丙烯酸鹽灌注與表面聚脲封堵工藝在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用

楊 林 劉存輝 閆翠秋

(1.北京金河水務(wù)建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 102206；2.北京金河生態(tài)科技有限公司，北京 102206)

混凝土縫內(nèi)灌注丙烯酸鹽漿液后會形成一種柔性的憎水止水材料，其在密閉空間內(nèi)具有高抗壓性和高滲透性。當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫滲水時(shí)，利用丙烯酸鹽的這種特點(diǎn)，對裂縫進(jìn)行丙烯酸鹽漿液灌漿并在表層使用聚脲材料防水，其會形成一種從內(nèi)至外防水效果較好的屏障。此工藝具有在裂縫處同時(shí)抵御內(nèi)外兩側(cè)水壓力的作用并不出現(xiàn)滲水情況，適合于大型隧洞內(nèi)混凝土滲水封堵。

1 工程概況

南水北調(diào)東干渠輸水隧洞工程，隧洞總長44.7km，內(nèi)徑4.6m，主體采用盾構(gòu)法施工，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，其中一襯為預(yù)制鋼筋混凝土盾構(gòu)管片，厚度為300mm，二襯采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，厚度為400mm。本工程此段地下承壓水水深約28～29m左右，地表高程約32m，隧洞內(nèi)洞頂高程最高點(diǎn)為20m，最低點(diǎn)為6m，地下水豐富。在停水檢修期間發(fā)現(xiàn)部分襯砌伸縮縫[1]和襯砌混凝土表面裂縫[2]存在漏水現(xiàn)象。

2 技術(shù)原理

根據(jù)現(xiàn)場探勘發(fā)現(xiàn)的漏水伸縮縫情況，漏水的主要原因是二襯施工時(shí)的聚硫密封膏和閉孔泡沫板止水效果欠佳。針對此種情況，本工程采用的處理方式是：剔除原有聚硫密封膏和閉孔泡沫板，拓寬原有伸縮縫，在伸縮縫內(nèi)砸填油麻形成密實(shí)靠背，同時(shí)對預(yù)埋注漿管采用堵漏靈進(jìn)行油麻表面封堵處理，在內(nèi)部紫銅止水與表層堵漏靈之間注丙烯酸鹽[3]柔性止水材料形成止水屏障，采用高彈砂漿填平伸縮縫溝槽形成隧洞表層平整基面，最后使用SK手刮聚脲材料封堵表面形成表層防水屏障。

3 施工工藝

施工準(zhǔn)備→清除縫內(nèi)材料→伸縮縫擴(kuò)寬切割、縫面打磨、界面清潔、干燥→縫內(nèi)填充油麻→預(yù)埋注漿管→堵漏靈封堵→丙烯酸鹽膠凝注漿[4]、打壓→伸縮縫內(nèi)兩側(cè)打磨→涂刷界面劑和SK手刮聚脲[5]→凹槽高彈砂漿找平→第二次涂刷界面劑和SK手刮聚脲→外黏胎基布→最后一層SK手刮聚脲。

4 施工方法

4.1 伸縮縫內(nèi)縫面打磨

使用扁鏟、鐵鉤等工具將縫內(nèi)聚硫密封膠及閉孔泡沫板鉤出，深度170cm。保證縫內(nèi)混凝土表面干凈無殘留。用手持式角磨機(jī)將縫切割成4cm×3cm槽，并對槽內(nèi)側(cè)磨平；寬度每側(cè)不小于20cm，并在每側(cè)13cm位置設(shè)置一道深0.3cm的槽，將打磨完成的混凝土表面進(jìn)行清洗、干燥。

4.2 伸縮縫內(nèi)油麻填充

伸縮縫內(nèi)使用沖擊鉆砸填油麻，砸填時(shí)將油麻分股分別砸填，每段砸填長度5cm，砸填厚度10cm，預(yù)留3cm用于使用堵漏靈進(jìn)行表面封堵，堵漏靈封堵前將油麻表面雜絲清除干凈；在砸入油麻過程中分別在5點(diǎn)、10點(diǎn)、12點(diǎn)、2點(diǎn)、7點(diǎn)位置預(yù)埋丙烯酸鹽注漿管，注漿管長度17cm。

