大壩墊層混凝土裂縫化學(xué)灌漿施工技術(shù)及工藝方案
——以皂市水利樞紐工程為例

湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司 賀小近

大壩墊層混凝土裂縫化學(xué)灌漿施工技術(shù)及工藝方案
——以皂市水利樞紐工程為例

湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司 賀小近

一、工程概述

皂市水利樞紐工程是國家重點工程，是澧水流域骨干防洪工程之一，攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，壩軸線長351 m，共分為18個壩段，壩頂高程148 m，河床建基面高程60 m，最大壩高88 m。大壩碾壓混凝土墊層在澆筑完畢后，先后在各個壩段發(fā)現(xiàn)橫向裂縫。為保證大壩施工質(zhì)量，需對大壩墊層混凝土進(jìn)行化學(xué)灌漿處理。施工前應(yīng)進(jìn)行化學(xué)灌漿現(xiàn)場試驗，驗證化學(xué)灌漿材料選擇、配比及設(shè)備配置設(shè)計的合理性，以確定合理的施工工藝和參數(shù)，指導(dǎo)施工。

二、化學(xué)灌漿試驗材料選擇、配比及設(shè)備配置

1.化學(xué)灌漿實驗材料的選用。環(huán)氧灌漿材料主要成分為環(huán)氧樹脂（主劑）、水下固化劑、反應(yīng)型稀釋劑和表面活性劑等。

2.化學(xué)灌漿試驗漿材配比及其性能。根據(jù)化學(xué)灌漿試驗現(xiàn)場情況，選用3種配比的環(huán)氧漿材，3種配比及其漿材性能試驗成果分別見表1和表2。

表 1 化灌試驗漿材配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

表 2 試驗配比漿材性能（20℃）

3.制漿工藝。預(yù)先將環(huán)氧樹脂A和稀釋劑C按配比互溶攪拌均勻制成基液。灌漿過程中，根據(jù)灌漿需求量，將固化劑B緩慢注入基液，邊注入邊攪拌，控制注入速度以保持漿液溫度在30℃以下，同時加入表面活性劑混合均勻，放入儲漿桶，通過自動化灌漿泵進(jìn)行灌注。漿液配制采用分批配制，隨用隨配，以保持漿液的低黏度，提高灌漿質(zhì)量，節(jié)約漿材。

4.化學(xué)灌漿設(shè)備配置。見表3。

三、生產(chǎn)性試驗施工工藝

1.試驗?zāi)康摹?/p>

（1）了解混凝土經(jīng)過化學(xué)灌漿后，開裂混凝土的物理力學(xué)性狀的可提高程度。

表 3 化學(xué)灌漿設(shè)備配備

（2）驗證灌漿工藝，詳細(xì)了解墊層的可灌性以及各項灌漿參數(shù)。

（3）通過試驗對混凝土性狀、可灌性、波速變化、透水性及力學(xué)強(qiáng)度的改變等進(jìn)行分析，論證混凝土化學(xué)灌漿的可行性，為優(yōu)化設(shè)計、簡化施工和降低工程造價提供依據(jù)。

2.試驗區(qū)域的選擇。試驗區(qū)域選擇在裂縫寬度較大，處理難度較大的12壩段進(jìn)行，挑選原透水率較大且裂縫密集的區(qū)域作為化學(xué)灌漿試驗區(qū)。試驗孔孔距1.0 m，孔深1.0 m，垂直鉆孔?；瘜W(xué)灌漿試驗區(qū)實際孔位布置與裂隙相對位置見圖1。

圖 1 化學(xué)灌漿試驗布置孔

3.試驗施工順序。試驗分二序施工，先施工1序1#和2#孔，再施工2序3#孔。試驗孔施工完畢24 h后進(jìn)行檢查孔鉆孔取芯、壓水試驗。

4.環(huán)氧漿材灌漿試驗施工。環(huán)氧漿材灌漿試驗施工采用孔口封閉填壓式灌漿的施工工藝，采用置換和壓力封孔法進(jìn)行灌漿封孔?；瘜W(xué)灌漿孔孔距1.0 m，孔徑Ф35 mm。試驗段長控制標(biāo)準(zhǔn)為1.0 m（試驗段在墊層混凝土內(nèi)），灌漿最高壓力為0.2 MPa。當(dāng)吸漿量小于10 mL/min后，屏漿4 h即可結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束后，再保持壓力閉漿，進(jìn)行孔口封閉待凝。

四、施工方法及施工技術(shù)要求

1.化學(xué)灌漿布置。根據(jù)施工單位裂縫現(xiàn)場調(diào)查情況，混凝土墊層裂縫基本為貫穿性裂縫，裂縫垂直深度從0.5～1.5 m不等，裂縫基本垂直，部分裂縫偏角在15°左右。本次化學(xué)灌漿所有裂縫均采用通縫灌注，化學(xué)灌漿孔孔距1.0 m，孔深1.0 m，鉆孔垂直，部分有偏角的裂縫鉆孔角度為75°。

