隧洞襯砌裂縫病害修復壓力注漿漿液配比試驗研究

梁大蘊，梁興榮

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司,甘肅 蘭州 734000）

0 引言

引洮一期工程15#隧洞圍巖主要為重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)壤土,部分段落滲水較為嚴重,存在飽水土洞段,施工地質(zhì)條件極差,施工期局部發(fā)生過塌方,初步推測襯砌結構后期受力狀態(tài)并非十分理想,可能存在偏壓或過大山巖外荷載的情況。從裂縫的縫補規(guī)律來看,較多的為縱向、點狀的分布,縱向裂縫多由于施工澆筑中冷縫產(chǎn)生導致,點狀裂縫或為施工中混凝土振搗可能存在不密實的地方和雜物填充所致,使得襯砌存在結構薄弱疏松通道,導致后期出現(xiàn)裂縫及滲水情況。

隧洞漏水較為嚴重處進行了水樣檢測,試驗結果表明滲水的礦化度1566.50 mg/L,水中SO2-含量 576.94 mg/L,Cl-含量297.78 mg/L,屬微咸水,水質(zhì)差,化學侵蝕程度為強腐蝕。根據(jù)國家標準《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》（GB/T 50496-2008）規(guī)定,滲水對普通混凝土具有硫酸鹽型一般腐蝕性（V-C級）,對鋼筋混凝土結構中鋼筋具有弱腐蝕性。

水工隧洞襯砌混凝土裂縫的存在,不僅會影響結構的剛度和完整性,還會降低隧洞的抗?jié)B能力,引起鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化,影響隧洞的使用,設計結合實際,對襯砌結構裂縫進行治理修復,確保隧洞的長久安全。

1 試驗內(nèi)容

在長期的地下工程的滲漏實踐中,工程技術人員總結出了灌（灌漿材料）、嵌（嵌填剛性速凝材料）、抹（抹壓防水砂漿）和涂（涂布防水土料）等典型處理工藝。解決隧洞滲漏問題,一般采取灌漿處理。綜合分析各種灌漿材料的特點,設計采用在水泥漿液中添加BR型灌漿材料,該種材料可降低漿液的流動性,降低結石體的收縮性,提高結石體的強度。

通過不同漿液配比,開展工程區(qū)水泥漿液專題研究,結合本工程原材料和配合比,試驗研究原材料配比的影響規(guī)律,并提出合理化建議。主要研究內(nèi)容有：

（1）水灰比對水泥漿液性能的影響；

（2）防水劑摻量對水泥漿液性能的影響：

（3）專用粉摻量對水泥漿液性能的影響；

（4）摻入10%超細水泥灌漿料對水泥漿液性能的影響。

2 試驗成果與分析

對試驗所用原材料（水泥、灌漿料、防水劑、專用粉、減水劑）進行試驗檢測,性能指標滿足規(guī)范要求。比較不同配比漿液的性能,得出適用于本工程的最佳漿液配比。試驗用水泥為永登祁連山水泥有限公司生產(chǎn)的42.5 高抗硫酸鹽水泥,終凝時間為340 min,28 天抗折強度為7.8 MPa,28 d抗壓強度為44.2 MPa；BR型防水劑和專用粉生產(chǎn)廠家為山西建華化工有限公司；減水劑是甘肅唯克隆工程建材有限公司生產(chǎn)的引氣高效減水劑,減水率為15.9%。

2.1 水灰比的影響

設計水灰比為2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1四種水灰比,BR型防水劑、專用粉和減水劑摻量按推薦最小摻量摻入,水灰比對漿液性能影響見表1。

表1 水灰比對漿液性能影響

從表1和圖1可以看出,漿液比重隨著水灰比增大而減小,漿液比重與水灰比呈現(xiàn)線性關系；水灰比越大漿液的流動性越大；水灰比≤0.7時,漿液析水率為零,水灰比＞0.7時漿液呈現(xiàn)析水現(xiàn)象；漿液凝結時間與水灰比呈現(xiàn)冪次方增加；水灰比為0.5時漿液粘度較大,不透水系數(shù)試件成型不密實,水灰比≥0.7時,不透水系數(shù)與水灰比呈現(xiàn)負相關；水灰比越大漿液結石抗壓強度越小。從流動度工作性能結合以往灌漿經(jīng)驗可以看出壓力注漿漿液水灰比宜為0.7~1。