4.3 伸縮縫內(nèi)壁堵漏靈填充

砸填油麻和注漿管都完成后，伸縮縫內(nèi)壁填充堵漏靈，填充堵漏靈應(yīng)采取分段、分人同時(shí)填充，保證堵漏靈之間結(jié)合質(zhì)量，堵漏靈填充時(shí)用刮鏟少量多次填進(jìn)縫內(nèi)，最終形成平整表面。

4.4 丙烯酸鹽注漿

4.4.1 灌漿工藝

調(diào)試丙烯酸鹽漿液→灌注7點(diǎn)注漿孔→灌注5點(diǎn)注漿孔→灌注2點(diǎn)、10點(diǎn)注漿孔→補(bǔ)灌7點(diǎn)、5點(diǎn)注漿孔→灌注12點(diǎn)注漿孔并測壓→補(bǔ)灌10點(diǎn)、2點(diǎn)注漿孔→12點(diǎn)注漿孔測壓→1封孔。

4.4.2 止水原理

雙組分丙烯酸鹽材料是一種新型堵漏防滲材料[6]，它可以灌入細(xì)小混凝土裂縫中，形成高柔性的止水膠體，受壓后可以變形填充至細(xì)微裂縫中達(dá)到阻斷滲水通道的效果(見表1、表2)。雙組分丙烯酸鹽材料可以通過改變A(丙烯酸鹽)、B[丙烯酸鹽(引發(fā)劑)和促進(jìn)劑]材料及外加劑用量來調(diào)節(jié)終凝時(shí)間，控制擴(kuò)散半徑。

表1 丙烯酸鹽灌漿液物理性能

續(xù)表

表2 丙烯酸鹽灌漿液凝膠后的性能

雙組分丙烯酸鹽材料采用雙液灌漿泵施工，當(dāng)三種材料相遇后經(jīng)過一段時(shí)間形成一種可壓縮的柔性凝膠體，主要適用于有密實(shí)支撐的密閉空間內(nèi)的封堵滲漏水處理。

4.4.3 注漿施工

在縫內(nèi)填注的堵漏靈達(dá)到可施工強(qiáng)度后，采用高壓雙液灌漿泵對原預(yù)留的注漿孔進(jìn)行丙烯酸鹽高壓注漿施工。注漿采用分段注漿方式。

首先將5點(diǎn)位置的預(yù)留注漿孔作為Ⅰ序孔進(jìn)行高壓灌漿，7點(diǎn)位置的預(yù)留注漿孔作為Ⅱ序孔進(jìn)行高壓灌漿，12點(diǎn)位置的預(yù)留注漿孔作為Ⅲ序注漿孔和檢查孔，10點(diǎn)位置和2點(diǎn)位置的預(yù)留注漿孔作為加密孔或檢查孔布置，在5點(diǎn)位置孔注漿時(shí)，注意觀察，漿液從2點(diǎn)位置預(yù)留孔自然流出時(shí)，停止5點(diǎn)注漿孔注漿施工，至此5點(diǎn)至2點(diǎn)位置間縫內(nèi)注漿密實(shí)完成。

在7點(diǎn)位置孔注漿時(shí)，注意觀察，漿液從10點(diǎn)位置預(yù)留孔自然流出時(shí)，停止7點(diǎn)注漿孔注漿施工，至此7點(diǎn)至10點(diǎn)位置間縫內(nèi)注漿密實(shí)完成。

同時(shí)對7點(diǎn)和2點(diǎn)位置預(yù)留的注漿孔高壓注漿，注意觀察，漿液從12點(diǎn)位置預(yù)留孔自然流出時(shí)，停止該兩位置注漿孔注漿施工，至此10點(diǎn)至12點(diǎn)位置和2點(diǎn)至12點(diǎn)間縫內(nèi)注漿密實(shí)完成。

然后對5點(diǎn)和7點(diǎn)兩個(gè)注漿孔進(jìn)行補(bǔ)灌，保證5點(diǎn)至2點(diǎn)段和7點(diǎn)至10點(diǎn)段灌漿密實(shí)；對10點(diǎn)和2點(diǎn)位置兩個(gè)注漿孔進(jìn)行補(bǔ)灌，保證10點(diǎn)至12點(diǎn)和2點(diǎn)至12點(diǎn)段灌漿密實(shí)。最后對12點(diǎn)位置的注漿孔進(jìn)行補(bǔ)灌并測定伸縮縫內(nèi)灌漿壓力，伸縮縫內(nèi)灌漿壓力不小于0.45MPa時(shí)則該注漿符合設(shè)計(jì)要求，對該段5個(gè)預(yù)留注漿孔進(jìn)行封孔。

