引水隧洞混凝土裂縫化學(xué)灌漿加固技術(shù)研究

陳海鵬

（新疆水利發(fā)展投資（集團(tuán)）有限公司,新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

在隧道施工中,由于混凝土襯砌造成的裂縫具有不可逆性。在具有防滲要求的隧道工程中,由于襯砌裂縫的存在,會(huì)對混凝土的抗?jié)B性產(chǎn)生一定影響,從而造成鋼筋腐蝕、隧道工程主體結(jié)構(gòu)耐久性下降,修復(fù)此類工程需要大量的人力、物力、財(cái)力,從而延誤施工進(jìn)度。在具有高滲透能力的砂礫石軟巖環(huán)境中出現(xiàn)混凝土裂縫,會(huì)加劇隧道的危險(xiǎn)性[1]。新疆某樞紐工程發(fā)電引水隧洞工程,隧洞混凝土襯砌后部分洞段存在混凝土裂縫,部分裂縫有滲水現(xiàn)象。為保證工程長久運(yùn)行,需要對混凝土裂縫進(jìn)行修復(fù)處理。施工前,對引水洞已完成混凝土襯砌洞段裂縫進(jìn)行排查,依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范及設(shè)計(jì)文件對裂縫進(jìn)行分類并編制了《混凝土裂縫化學(xué)灌漿試驗(yàn)大綱》。

1 工程概況

該工程引水系統(tǒng)采用一洞四級布置形式,其中引水建筑物主要由進(jìn)水口、壓水管道、引水隧洞等構(gòu)成,對應(yīng)的引水口與排沙口位于同一個(gè)進(jìn)水塔中,分左右兩孔,底板高程1175.00 m,孔口高度13.256 m,每孔凈寬5.2 m,發(fā)電最大引用流量137.8 m3/s,在進(jìn)水塔后部兩孔合二為一,后部與隧洞的引水口相接[2]。對應(yīng)的進(jìn)水口前部位增設(shè)一道攔污柵,進(jìn)水口的后部增設(shè)事故檢修閘門室,閘孔尺寸6.5 m×6.5 m（寬×高）。進(jìn)水塔頂部高程為1205 m,平臺(tái)上布置啟閉機(jī)房,平臺(tái)兩側(cè)與岸坡公路分別采用7.0 m 寬的交通橋連接。

有壓引水隧洞上游接進(jìn)水口,下游接調(diào)壓室,洞徑6.4 m,設(shè)計(jì)流速3.05 m/s,鋼筋混凝土襯砌。自進(jìn)口至調(diào)壓室主要由三條直線段與兩條弧線段構(gòu)成,對應(yīng)的引水隧洞總長度約為7365.18 m,該標(biāo)段引水隧洞全長5380 m,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見表1（洞段為引0+012～引2+500）。

表1 引水隧洞鋼筋混凝土施工特性

其中FD 洞0+000～2+500 段混凝土襯砌斷面結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 FD 洞0+000～2+500 段混凝土襯砌斷面

隧洞襯砌后半徑為3.1 m,設(shè)計(jì)分塊長度12 m,其中Ⅳ、Ⅴ圍巖段每倉分縫處設(shè)置伸縮縫、沉降縫,圍巖突變處設(shè)置伸縮縫或沉降縫,縫內(nèi)填充2 cm 厚聚乙烯高壓閉孔板。Ⅱ、Ⅲ類圍巖段設(shè)施工縫,縫面進(jìn)行鑿毛處理[3]。鋼筋混凝土襯砌水平施工縫鍍鋅鋼板設(shè)止水帶,下游全斷面一次澆筑成型。

開挖揭露面圍巖情況：巖性為華力西中期花崗閃長巖；地質(zhì)構(gòu)造為發(fā)育擠壓破碎帶；巖體結(jié)構(gòu)以鑲嵌結(jié)構(gòu)為主,局部碎裂結(jié)構(gòu)；巖體完整性差,地面基本無滲水[4]。目前三倉的底板已經(jīng)澆筑設(shè)計(jì)同標(biāo)號混凝土墊層至結(jié)構(gòu)線,主要在兩側(cè)底拱存在超挖。

2 化學(xué)灌漿加固施工方案

2.1 引水隧洞混凝土裂縫分類與施工材料選擇

為確?，F(xiàn)場施工可以達(dá)到預(yù)期效果,施工前,落實(shí)現(xiàn)場排查并描述裂縫,其主要描述內(nèi)容有：裂縫的位置、數(shù)量、裂縫長度、裂縫寬度、裂縫深度、裂縫走向、裂縫發(fā)展?fàn)顩r、有無滲水等[5]。為了準(zhǔn)確反映裂縫類型及數(shù)據(jù),可在施工現(xiàn)場組織技術(shù)人員及熟練工人利用電子測縫儀、皮尺、塞尺、角度測量儀等工具準(zhǔn)確測量并記錄裂縫參數(shù),裂縫排查描述完成后,根據(jù)《水工混凝土建筑物修補(bǔ)加固技術(shù)規(guī)程》分類裂縫[6]。其中裂縫編號原則見圖2。

