了地下混凝土結構接縫預注漿防水施工技術成果。

8.經濟效益和社會效益分析

8.1經濟效益

預備注漿管系統與傳統的接縫防水處理方法相比，具有施工防水處理速度快、工效高、成本低、防水質量可靠、無污染環保的優點，在富水地層的在建地下混凝土結構防水以及后期防水均適用。運用這種先進的預備注漿系統可以達到“零滲漏”效果。無論采用普通水泥和超細水泥或者丙烯酸鹽化學漿液時，系統可用于多次重復注漿；如果建（構）筑物將來出現滲漏，不但可重復注漿管系統，也可以提供完整的的維護方案。

該項技術主要解決了如何在地下構筑物防水施工作業中提高施工質量、提高工效以及施工工藝的技術革新問題，其預備注漿系統具有更新簡單穩定可靠、構思新穎易于操作、工藝流程簡潔。其適用于地下混凝土結構接縫防水施工，在一定的施工條件下有較大的通用性。預備注漿系統施工技術應用范圍廣泛，可以在施工縫、后澆帶、新舊砼接觸部位使用，該技術的經濟性、施工速度和防滲漏效果都有明顯的優勢。

8.2社會效益

重慶軌道交通六號線二期北段BT二標段蔡家分部工程的施工做法，采用了地下混凝土結構工程接縫防水的預備注漿系統的接縫防水施工技術，有效的實現了人、材、機施工成本的大幅下降，縮短了工期，且施工安全可靠和質量得到提高。本項創新施工技術和方法與傳統的施工技術和工藝相比，該工藝實用合理，該技術創新工藝在國內外未見相同報道。

本成果具有前、后期防水作業便捷、工藝簡潔、成本低、防水效果好、無污染環保的優點，在地下混凝土結構工程施工縫和接縫防水均適用。特別是隨著城市改造活動加劇，新近地下混凝土結構工程增多，此類地下混凝土結構防水治理情況也較多。本項工程中技術創新的關鍵技術工藝，完全可以在行業上推廣應用，具有較大的社會效益。

9.結論

在重慶軌道交通六號線二期北段BT二標段蔡家分部工程地下混凝土結構工程接縫防水的施工過程中，通過技術攻關、進行地下混凝土結構工程接縫防水的施工工藝創新實踐，設計和采用了地下混凝土結構工程接縫防水預備注漿系統的施工方法、制作了適用于地下混凝土結構工程接縫防水的接縫防水預備注漿系統，確保了工程施工質量、安全、進度。通過各種技術措施，對各個施工環節進行有效的控制，從而保證了施工質量、安全和進度。

目前該技術經過總結和提升，不斷完善，形成了創新技術成果及作業指導書，本項技術適用于在地下混凝土結構工程接縫防水施工作業。故該地下混凝土結構接縫防水技術具有良好的經濟效益和社會效益。

參考資料：

《地下混凝土結構接縫預注漿防水關鍵技術·科技查新報告》——科學技術部西南信息中心查新中心 / 報告編號：J2013499