化學(xué)灌漿技術(shù)在水電站工程中的應(yīng)用

龔武

（中國水利水電第八工程局有限公司，長沙410000）

0 引言

近年來，化學(xué)灌漿技術(shù)在水電、建筑、交通、采礦等領(lǐng)域均得到了廣泛運用，在微細(xì)裂隙抗?jié)B治理、泥化夾層補強、堤防于建筑物加固方面效果顯著。目前，化學(xué)灌漿技術(shù)已經(jīng)有了幾十年發(fā)展歷史，灌注工藝、漿材均不斷改進(jìn)，文章主要圍繞水電站工程中化學(xué)灌漿技術(shù)的應(yīng)用展開詳細(xì)論述。

1 化學(xué)灌漿技術(shù)概述

研究表明，化學(xué)灌漿過程中漿液與固相介質(zhì)間不僅存在灌漿壓力產(chǎn)生的滲透作用，而且還存在介質(zhì)對漿液的吸滲作用，漿液可以通過吸滲作用浸潤滲透到巖土介質(zhì)的夾泥孔隙中。吸滲作用在化學(xué)灌漿技術(shù)中意義重大，是除注漿壓力外保證巖土體獲得良好可灌性的另一動力。當(dāng)漿液與巖土介質(zhì)表面接觸時，漿-土的界面張力和吸滲作用可以將介質(zhì)中的孔隙水置換出來，漿液則可以滲透并填充到介質(zhì)的空隙內(nèi)，如圖1 所示。

圖中，s 為巖體；w 為孔隙水；g 為漿液；σs、σg和 σw分別為巖體、漿液和水的表面張力；σsg、σsw和 σgw分別為巖-漿、巖-水和水-漿的界面張力；θ 為潤濕角。性能良好的化學(xué)漿液具有自動滲入被灌介質(zhì)和被灌介質(zhì)自動吸吮的雙向作用機制。

2 化學(xué)灌漿材料及其運用分析

化學(xué)灌漿材料可分為防滲堵漏、補強加固材料兩類，前者如水玻璃類、丙烯酸鹽類、聚氨酯類、木質(zhì)素類和丙烯酰胺類材料等，后者如環(huán)氧樹脂類、甲基丙烯酸酯類材料等。下文主要就幾種新型灌漿材料的運用展開分析。

2.1 環(huán)氧樹脂材料

表1 PSI-530 低粘度改性環(huán)氧灌漿材料性能指標(biāo)表

圖1 漿-水-巖體介質(zhì)表面張力及吸滲作用

環(huán)氧樹脂材料制備以低黏度環(huán)氧樹脂為主劑，摻加無毒、高韌性、適于水下固化的固化體系以及反應(yīng)性表面活性劑。近些年，雙酚A 型環(huán)氧樹脂憑借著揮發(fā)性低、耐腐蝕性強等優(yōu)點，常被用作環(huán)氧樹脂的主劑。我國三峽工程、溪洛渡工程中，均采用了環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行軟弱巖層、破碎帶治理，灌漿效果良好，且獲得了較好的社會經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣運用。

2.2 高聚物注漿材料

高聚物注漿材料主要成分為有機高分子化合物，如多異氰酸酷、聚醚多元醇、聚酷多元醇等。高聚物材料注射至不良地質(zhì)體空穴后，有機高分子材料間能迅速產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使得體積急劇膨脹，由此獲得高強度、高韌性固結(jié)體，達(dá)到良好的防滲堵漏、補強加固的效果。

2.3 改性脲醛樹脂

脲醛樹脂（UF）是由尿素和甲醛縮聚而成的有機高分子材料，因其具有膠合強度高、反應(yīng)速度快、合成工藝簡單且性價比高、來源廣泛等優(yōu)點而成為化學(xué)注漿的主要材料之一。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝制備的脲醛樹脂含有高量的游離甲醛，在一定程度上限制了脲醛樹脂的推廣應(yīng)用。近年來，科研人員相繼嘗試并成功獲取了苯酚改性、三聚氰胺改性脲醛樹脂，經(jīng)過檢驗后在工程實踐中取得了良好效果。

2.4 乳化低熱瀝青

瀝青具有加熱后變?yōu)橐子诹鲃拥囊后w、遇水冷卻后變?yōu)榱鲃有暂^差的固體的物理特性，基于此性能可選其作為良好的抗沖釋和涌水封堵注漿材料。普通瀝青需加熱至150℃才可實現(xiàn)較好的流動性，而摻加乳化劑和破乳劑改良后的低熱瀝青只需要80℃就能融熔流動，有利于節(jié)省能源簡化施工。