4.5 SK手刮聚脲施工

4.5.1 SK手刮聚脲施工方法

待襯砌伸縮縫內(nèi)填充的堵漏靈強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，即可進(jìn)行后續(xù)的SK手刮聚脲[7]施工。先對伸縮縫內(nèi)填充的堵漏靈表面進(jìn)行磨光、吹掃、清洗、擦干以及烘干。

將伸縮縫內(nèi)混凝土表面擦干、烘干后即可開始進(jìn)行第一層SK手刮聚脲施工。刷涂第一層SK手刮聚脲之前需先在混凝土表面涂刷2層潮濕型界面劑[8]。潮濕型界面劑為雙組分材料，均現(xiàn)場稱重現(xiàn)場混合攪拌，對潮濕型A組分界面劑和潮濕型B組分界面劑兩種材料，稱重后采用電動攪拌器充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)間不得小于3min，使兩種材料充分混合，攪拌料顏色無色差，上下統(tǒng)一。涂刷料制拌完成后應(yīng)在30min內(nèi)使用完畢。潮濕型界面劑直接涂刷在混凝土表面上，第一層界面劑會滲透到混凝土細(xì)小空隙中去，為保證后期SK手刮聚脲黏結(jié)強(qiáng)度，界面劑需涂刷兩次。第一次涂刷完成4h后即可進(jìn)行第二次界面劑施工。涂刷界面劑時(shí)先用硬質(zhì)涂刷將界面劑均勻涂刷在伸縮縫內(nèi)和伸縮縫兩側(cè)指定范圍，然后用刮板用力將涂刷均勻的界面劑進(jìn)行涂刷，使界面劑形成既透明又薄且均勻的一層。待第一層界面劑涂刷完成后4h左右用手觸摸第一層，呈“沾手不拉絲”狀態(tài)時(shí)可進(jìn)行第二道界面劑施工。

4.5.2 SK手刮聚脲界面劑涂刷注意事項(xiàng)

界面劑表面略干時(shí)，檢查涂刷表面是否有凝結(jié)水，如有，需要用潔凈的干布擦拭干凈才可以進(jìn)行后續(xù)施工。

潮濕型界面劑涂刷時(shí)需用力均勻一致，使涂刷表面平順無凸起，遇到混凝土表面不平順位置要反復(fù)多次涂刷。

伸縮縫槽內(nèi)涂刷時(shí)必須使所有混凝土表面都刷勻，槽內(nèi)厚度要均勻，不得出現(xiàn)薄厚不均、局部小疙瘩等現(xiàn)象。涂刷厚度不得太薄也不得太厚，太薄經(jīng)混凝土表面吸滲容易出現(xiàn)空鼓，太厚黏結(jié)強(qiáng)度增長慢，影響后續(xù)施工進(jìn)度，且與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度下降，影響質(zhì)量。所以涂刷完界面劑后必須采用硬質(zhì)刮板進(jìn)行刮薄。

4.5.3 SK手刮聚脲界面質(zhì)量控制要點(diǎn)

混凝土表面磨光范圍要足夠?qū)捛衣冻鲂迈r混凝土骨料才行。在指定位置切割出一條倒三角形加勁槽，加勁槽整環(huán)應(yīng)平順，深度統(tǒng)一，方向一致，界面劑和后期SK手刮聚脲涂刷范圍應(yīng)超出加勁槽。

涂刷界面劑重點(diǎn)控制伸縮縫兩側(cè)涂刷范圍和加勁槽部位涂刷質(zhì)量，以及兩次界面劑涂刷間隔和SK手刮聚脲與第二次界面劑完成后的時(shí)間，過早和過晚均不能保證黏結(jié)質(zhì)量。