2.灌前鉆孔?；瘜W(xué)灌漿孔孔徑為Ф35 mm，灌漿孔采用手持式風(fēng)鉆鉆進(jìn)，試驗孔及檢查孔采用金剛石鉆頭回轉(zhuǎn)取芯鉆進(jìn)。所有試驗孔及檢查孔進(jìn)行全孔取芯，并進(jìn)行取芯描述；所有灌漿孔在各段鉆孔結(jié)束后均進(jìn)行鉆孔沖洗。

3.壓水?；瘜W(xué)灌漿孔段灌前進(jìn)行20 min簡易壓水，簡易壓水可結(jié)合鉆孔裂隙沖洗進(jìn)行。壓水方法采用單點法，壓水壓力一律為0.15 MPa，壓水采用孔內(nèi)阻塞器壓水?；瘜W(xué)灌漿灌前只做簡單壓水，用以驗證孔口封閉效果及初估配漿量。

4.壓力封孔。灌漿結(jié)束后，采用置換和壓力封孔法灌漿封孔，封孔漿液采用水灰比0.5:1改性水泥漿，封孔壓力為0.2 MPa。

5.化學(xué)灌漿。化學(xué)灌漿孔施工采用孔口封閉。化學(xué)灌漿施工前進(jìn)行鉆孔沖洗及簡易壓水試驗（壓水20 min），確定滲漏量（Q）、封閉阻塞效果及預(yù)估灌漿量。

（1）為保證化學(xué)灌漿質(zhì)量，在化學(xué)裂縫灌漿前，在裂縫與壩段分縫處用鉆機(jī)鉆孔到砼與基巖接觸面，灌注水泥砂漿，將裂縫兩端封閉。

（2）分批配制漿液。

（3）灌漿泵和灌漿孔口處安設(shè)壓力表。壓力表與管路之間裝設(shè)隔漿裝置，以防漿液進(jìn)入壓力表。

（4）所有灌漿設(shè)備注意維修保養(yǎng)，并有配用件，以避免因灌漿設(shè)備發(fā)生故障而導(dǎo)致中斷灌漿的質(zhì)量事故的發(fā)生。

（5）灌漿開始時，由于環(huán)氧樹脂漿液具有憎水性，且密度比水大，故采取純壓式灌注。

（6）灌漿開始時關(guān)閉孔口回漿閥門。在灌漿過程中根據(jù)灌漿需要，由施工技術(shù)員確定打開孔口回漿閥，排水（氣）。壓力逐步升至設(shè)計壓力。正常情況下，灌注作業(yè)連續(xù)進(jìn)行，以利充填密實和節(jié)約漿材。

（7）射漿管采用塑料管，射漿管頭部加工成長約50 cm的花管。灌漿過程中，射漿管插入到孔底，同時保持吸漿管口置于盛漿設(shè)備液面以下，以免灌漿時吸入空氣。

（8）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。若注入率小于0.01 L/min的漿量已經(jīng)灌完，即可結(jié)束灌漿。結(jié)束后分兩個階段待凝，第一階段為有壓待凝，即以灌漿結(jié)束時的壓力開始屏漿；第二階段為無壓待凝，即取出灌漿管和阻塞器后，進(jìn)行無壓待凝。

6.表面裂縫處理。采用風(fēng)鎬配合人工沿裂縫對稱鑿寬20 cm、深5 cm的U型槽，并注意不破壞整體砼。U型槽首先用高壓水沖洗，然后用高壓風(fēng)吹凈槽內(nèi)積水，再用干棉紗擦干。在槽內(nèi)連續(xù)嵌填適量蓬松麻絲，并注意不要堵塞預(yù)留的灌漿管口，然后用環(huán)氧砂漿回填封縫。

五、灌漿過程中一些特殊情況處理方法

1.灌漿過程中，對于相鄰的鉆孔進(jìn)行觀測，如發(fā)現(xiàn)有串漿現(xiàn)象，應(yīng)及時降壓觀察分析原因，并采取相應(yīng)的處理措施。

2.灌漿過程中，如吸漿量較大，且長時間內(nèi)不減少，超出受灌范圍，可采取降低灌漿壓力、縮短漿液凝固時間、增大漿液黏度、使用間歇灌漿或定量灌漿等方法處理。

3.灌漿過程中，如漿液溫升過高（化學(xué)漿液超過30℃），出現(xiàn)暴聚征兆，應(yīng)立即調(diào)換新漿，必要時，采取沖洗設(shè)備和管路，然后再繼續(xù)灌漿作業(yè)的施工措施。