3 實例探析化學(xué)灌漿技術(shù)在水電站工程中的應(yīng)用

本文以某水電站工程中化學(xué)灌漿技術(shù)（環(huán)氧樹脂材料）的運用為例，展開詳細(xì)分析。

3.1 工程概況

水電站進(jìn)水口采用岸塔式，位于距壩軸線上游約230m 處的右岸岸坡上。6 孔進(jìn)水口呈“一”字型布置，塔頂設(shè)置交通橋與邊坡平臺連通。進(jìn)水塔建基面高程2760m，塔頂高程2875m，塔體前緣總寬度159.8m，順?biāo)鞣较蜷L33m，塔高115m，進(jìn)水塔底板厚度5m。從上游至下游由攔污柵、塔體和塔后的回填混凝土3 部分組成。

在進(jìn)水塔底板混凝土澆筑過程中，對進(jìn)水口閘墩底板混凝土采用超聲波單面平測法進(jìn)行了檢測，檢測出2 條混凝土縱向裂縫，2 條裂縫均為貫穿性裂縫。裂縫長度分別為3.3m、2.8m，深度分別為 66.1cm、9cm，寬度分別為 0.4～1mm、0.3～0.7mm。

3.2 施工方法

根據(jù)施工實際情況，結(jié)合現(xiàn)有資源，采用化學(xué)灌漿對裂縫進(jìn)行處理。灌漿施工遵循低溫時段施工原則，盡可能選擇上午或傍晚低溫時段進(jìn)行化學(xué)灌漿工序施工。使?jié){液能在裂縫最大張開寬度時填充飽滿，避免因混凝土低溫收縮使裂縫再次破壞形成裂縫。

3.2.1 化灌材料的選用

本次化學(xué)灌漿主要原材料均選用PSI-5 系環(huán)氧類材料，該材料主要物理性能均符合JC/T104-2007《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。PSI-530 低粘度改性環(huán)氧灌漿材料具有高滲透性及力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)越等優(yōu)點。環(huán)氧類材料的配比見表1。

3.2.2 施工工藝

①裂縫檢查描述。將混凝土表面砂漿、雜物等清理完畢并沖洗潔凈，掃干積水，選擇早上或溫度相對較低的時段對混凝土裂縫進(jìn)行詳細(xì)普查，對裂縫的長度及寬度進(jìn)行測量，根據(jù)裂縫表面是否有滲水、是否有析出物、是否貫通混凝土板塊等判斷裂縫深度，確定裂縫類型并進(jìn)行詳細(xì)描述。

②灌前縫面清理。將裂縫兩側(cè)15cm 寬混凝土表面的浮渣、油污清理干凈，并采用角磨機進(jìn)行打磨。除去縫面上的浮灰、水泥浮漿、油脂和污垢等雜物，并使用高壓水對縫面進(jìn)行沖洗，觀察縫口狀況。待縫面干燥，再進(jìn)行貼嘴、封縫施工。

③布孔、鉆孔。灌漿孔采用騎縫孔和斜孔相結(jié)合的方式布設(shè)。騎縫孔作為灌漿過程中的排氣、排水孔，也可作為補充灌漿孔。騎縫孔自縫端開始布孔，布孔間距為30～50cm，沿裂縫中心布置孔位，垂直鉆孔。斜孔主要為化學(xué)灌漿孔，布設(shè)在裂縫兩側(cè)，呈交叉布置。單側(cè)間距60～100cm，布孔位置距離縫中心20cm 左右，穿縫位置為縫深的2/3 和1/3 處左右交錯成孔，穿縫深度不小于5～10cm，鉆孔角度根據(jù)穿縫深度及離縫距離計算獲得，并結(jié)合便于施工等綜合確定。騎縫孔和斜孔鉆孔均采用水磨鉆鉆孔，騎縫孔直徑為φ27mm，孔深不大于5cm，斜孔直徑為φ32mm。裂縫化灌騎縫孔和斜孔布孔、鉆孔如圖2 所示。

圖2 裂縫化灌平面布孔示意圖

④埋嘴、封縫。待沖洗干凈后用環(huán)氧樹脂固定T 型灌漿嘴。沿裂縫兩側(cè)各10～15cm 處采用環(huán)氧樹脂對孔口及裂縫進(jìn)行封閉，厚度為2～3mm。

⑤壓風(fēng)檢查。封縫24～48h（視環(huán)境溫度情況）進(jìn)行壓風(fēng)檢查，風(fēng)壓為0.15～0.2MPa。檢查1 號孔時，將其他孔軟管另一端均插入肥皂水中，當(dāng)對1 號孔壓風(fēng)，2 號孔插入水中的軟管出現(xiàn)氣泡時，表示1 號、2 號孔是貫通的，再將2 號孔軟管扎緊，再觀察3 號孔插入水中的軟管是否有氣泡冒出，若有，說明3 號孔與1 號、2 號孔串通，按此方法逐一檢查其他各孔的貫通情況。