圖1 水灰比對灌漿料性能的影響

2.2 BR型防水劑摻量的影響

選取水灰比為0.7和1研究防水劑摻量對漿液性能的影響。BR型防水劑推薦摻量為水泥用量8%~12%,BR型專用粉摻量為1%,對比水灰比為0.7∶1和1∶1時防水劑摻量對注漿漿液性能的影響。

從表2和圖2可以看出,防水劑摻量對漿液工作性能影響較小,防水劑摻量越大,漿液結石抗壓強度越低,防水劑的摻量影響漿液中水泥的水化反應。

表2 防水劑摻量對漿液性能影響

圖2 防水劑摻量對漿液流動性和抗壓強度影響

2.3 BR型專用粉摻量的影響

BR型專用粉推薦摻量為水泥用量1%~3%,BR型防水劑摻量為8%,對比水灰比為0.7∶1和1∶1時專用粉摻量對注漿漿液性能的影響。

從表3 可以看出專用粉摻量越多,漿液流動性越差造成灌漿結石密實度較差,摻量越多結石抗壓強度越低,專用粉最佳摻量宜為1%。

表3 專用粉摻量對漿液性能影響

2.4 摻入10%超細水泥灌漿料的影響

對比100%水泥和內(nèi)摻10%超細水泥灌漿料水泥漿液性能變化。

表4 內(nèi)摻10%超細水泥灌漿料對漿液性能影響

從表4和圖3可以看出,內(nèi)摻10%超細水泥灌漿料能夠改善漿液的工作性能,漿液結石的抗壓強度有所提高。超細水泥灌漿料摻配會增加施工成本,再者摻入灌漿料使得材料成本增加較多,綜合考慮此工程不適合摻入超細水泥灌漿料。

圖3 對比不同膠凝材料對漿液流動性和抗壓強度的影響

3 結語及展望

3.1 結語

對隧洞襯砌病害修復壓力注漿漿液配比所用原材料、不同BR型防水劑摻量、不同BR型專用粉摻量、不同水灰比和內(nèi)摻10%超細水泥灌漿料等試驗得出以下結論：

（1）摻入BR型防水劑和專用粉可以配制出滿足引洮一期供水工程裂縫修復的灌漿堵漏材料。

（2）BR型防水劑和專用粉最佳摻量為8%和1%。

（3）水灰比為0.7∶1和1∶1時,配制的水泥漿液灌漿料工作性能較好,可以滿足注漿工作的需要。水灰比為0.7∶1時水泥漿液灌漿料的凝結時間為8 h~11 h；水灰比為1∶1時灌漿料的凝結時間為18 h~22 h,配制的灌漿料凝結時間滿足注漿工作需要。

（4）水泥漿液結石強度隨著水灰比增大而減小,水灰比為0.7∶1時抗壓強度為9 MPa~18.6 MPa；水灰比為1∶1時28 d抗壓強度為3.6 MPa~6.2 MPa,注漿料力學性能滿足工程需要。

（5）水灰比為0.7∶1和1∶1時水泥漿液結石不透水性系數(shù)為0.8 MPa·h~1.8 MPa·h,可以有效預防洞內(nèi)滲水。

3.2 展望

（1）引洮一期供水工程隧洞處于較高硫酸鹽侵蝕環(huán)境中,襯砌結構等長時間受硫酸鹽侵蝕造成結構損害。裂縫修復應采用高抗硫酸鹽水泥或摻外加劑進行灌漿從而保護襯砌結構。

（2）鑒于引洮供水一期工程隧洞所處的特殊環(huán)境,建議該工程營運期間定期對混凝土裂縫和強度進行監(jiān)測,以期及早發(fā)現(xiàn)及時處理。