高壓注漿法在綜合管廊裂縫修補(bǔ)中的應(yīng)用

薛振勇XUE Zhen-yong

（中鐵十七局集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)院，太原 030006）

0 引言

在地下綜合管廊施工過(guò)程中，受當(dāng)?shù)丨h(huán)境、施工情況以及混凝土材料等因素影響，混凝土裂縫是常見(jiàn)的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)裂縫，不僅會(huì)影響管廊結(jié)構(gòu)的整體受力性能，使管廊結(jié)構(gòu)的耐久性受到影響，還可能導(dǎo)致管廊發(fā)生滲漏水，給地下綜合管廊的使用和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)重大影響，因此，綜合管廊的裂縫處理應(yīng)該引起足夠的重視。

1 背景

包頭市為干旱半干旱大陸性氣候，有干燥少雨，晝夜溫差大，冬季嚴(yán)寒，夏季干熱，冬春倆季多風(fēng)沙，蒸發(fā)強(qiáng)烈等特點(diǎn)，在這種環(huán)境下施工的混凝土結(jié)構(gòu)物容易產(chǎn)生裂縫，包頭市110 國(guó)道綜合管廊混凝土結(jié)構(gòu)在此環(huán)境下產(chǎn)生了不同程度的裂縫，裂縫的產(chǎn)生影響綜合管廊的結(jié)構(gòu)受力和防水性能。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，采用高壓注環(huán)氧樹(shù)脂法對(duì)綜合管廊的裂縫進(jìn)行修復(fù)處理，獲得了良好的效果，可供類似項(xiàng)目參考。

2 裂縫形態(tài)及原因分析

2.1 裂縫的形態(tài)

包頭市110 國(guó)道綜合管廊分為綜合艙、高壓電力艙和熱力艙，管廊主體混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑底板和緊鄰底板的60cm 墻身，第二次澆筑剩余上部墻身和頂板。包頭市110 國(guó)道綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見(jiàn)圖1。

圖1 包頭市110 國(guó)道綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

2.2 裂縫產(chǎn)生的原因

在包頭市110 國(guó)道綜合管廊施工的三個(gè)標(biāo)段中，均出現(xiàn)裂縫，且其形態(tài)及分布規(guī)律基本一致，可判斷為質(zhì)量通病。經(jīng)分析，可能的原因如下：一是包頭當(dāng)?shù)貧夂蚋稍?，晝夜溫差大，拆除模板后由于混凝土表面急速失水收縮及溫度應(yīng)力引起開(kāi)裂；二是兩次澆筑時(shí)的混凝土坐落在第一次澆筑的基面上，等同于受巖基的約束，由于強(qiáng)約束力開(kāi)裂；三是管廊每30m 設(shè)置一個(gè)伸縮縫，每節(jié)管廊結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)，雖符合規(guī)范要求，但在包頭當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件下，還是會(huì)因管廊結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力引起混凝土開(kāi)裂。

3 裂縫修補(bǔ)工藝

混凝土裂縫的形成與發(fā)展的情況各有不同，其裂縫的修復(fù)方式也不一樣，在本項(xiàng)目中，裂紋發(fā)生于綜合管理的的墻壁內(nèi)，綜合管廊屬于地下室構(gòu)造，且管廊艙內(nèi)在后期運(yùn)營(yíng)時(shí)會(huì)設(shè)置高壓電纜和通信電纜，對(duì)防水要求很嚴(yán)格，如果裂縫修復(fù)不良會(huì)嚴(yán)重影響管理以后的結(jié)構(gòu)安全性和使用性能。本項(xiàng)目根據(jù)綜合管廊使用要求和現(xiàn)場(chǎng)裂縫情況，在咨詢相關(guān)專家的意見(jiàn)后，最終選擇高壓注環(huán)氧樹(shù)脂法對(duì)綜合管廊墻身的開(kāi)裂位置進(jìn)行修復(fù)，在綜合管廊墻身上鉆孔，利用高壓注漿機(jī)將配制好的環(huán)氧樹(shù)脂漿液注進(jìn)綜合管廊裂縫內(nèi)，漿液填充裂縫并固結(jié)，達(dá)到修復(fù)裂縫的目的。

