高滲透化灌漿材在碾壓混凝土裂縫處理中的應用

鳳崇亮 吳嶺 孫玉輝

摘要：化學灌漿就是用壓送設(shè)備將化學漿液灌入地層或砼結(jié)構(gòu)物裂縫內(nèi)，使其擴散、固化，以達到補強或防滲漏的目的，從而滿足工程設(shè)計和使用的要求。通過對蓮花臺水電站大壩7#～8#壩段砼裂縫化灌處理施工的介紹，為整個工程的裂縫處理積累了寶貴經(jīng)驗，也為整個工程建設(shè)和發(fā)揮效益打下堅實基礎(chǔ)。同時也為類似工程裂縫處理提供了參考實例。

Abstract： Chemical grouting is to pour chemical grout into the stratum or the cracks of concrete structures with pressure conveying equipment to diffuse and solidify and achieve the purpose of reinforcement or leakage prevention， so as to meet the requirements of engineering design and use. Through introduction of the construction of concrete cracking and irrigation treatment for the dam section 7#～8# of Lianhuatai Hydropower Station， valuable experience has been accumulated for the crack treatment of the entire project， and a solid foundation has been laid for the construction and benefit of the entire project. At the same time， it also provides a reference example for crack treatment in similar projects.

關(guān)鍵詞：高滲透化灌漿材;混凝土裂縫處理;應用

Key words： high permeability grouting material;concrete crack treatment;application

中圖分類號：TV543.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）29-0119-02

1? 工程概況

蓮花臺水電站壩址位于陜西省商南縣湘河鎮(zhèn)蓮花臺村上游約1km的丹江干流峽谷段，距縣城約51km，是以發(fā)電為主結(jié)合旅游的水利工程。水電站壩高72.9m，壩軸線長220.5m，正常蓄水位294.0m，總庫容0.95億m3，總裝機容量為40MW，工程等別規(guī)模為三等中型，主要建筑物級別為3級。水電站主要建筑物由碾壓砼重力壩、電站及廠房組成。

電站因緩建和停建，期間受到多次洪災影響，在7#～8#壩段▽250.5m高程碾壓砼倉面出現(xiàn)不同程度的裂縫。

2? 混凝土裂縫成因分析

商南縣蓮花臺水電站工程自2006年11月份開工建設(shè)至2017年10月份重新開工續(xù)建，先后經(jīng)歷了兩次停工復建。工程因停工時間較長影響，大壩前期施工的倉位混凝土長時間暴露，一年四季歷經(jīng)雨淋、暴曬、霜凍等不同氣候，停工期間又無溫控措施，混凝土內(nèi)外溫差大幅度變化，極易誘發(fā)裂縫，尤其是大體積結(jié)構(gòu)倉位混凝土。再加上大壩基礎(chǔ)開挖后揭露多處溶洞且發(fā)育活躍，以及壩址區(qū)順河展布的次一級區(qū)域逆掩斷裂F31斷層，較復雜的地質(zhì)條件對重力式碾壓混凝土大壩潛藏諸多不利影響。

3? 大壩混凝土裂縫檢測和分類

裂縫檢測采用鉆孔全景成像、單面平測法和跨孔聲波法三種物探檢測方法。深裂縫檢測主要采用跨孔聲波法，并利用成孔進行鉆孔全景成像檢測，以方便直接觀測裂縫及混凝土澆筑質(zhì)量，綜合判斷裂縫情況;淺裂縫檢測主要采用表面平測法。為掌握停工期間大壩混凝土產(chǎn)生的裂縫等缺陷情況，委托中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司工程實驗檢測分院物探中心對大壩砼裂縫進行現(xiàn)場檢測。

裂縫按類型分為立面裂縫和平面裂縫兩類，等級共劃分為五類，按照劃分標準，Ⅲ～Ⅴ類裂縫對大壩的結(jié)構(gòu)受力、耐久性和穩(wěn)定安全性、滲透穩(wěn)定、安全運行有影響。

蓮花臺水電站大壩7#～8#壩段混凝土裂縫通過聲波法測試和全景錄像檢測，共發(fā)現(xiàn)深裂縫7條，裂縫深度在1.0～6.5m之間，裂縫寬度在1.0～2.9mm之間，裂縫長度在9.0～22.2m之間。檢測結(jié)果表明壩體混凝土裂縫均未延伸到基巖，在砼內(nèi)部，屬Ⅲ～Ⅳ類裂縫，需要做注漿補強加固處理。

4? YDS高滲透環(huán)氧化學灌漿材料

高滲透環(huán)氧化學灌漿材料YDS-40型漿材為中科院廣州化學有限公司原有YDS-7型漿材的改進型號，該漿材具有滲透性能好，后期固化速度快，固結(jié)體力學強度高的特點，20℃環(huán)境下100mPas操作時間達24h左右，本體28天抗壓強度達60MPa以上，抗拉強度達22MPa以上。