4.配比1漿液配制后超過8 h，配比2，3漿液配制后超過10 h，將未灌入的漿材廢棄或根據(jù)漿液黏度增長的情況用于其他孔的孔容置換。

六、灌漿質(zhì)量控制

1.質(zhì)量保證措施?；瘜W(xué)灌漿施工全過程中，要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)行業(yè)規(guī)程規(guī)范的設(shè)計要求和招標(biāo)文件的技術(shù)要求，按照《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》中的施工程序和操作規(guī)程進(jìn)行施工，不斷完善施工工藝，優(yōu)化灌漿參數(shù)，確保灌漿施工質(zhì)量，為指導(dǎo)下步灌漿施工提供可靠依據(jù)。具體措施如下。

（1）施工準(zhǔn)備工作的質(zhì)量保證措施。鉆孔放樣嚴(yán)格按設(shè)計進(jìn)行實地放樣，進(jìn)行裂縫校測，根據(jù)測量放樣確定孔位。

（2）鉆孔施工過程的質(zhì)量保證措施。鉆孔施工前按照鉆孔任務(wù)書準(zhǔn)備相應(yīng)的鉆探器具、鉆探記錄班報表等工具；鉆孔按照規(guī)范要求進(jìn)行，要求穩(wěn)固、水平、各部連接緊密。開孔前應(yīng)再一次校核孔位，嚴(yán)格按照鉆孔施工程序進(jìn)行鉆孔施工。

（3）灌漿施工質(zhì)量保證措施。配備相應(yīng)的灌漿設(shè)備和器具，并且在開灌前進(jìn)行灌漿設(shè)備檢查，對不能正常滿足灌漿要求的設(shè)備和器具進(jìn)行維修。灌漿前先按規(guī)范要求進(jìn)行鉆孔沖洗，保證鉆孔沖洗干凈，按規(guī)范要求進(jìn)行簡易壓水試驗。灌漿施工嚴(yán)格按分序逐漸加密的原則進(jìn)行，采取孔內(nèi)循環(huán)的灌漿方法。采用符合要求的灌漿材料，并進(jìn)行使用前的質(zhì)量檢驗，不合格材料堅決不用于灌漿工程。在各儲漿桶點配備足夠數(shù)量的比重計，保證漿液穩(wěn)定與均勻性。

（4）灌漿施工技術(shù)保證措施。灌漿試驗采用灌漿壓水自動記錄儀進(jìn)行在線監(jiān)控和記錄，保證施工質(zhì)量；灌漿施工中執(zhí)行“三檢制”，即鉆孔、壓水、灌漿及檢查孔施工的各工序施工過程中，灌漿機(jī)組成員首先進(jìn)行自檢，然后灌漿隊施工員進(jìn)行復(fù)檢，最后工區(qū)施工員進(jìn)行終檢，并請監(jiān)理工程師進(jìn)行檢查驗收。

（5）灌漿施工還應(yīng)注意環(huán)境保護(hù)，合理排放污水、廢液。

2.質(zhì)量檢測措施。為探索優(yōu)化灌漿工藝，確定合理的灌漿參數(shù)，保證工程質(zhì)量，灌漿試驗施工結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行灌漿質(zhì)量檢查。化學(xué)灌漿質(zhì)量檢查以鉆孔壓水試驗檢查成果為主，并結(jié)合鉆孔取芯情況等資料進(jìn)行綜合評定。質(zhì)量檢查壓水試驗采用單點法，壓水試驗壓力為固結(jié)灌漿的80%?；瘜W(xué)灌漿質(zhì)量檢查合格標(biāo)準(zhǔn)按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》要求執(zhí)行。

七、資料整理及提交

化學(xué)灌漿結(jié)束后，根據(jù)設(shè)計要求和試驗?zāi)康模皶r整理灌漿試驗成果，分析砼裂縫的可灌性，總結(jié)優(yōu)化漿液配比、灌漿壓力、灌漿工藝及特殊工程問題的處理措施。并提交相關(guān)灌漿成果資料，成果資料包括化學(xué)灌漿試驗報告、鉆孔和灌漿施工班報記錄以及化學(xué)灌漿成果表。

八、結(jié)論

混凝土經(jīng)過化學(xué)灌漿后，對裂縫部位混凝土進(jìn)行取樣試驗，試驗結(jié)果表明，開裂混凝土的裂縫得到了填充，混凝土物理力學(xué)性能得到了提高，膠結(jié)強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計要求。該處理方法不僅對其他工程混凝土裂縫的處理具有借鑒意義，同時對基巖裂縫的處理，對混凝土低強(qiáng)、松散等缺陷的處理同樣具有借鑒意義。