3.1 施工工藝流程

裂縫修復(fù)工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 裂縫修復(fù)工藝流程圖

在施工之前，首先調(diào)查混凝土裂縫位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，準(zhǔn)備注漿材料和注漿機(jī)具，將裂縫進(jìn)行表面處理后，用環(huán)氧樹(shù)脂封口膠封住裂縫，間隔20～30cm 裂縫處打眼并埋設(shè)止水針頭（注漿嘴），高壓灌注環(huán)氧樹(shù)脂漿液，灌注完成后拔出止水針頭，修補(bǔ)完成后，表面用環(huán)氧樹(shù)脂封口膠封住注漿眼，注漿完成后對(duì)混凝土表面進(jìn)行修飾，使管廊墻身光滑、色澤一致。砂漿材質(zhì)一般使用環(huán)氧樹(shù)脂裂縫砂漿液，其主要成份為主料（E-44 環(huán)氧樹(shù)脂溶液）、稀釋水、固化劑和填料料等所構(gòu)成，封縫選用環(huán)氧膠水泥。

3.2 裂縫的調(diào)查統(tǒng)計(jì)

包頭市110 國(guó)道綜合管廊裂縫一般出現(xiàn)在第二次澆筑的墻體上，為豎向裂縫，沿墻長(zhǎng)每3～5m 一道，裂縫長(zhǎng)度0.5～3m，寬度≤0.4mm，部分裂縫延伸至管廊頂板。在施工之前，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)裂縫的寬窄、長(zhǎng)度和發(fā)育方向等做好統(tǒng)計(jì)，以確定哪些裂縫需要進(jìn)行修復(fù)處理，并對(duì)裂縫位置進(jìn)行標(biāo)記。（圖3）

圖3 裂縫位置圖

3.3 注漿材料和機(jī)具的準(zhǔn)備

根據(jù)裂縫的統(tǒng)計(jì)情況來(lái)確定注入漿液的數(shù)量，本項(xiàng)目選用環(huán)氧樹(shù)脂漿液作為注漿材料，注漿液的工程量可采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：W—注入漿液量：a—裂縫長(zhǎng)度（mm）；b—裂縫寬度（mm）；c—裂縫深度（mm）；d—漿液比重；k—擴(kuò)散系數(shù)。

注漿過(guò)程中環(huán)氧樹(shù)脂漿液會(huì)擴(kuò)散，實(shí)際需要的環(huán)氧樹(shù)脂注漿液量約為理論量的1.3 倍以上，本項(xiàng)目擴(kuò)散系數(shù)k取值為1.5。若混凝土在施工過(guò)程中振搗不密實(shí)擴(kuò)散系數(shù)k 就會(huì)相應(yīng)增大，因此還需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)值。（表1）

表1 管廊裂縫及注漿工程量統(tǒng)計(jì)表

計(jì)算出注漿液工程量后，再根據(jù)項(xiàng)目的工期要求和機(jī)具的注漿效率來(lái)確定高壓注漿機(jī)數(shù)量。若在后續(xù)施工過(guò)程中高壓注漿機(jī)類型或數(shù)量無(wú)法滿足要求，應(yīng)對(duì)注漿機(jī)具的類型和數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，以滿足修補(bǔ)結(jié)構(gòu)裂縫的要求。

3.4 混凝土裂縫清理

調(diào)查出裂縫的范圍并作出標(biāo)記后，開(kāi)始對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行清理，用鋼刷或吸塵器把混凝土裂縫表面的塵土、浮渣等清除掉，一般清理寬度為5～10cm。在清理過(guò)程中要避免浮渣、塵土等雜物掉落進(jìn)裂縫里，若裂縫內(nèi)塞進(jìn)雜物會(huì)不利于裂縫的注漿修復(fù)。