5? 裂縫化灌處理施工

化學灌漿就是用壓送設(shè)備將化學漿液灌入地層或砼結(jié)構(gòu)物裂縫內(nèi)，使其擴散、固化，以達到補強或防滲漏的目的，從而滿足工程設(shè)計和使用的要求。就蓮花臺水電站大壩砼裂縫來說，必須要求所使用的灌漿材料具有高滲透性和優(yōu)良的力學性能，化灌漿材的滲透能力直接影響化灌效果。

施工前，先編制專項施工技術(shù)方案，組織專項技術(shù)交底工作，采用專業(yè)灌漿施工設(shè)備，嚴格按照制定的化灌施工工藝流程進行施工。施工過程中嚴把驗收程序，專人對現(xiàn)場施工質(zhì)量進行監(jiān)督、檢查、糾錯，認真落實“三檢制”，把好施工質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。每個工序環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量都直接影響灌漿的最終效果。

蓮花臺水電站大壩7#～8#壩段裂縫總體處理原則為：根據(jù)現(xiàn)場裂縫實際分布情況，分區(qū)分序?qū)嵤┨幚恚捎每p內(nèi)灌漿、縫面封閉加固綜合治理，先下游后上游再中間的處理順序進行灌漿處理。具體劃分為四個灌漿區(qū)進行施工，先進行一區(qū)（試驗區(qū)）灌漿處理，再進行二區(qū)和四區(qū)的灌漿處理，最后進行三區(qū)的灌漿處理。

施工難點：主要是裂縫檢測的準確性和化學灌漿施工質(zhì)量控制。裂縫處理之前，必須對裂縫進行認真的檢測，準確記錄裂縫所在位置、高程、形狀、縫長、縫寬、走向以及所在部位的結(jié)構(gòu)特征等，并繪制裂縫圖，這是裂縫處理成功的前提。在施工過程中，化學灌漿的施工質(zhì)量控制是裂縫處理成功的關(guān)鍵。

裂縫處理設(shè)計技術(shù)要求：設(shè)計單位根據(jù)《蓮花臺水電站大壩6#、7#～8#壩段裂縫檢測成果報告》及相關(guān)施工規(guī)范下發(fā)了[陜西丹江蓮花臺水電站工程6#、7～8#壩段裂縫處理設(shè)計通知]和[蓮花臺水電站工程大壩裂縫處理施工技術(shù)要求]，主要技術(shù)要求為：裂縫處理灌漿按由深到淺，由下而上，從一側(cè)至另一側(cè)的順序進行，灌漿壓力為 0.3MPa，灌漿結(jié)束標準以不吸漿為原則，如吸漿率小于0.01L/min，再繼續(xù)灌30min后可結(jié)束灌漿;化學灌漿（簡稱化灌）材料采用親水性環(huán)氧灌漿材料，灌漿漿液與縫面劈裂粘接強度≥1.0MPa，材料性能事前進行必要的室內(nèi)配比試驗，選擇毒性低并適合各種不同縫寬、縫深處理的材料，以便在施工中能較好的應用。

施工工藝流程：施工準備→裂縫刻槽→布（鉆）孔施工→分段（區(qū)）孔封閉待凝→灌漿管安裝→裂縫沖洗→縫面干燥處理→縫面封閉→灌區(qū)封閉性檢查→化學灌漿→施工質(zhì)量檢查。

施工前準備：主要包括人員、材料、機械設(shè)備的認真準備和化灌材料試驗。試驗主要檢測材料的物理性能指標（密度、初始粘度、初凝時間）和力學性能指標（抗壓、抗拉、抗剪強度），重點確定漿材的初凝時間和初始粘度，保證化灌時的可操作時間和設(shè)備安全。

裂縫刻槽：沿裂縫走向刻U型槽，深約5～8cm，底寬約5cm，為保證裂縫表面封閉的效果，裂縫位于槽底中部。

布（鉆）孔施工：灌漿孔根據(jù)設(shè)計圖紙及裂縫深度和現(xiàn)場實際情況沿裂縫一側(cè)或兩側(cè)布設(shè)鉆孔，對預處理縫進行鉆注漿孔。鉆孔穿過縫隙面不小于1m，鉆孔平面布置間距2m×2m，豎向間距3m×3m原則進行布置，成孔角度約40～60°，孔徑不小于38mm。