4.6 高彈性砂漿施工

第一遍SK手刮聚脲施工完后約4h，用手觸摸若呈“沾手不拉絲”狀態(tài)時(shí)，立即進(jìn)行伸縮縫槽內(nèi)回填高彈性砂漿施工。

高彈性砂漿因施工后砂漿會出現(xiàn)大幅度回彈現(xiàn)象，隧洞頂部位置的砂漿容易掉落，因此在隧洞頂部施工時(shí)應(yīng)分多次施工，每次回填1cm厚左右，最終達(dá)到用高彈性砂漿充分填充伸縮縫，使伸縮縫與混凝土襯砌表面形成平順接觸面。

高彈性砂漿是由特殊砂和特制的膠凝狀液體混合而成的，高彈性砂漿配合比為膠凝材料 ∶砂=1 ∶3，采用精準(zhǔn)電子秤控制配比。因?yàn)槟z凝狀液體黏稠度較大，人工手動攪拌較為吃力，所以二者按照比例混合后采用電動攪拌裝置進(jìn)行攪拌，每次攪拌時(shí)間不低于5min，攪拌成品的材料色澤均勻統(tǒng)一。

高彈性砂漿填充施工采用金屬扁頭鏟分層將砂漿塞進(jìn)伸縮縫內(nèi)，嚴(yán)格控制單次塞填厚度，太厚容易掉落造成浪費(fèi)，太薄施工次數(shù)增多，影響整體施工進(jìn)度。第一次施工完成約2h后即可進(jìn)行第二次塞填施工，整環(huán)伸縮縫高彈性砂漿施工至少分3次進(jìn)行。最終達(dá)到填充密實(shí)，飽滿、表面平整。

4.7 表層聚脲、胎基布施工

高彈性砂漿表層強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對整環(huán)伸縮縫進(jìn)行SK手刮聚脲施工和胎基布粘貼施工，在高彈性砂漿表面涂刷潮濕型界面劑2層(施工方法同上)。首層聚脲表面涂刷表層活化劑，然后全環(huán)進(jìn)行1層SK手刮聚脲施工，施工完成后即可粘貼抗拉伸型胎基布1層。粘貼完抗拉伸型胎基布后需等待4h，待胎基布與聚脲充分粘牢且表層強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范要求后再進(jìn)行后續(xù)手刮聚脲封閉，最終達(dá)到肉眼看不出胎基布痕跡。

SK手刮聚脲(單組分)開蓋后應(yīng)在3h內(nèi)用盡，如未用盡，應(yīng)及時(shí)封蓋。聚脲施工過程中，混凝土表面或上層作業(yè)面不得有水、塵土、雜物。

高彈性砂漿填充成型后即可施工后續(xù)手刮聚脲，同時(shí)粘貼一層200mm寬的抗拉伸胎基布，胎基布原則上應(yīng)整環(huán)無斷接，不可避免必須搭接時(shí)，胎基布搭接長度大于15cm。胎基布粘貼要平整無褶皺，褶皺無法避免處可剪開豁口進(jìn)行重疊粘貼處理。

如果前一層表面有凝結(jié)水，在下一遍施工前用干布拭去表面的凝結(jié)水，并用層間處理劑涂刷表面，10min后盡快施工，以保證聚層與層之間黏結(jié)牢固。聚脲刮層厚度要均勻，向單一方向用力涂刷，一次成型。

聚脲涂刷完成后應(yīng)為厚度均勻、平整、無流掛、無漏涂、無針孔、無起泡、無異物混入。伸縮縫兩側(cè)的手刮聚脲層厚度不小于4mm，檢測的最小厚度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)厚度的90%，即3.6mm，且小于設(shè)計(jì)厚度的面積比例需在5%以內(nèi)。

伸縮縫兩側(cè)施工范圍為：潮濕型界面劑涂刷寬度>第一層聚脲寬度>第二層聚脲寬度=第三、四層聚脲寬度>胎基布寬度。

5 結(jié) 語

實(shí)踐表明，南水北調(diào)東干渠輸水隧洞工程搶修項(xiàng)目針對滲水伸縮縫封堵施工的工藝流程具有工藝先進(jìn)、技術(shù)創(chuàng)新的特點(diǎn)。施工完成后工程具有質(zhì)量高、通水安全性高以及封堵止水效果好的優(yōu)點(diǎn)。丙烯酸鹽襯砌伸縮縫灌注與聚脲表面封堵聯(lián)合施工工藝對于大型輸水隧洞及混凝土滲水裂縫的封堵效果較好，具備較高的推廣價(jià)值。