3.5 鉆孔、埋設(shè)止水針

裂縫清理完成后，對(duì)綜合管廊墻身的擬注漿位置進(jìn)行鉆孔，鉆孔間距依據(jù)裂縫的尺寸和方向而定，鉆孔間距通常為20～30㎝，鉆孔完成后孔內(nèi)會(huì)有殘留物，會(huì)對(duì)注漿產(chǎn)生一定影響，因此需要對(duì)孔洞進(jìn)行清理，可采用吹風(fēng)機(jī)等對(duì)孔內(nèi)殘留物進(jìn)行清理。原則上鉆孔位置縫窄宜密，縫闊可稀，但每條裂縫至少有一個(gè)進(jìn)漿孔和排氣孔。對(duì)于貫穿墻身的裂縫，需要裂縫位置管廊墻身的兩端鉆眼，當(dāng)墻身一側(cè)灌注時(shí)另一側(cè)裂縫必須封堵。

鉆孔完成后開(kāi)始埋設(shè)止水針和配套元件（注漿嘴），止水針的配套元件是將漿液注入裂縫內(nèi)的連接器，安裝后需要手工擰緊，此時(shí)應(yīng)注意止水針的橡膠部分和孔壁在未使用時(shí)要保持干燥，否則在擰緊過(guò)程中容易打滑，可能影響安裝的效果。（圖4）

圖4 鉆孔位置圖

3.6 封閉裂縫

封閉裂縫的目的就是讓裂縫中形成一個(gè)封閉性的空腔，一般采用強(qiáng)度高材料來(lái)作為裂縫的密封膠。本項(xiàng)目采用環(huán)氧樹(shù)脂膠來(lái)密封裂縫，封閉裂縫的長(zhǎng)度以注漿材料時(shí)不滲漏為原則，裂縫封閉完成后需要等待環(huán)氧樹(shù)脂膠的固化時(shí)間，一般固化時(shí)間是3～5 個(gè)小時(shí)，還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)確定所選用的密封膠達(dá)到注漿強(qiáng)度的時(shí)間。

表3 裂縫處理完成后各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)表

若結(jié)構(gòu)表面有蜂窩麻面或露筋的部位，可用聚合物砂漿或封縫膠等材料進(jìn)行修補(bǔ)處理，若未進(jìn)行修補(bǔ)，可能導(dǎo)致漏漿，影響注漿飽滿度。

裂縫封閉后需檢查封閉效果，可以進(jìn)行壓氣試漏來(lái)檢驗(yàn)密閉效果，試漏前沿裂縫涂抹肥皂水，漏氣的位置應(yīng)當(dāng)進(jìn)行修補(bǔ)，以保證裂縫的封閉效果。

3.7 配制注漿液

本項(xiàng)目采用環(huán)氧樹(shù)脂漿液作為高壓注漿液，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定環(huán)氧樹(shù)脂漿液的配合比，再按照配合比進(jìn)行配制，漿液的主要成分有環(huán)氧樹(shù)脂、塑化劑、稀釋劑、固化劑和填充料（根據(jù)實(shí)際情況選擇是否需要加入填充料），在配制漿液時(shí)各成分應(yīng)攪拌均勻。環(huán)氧樹(shù)脂漿液具有粘結(jié)特性良好、熱收縮性小、耐腐蝕、耐久性好等特點(diǎn)，適合作為裂縫修補(bǔ)的注漿液。環(huán)氧樹(shù)脂漿液的配合比見(jiàn)表2。

表2 環(huán)氧樹(shù)脂漿液配合比表

在施工過(guò)程中還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整配合比，當(dāng)裂縫太大無(wú)法正常注漿時(shí)，可以加入水泥、砂子等填充料，以保證正常注漿，確保注漿質(zhì)量。

3.8 現(xiàn)場(chǎng)注漿

在配制環(huán)氧樹(shù)脂注漿液的同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿機(jī)具的準(zhǔn)備，漿液配制好后開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)注漿，一般采用自下而向上的順序?qū)C合管廊墻身進(jìn)行注漿，注漿時(shí)需用留設(shè)排氣口或注漿口，否則無(wú)法注漿密實(shí)。