⑥灌漿施工。

1）配制漿液。PSI-530 高性能快凝型環(huán)氧灌漿材料配比為 A 組份∶B 組份=8∶1（質(zhì)量比，根據(jù)現(xiàn)場溫度等環(huán)境條件可適當(dāng)調(diào)整配比），各組份材料采用電子稱計量。B 液（固化劑）應(yīng)以慢速、自落呈線狀加入A 液，邊加邊攪拌，攪拌均勻即可。攪拌時間不得過長，根據(jù)配漿量的多少，一般以固化劑加完后再攪拌3min 為宜。

2）灌漿順序。化學(xué)灌漿應(yīng)根據(jù)各條裂縫的灌漿孔布置、灌漿孔之間的通暢性情況，確定化學(xué)灌漿順序。一般先灌斜孔，再灌騎縫孔。每種孔均應(yīng)自低向高（水平縫自一端向另一端）依次進(jìn)行灌注，且一般先灌串通孔，待串通孔灌漿結(jié)束后再對非串漿孔進(jìn)行單孔化學(xué)灌漿。

3）灌漿壓力控制。針對混凝土裂縫化學(xué)灌漿，尤其是本次實施化學(xué)灌漿施工的混凝土厚度僅為1.5m，施工時應(yīng)遵循“低壓、慢灌”的原則，以使受灌體充填飽滿，裂縫粘接良好。最大灌漿壓力控制在0.4～0.6MPa。灌漿壓力需逐級升高，壓力從0.1MPa 開始，按每級0.1MPa 升壓。

4）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。串通孔在保證設(shè)計灌漿壓力下，當(dāng)吸漿率趨于零時，再繼續(xù)灌注30min，壓力不下降，即可以結(jié)束灌漿。單孔在保證設(shè)計灌漿壓力下，當(dāng)吸漿率趨于零時，再繼續(xù)灌注10min，壓力不下降，即可以結(jié)束灌漿。每條裂縫的串通孔及每個單孔都達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時，本條裂縫灌漿結(jié)束。

⑦灌后縫面處理。在灌漿結(jié)束后待凝72h（可視不同溫度環(huán)境下漿液初凝時間進(jìn)行調(diào)整），鏟除灌漿管，并對灌漿孔口表面進(jìn)行打磨清理干凈即可，要求達(dá)到設(shè)計平整度。

3.3 化學(xué)灌漿質(zhì)量檢查

裂縫均進(jìn)行目測檢查，以壓水、取芯檢查為主，根據(jù)需要做物探檢測。

①目測。裂縫化灌完成7d 后，對每條縫進(jìn)行目測，目測采用肉眼觀查、錘擊等方式進(jìn)行，修補后混凝土表面應(yīng)平整，裂縫縫面漿液充填應(yīng)密實、飽滿，與原混凝土結(jié)構(gòu)連接緊密，錘擊聲間清脆、無氣泡、孔洞。

②壓水試驗。壓水試驗在所在縫完成化灌15d 后開始進(jìn)行壓水試驗檢查，壓水試驗壓力按灌漿設(shè)計壓力的80%進(jìn)行控制，合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率不大于0.1Lu。壓水試驗取化灌裂縫條數(shù)10%進(jìn)行檢查。進(jìn)水塔底板混凝土化學(xué)灌漿共布置8 個檢查孔，共壓水8 段，壓水透水率最大為0.074Lu，合格率100%。

③取芯檢查。裂縫化灌完成28d 后進(jìn)行鉆孔取芯檢查。芯樣外觀檢查要求漿材對裂縫充填飽滿、裂縫粘接牢固。芯樣檢測試驗內(nèi)容為抗壓強度和劈拉強度，按每累計200m 縫長至少取1 組芯樣的頻率進(jìn)行取樣，累計縫長200～400m 取2 組，以此類推。檢查孔可見裂縫內(nèi)淺黃色化學(xué)漿液充填飽滿，結(jié)合緊密，且填充飽滿密實，灌漿效果明顯。

④無損檢測。根據(jù)灌漿效果及實際情況，對灌漿處理裂縫采取無損檢測方式進(jìn)行補充檢查。無損檢測可采取頻測法、單孔聲波、跨孔聲波及孔內(nèi)電視（攝像）等方式進(jìn)行檢查。通過進(jìn)水塔底板混凝土化學(xué)后檢查孔全景圖像揭示，局部孔段有少量裂縫分布，裂縫內(nèi)化學(xué)漿液均充填飽滿、結(jié)合緊密。

4 結(jié)語

綜上所述，水電站工程建設(shè)中，為有效處理裂縫、降低地層滲透性、增大地基承載力，化學(xué)灌漿技術(shù)的運用越加廣泛，尤其是在高壩基軟弱巖帶、斷層帶等復(fù)雜區(qū)域處理效果顯著。在工程實踐中，需根據(jù)實際情況合理選擇灌漿材料，規(guī)范落實灌漿施工工作，做好質(zhì)量檢查，切實起到良好的防滲、填縫效果。