分區(qū)孔封閉施工：根據(jù)裂縫長度和相互交叉情況選擇適當位置將裂縫分段阻斷，分段長度一般不宜超過10m。造孔孔徑不小于Φ150mm，用地質(zhì)鉆機騎縫鉆進，鉆孔過程中注意觀察芯樣中的裂縫實際情況，若發(fā)現(xiàn)鉆孔偏移可套孔鉆進，直至鉆孔將裂縫完全穿透，鉆孔超過縫底不小于50cm，確保鉆孔將裂縫完全阻斷，形成封閉區(qū)間。造孔完成后將孔內(nèi)積水沉渣清理干凈，采用C20膨脹細石混凝土分層灌填，人工搗實。

灌漿管安裝：灌漿管路埋設(shè)時，必須對每個灌漿孔進行壓風（或壓水）試驗，檢查灌漿孔是否穿過裂縫，以保證每個灌漿孔合格。采用Φ20mm無縫鋼管置入灌漿孔孔內(nèi)，灌漿管長度不小于1.0m，管底距孔口不小于50cm，外露不小于0.3m，孔口用環(huán)氧砂漿封閉壓實，待強度滿足施工要求后再進行下一工序。

裂縫沖洗：通過注漿孔進行裂縫沖洗，每個灌漿孔沖洗時間約10～30min，待管口及縫面回水變清后再進行下一個，在通水洗縫過程中觀察縫面出水情況并確定排氣孔位置。

縫面干燥處理：通水洗縫結(jié)束后，用空壓機通過注漿孔吹壓縮空氣排出縫內(nèi)積水后，再持續(xù)通高壓風干燥縫面5～10min，盡可能的將混凝土縫面積水和沉渣清除干凈，保證后續(xù)工序施工質(zhì)量。

縫面封閉：先在U型槽內(nèi)和槽邊均勻涂刷環(huán)氧樹脂底膠后，再嵌填環(huán)氧砂漿，并埋設(shè)排氣管。用毛刷將槽邊和環(huán)氧砂漿表面刷毛，確保環(huán)氧砂漿填滿整個凹槽并用鐵抹子壓實，保證環(huán)氧砂漿和混凝土面結(jié)合密實。

壓水檢查：待整個分段縫面處理完成且注漿管口和縫面嵌填砂漿滿足施工強度要求后開始進行壓水檢查。對于壩段裂縫埋設(shè)的管路系統(tǒng)，按獨立灌區(qū)由下層進水，中、上層排氣并待出水后將其關(guān)閉，進行灌區(qū)封閉性檢查。當壓水壓力達到02～0.3MPa，穩(wěn)定30min后測讀流量連續(xù)測讀三次流量，最大與最小流量之差小于1%。即為穩(wěn)定流量，以此來評價灌區(qū)的封閉性。封閉性檢查合格后用高壓風將灌區(qū)和注漿孔內(nèi)積水盡可能排出，以保證灌漿施工質(zhì)量。

化學灌漿：待灌區(qū)封閉性檢查合格后即可進行化學灌漿施工。灌漿處理前必須將預埋管內(nèi)或鉆孔內(nèi)的積水用高壓風吹出，風壓不小于0.8MPa，采用時開、時關(guān)間斷送風，盡可能保持縫內(nèi)及孔內(nèi)干于燥。根據(jù)化灌材料性能試驗和設(shè)計要求并通過現(xiàn)場灌漿實驗，為保證最終灌漿效果，確定化灌注漿采用德國進口專用注漿泵，壓力嚴格按設(shè)計要求控制在0.3～1.0MPa內(nèi)，單孔注漿持續(xù)時間不小于8.0h。漿液配比嚴格按照質(zhì)量比100：8進行配制，隨配隨用。結(jié)束標準：在吸漿率小于0.01L/min·m后，再持續(xù)壓灌30min可結(jié)束灌漿。在每一灌區(qū)灌漿結(jié)束后通過排氣管進行再次反壓倒灌。

6? 灌漿效果質(zhì)量檢查

每一灌區(qū)灌漿施工結(jié)束28d后，采用鉆孔取芯和壓水試驗檢查灌漿質(zhì)量。

通過取芯查看和芯樣力學性能試驗，芯樣縫面漿液充填密實，裂縫縫面砼之間充填粘結(jié)情況良好，芯樣各項力學性能指標滿足設(shè)計要求。壓水試驗檢查孔數(shù)量為灌漿孔數(shù)量的5%，孔徑不小于Φ90mm，試驗壓力為1MPa，透水率均小于5Lu，質(zhì)量合格。

通過對蓮花臺水電站大壩7#～8#壩段混凝土裂縫化灌處理，為整個工程的混凝土裂縫處理積累了寶貴經(jīng)驗，也為整個工程建設(shè)和發(fā)揮效益打下堅實基礎(chǔ)。同時也為類似工程混凝土裂縫處理提供了參考實例。

參考文獻：

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