具體操作步驟如下：①注入起始時(shí)氣壓約為20kPa，之后慢慢增加至50～60kPa。②軟管最大可載樹(shù)脂約50g，最大有效注入容量約40g。③根據(jù)裂縫統(tǒng)計(jì)情況和現(xiàn)場(chǎng)施工組織情況，確定施工至各個(gè)位置時(shí)所需要的環(huán)氧樹(shù)脂漿液數(shù)量，避免環(huán)氧樹(shù)脂漿液準(zhǔn)備不足或過(guò)剩。④自下而向上對(duì)綜合管廊的墻身進(jìn)行注漿，保證注漿飽滿。⑤在注漿成型條件穩(wěn)定后應(yīng)維持一定時(shí)間，以達(dá)到注漿條件，提高注漿效率。⑥注漿時(shí)，相鄰的縫隙都必須進(jìn)行密封，以防止?jié)B漏。由于環(huán)氧樹(shù)脂漿液在固化強(qiáng)度上來(lái)后比較難清理，在注漿過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)清理流出來(lái)的漿液。⑦松開(kāi)注漿機(jī)的彈簧，觀察漿液的灌注情況，若環(huán)氧樹(shù)脂注漿液不夠飽滿需要進(jìn)行補(bǔ)灌，以保證灌漿的飽滿度。⑧當(dāng)灌注漿液溫度下降，確認(rèn)不再上膠時(shí)，即可確認(rèn)灌注成型，注漿完成之后拆除注漿裝置，用堵頭把底座堵死，防止?jié){液流出。⑨環(huán)氧樹(shù)脂在凝固后需要敲去底座和封頭，修補(bǔ)表面的縫隙。⑩注漿結(jié)束后應(yīng)檢查是否存在缺陷，若有缺陷需及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，以確保裂縫修復(fù)質(zhì)量。

3.9 表面修飾

現(xiàn)場(chǎng)注漿完成后對(duì)施工所產(chǎn)生的雜物進(jìn)行清理，并對(duì)混凝土表面進(jìn)行修飾和打磨，使綜合管廊表面光滑、色澤一致。

4 效果檢驗(yàn)

高壓注漿完成后，當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂漿液達(dá)到7 天固化期時(shí)，開(kāi)始鉆取芯樣進(jìn)行檢測(cè)，在裂縫位置隨機(jī)選擇各個(gè)澆筑階段的10 組（每組3 個(gè)）芯樣進(jìn)行檢驗(yàn)，芯樣應(yīng)騎縫鉆取。檢測(cè)結(jié)果：環(huán)氧樹(shù)脂注漿料與混凝土融合緊密，未出現(xiàn)空隙，呈現(xiàn)均勻狀態(tài)；芯樣的劈裂抗拉強(qiáng)度檢測(cè)和抗壓強(qiáng)度檢測(cè)均符合要求，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)，使結(jié)構(gòu)整體受力情況滿足要求。因此采用高壓注環(huán)氧樹(shù)脂法對(duì)綜合管廊的混凝土裂縫進(jìn)行處理，修復(fù)效果較好，達(dá)到了預(yù)期的裂縫修復(fù)效果。

5 結(jié)論

通過(guò)高壓注環(huán)氧樹(shù)脂法在包頭市110 國(guó)道綜合管廊裂縫處理的成功應(yīng)用，證明該方法可以有效修補(bǔ)綜合管廊混凝土裂縫：①環(huán)氧樹(shù)脂漿液可灌性好，具有較好的浸潤(rùn)性，該漿液適用于采用高壓注漿法進(jìn)行裂縫修復(fù)，能使灌注飽滿，與結(jié)構(gòu)混凝土之間的粘結(jié)比較牢固。②高壓注環(huán)氧樹(shù)脂法能有效修復(fù)綜合管廊結(jié)構(gòu)的混凝土裂縫，利用高壓環(huán)境將環(huán)氧樹(shù)脂漿液注入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的微隙、微縫、微孔、毛細(xì)小孔洞等內(nèi)，能確保灌注進(jìn)裂縫內(nèi)的漿液飽滿、密實(shí)，從而保證混凝土裂縫的修復(fù)質(zhì)量。③高壓注環(huán)氧樹(shù)脂法修補(bǔ)裂縫可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)（適用于對(duì)裂縫恢復(fù)截面有整體性要求或補(bǔ)強(qiáng)要求的工程），使結(jié)構(gòu)整體性受力情況更好，裂縫修復(fù)后為鋼筋提供了足夠的保護(hù)層，避免因鋼筋銹蝕引起的病害，提高了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。