圖2 裂縫編號原則

化學(xué)灌漿材料選用CH18 潮濕型改性環(huán)氧膠,分為A（主液）和B（固化劑）,灌漿材料類型為普通型,固化物力學(xué)性能為I 級；膠泥材料選用CH-3A 潮濕型改性環(huán)氧灌縫膠（膠泥）。兩種材料均為親水性材料,進(jìn)場時(shí)需要出具對應(yīng)材料的出廠檢測與質(zhì)量驗(yàn)收報(bào)告,進(jìn)場后對材料自檢,要求化學(xué)灌漿材料符合《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》（JCT 1041-2007）標(biāo)準(zhǔn)要求；自檢合格后進(jìn)行材料進(jìn)場報(bào)驗(yàn),批復(fù)同意進(jìn)場使用。

2.2 裂縫清理、布孔、鉆孔

清理裂縫包括兩個(gè)步驟,分別為磨縫與鑿槽,磨縫時(shí),利用手工研磨機(jī)沿著裂縫拋光,拋光深度為2 mm,拋光后使用高壓水洗縫[7]。鑿槽時(shí),在騎縫處開“U”形凹槽,槽寬、深度3 cm～5 cm,在此基礎(chǔ)上,用清水,風(fēng)槍清理裂紋、吹凈。滲水部位底部預(yù)埋注漿嘴,作為前期排水管。

在縫線兩側(cè),沿著裂縫方向設(shè)置斜孔,斜孔孔徑為27 mm,間距為1 m。采用水磨鉆配金剛石鉆頭鉆孔,在距縫20 cm 處開孔,對于未貫穿的裂縫,將過縫位置控制在裂縫底部；對于貫穿裂縫,將過縫位置控制在縫深的中間并靠近基巖部位,過縫后繼續(xù)鉆入5 cm。實(shí)際施工時(shí),現(xiàn)場需要結(jié)合不同圍巖類別的襯砌形式（主要為襯砌厚度）,確定鉆孔角度、孔深等具體參數(shù)[8]。施工時(shí),主要按照圖3 控制鉆孔參數(shù)。鉆孔完成后并及時(shí)用壓力水洗孔,以此種方式,完成施工中的裂縫清理、布孔、鉆孔。

圖3 控制鉆孔參數(shù)

2.3 安裝注漿嘴及封槽

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上,安裝注漿噴嘴,對齊噴漿噴頭的基座,將噴頭壓入噴頭[9]。為防止孔底與縫線錯(cuò)位,注漿口的出漿口與孔底保持1/3 的深度,即注漿管只有原管的2/3 深度,以防止雜物堵塞注漿管線。

設(shè)計(jì)“U”形回填,在“U”形的凹槽中,使用一種快速的補(bǔ)強(qiáng)劑,使之與混凝土表面持平。完成上述處理后,對表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。處理前打磨、后清潔表面,使其保持干燥,在縫隙兩側(cè)用環(huán)氧樹脂黏合劑刮擦2 mm 厚（縫隙中央的環(huán)氧樹脂厚度稍大,兩側(cè)稍?。?以防漏漿。封縫結(jié)束后,根據(jù)注漿的先后順序,編號從1#開始,以此類推。在環(huán)氧樹脂的強(qiáng)度達(dá)到要求后,再設(shè)計(jì)封槽的通風(fēng)測試。

2.4 通風(fēng)檢測與注漿

在封槽7 天后,環(huán)氧樹脂的強(qiáng)度就能滿足灌漿的需要。此時(shí)檢查裂縫的通風(fēng)情況,通風(fēng)壓力為0.09 MPa。

檢測過程中,封閉注漿口,保留1#和2#注漿口,用1#注漿口與管道連接,并將2#軟管插入肥皂水中,逐個(gè)檢驗(yàn)[10]。在檢查注漿口的時(shí)候,將肥皂水涂到密封材料的表面,使其寬度超出密封材料,注意密封區(qū)域是否有氣泡產(chǎn)生。

在通風(fēng)時(shí)觀察：相鄰的灌漿孔之間、斜孔與騎縫孔間均串通,管路周圍及封槽范圍內(nèi)均無氣泡,且裂縫與灌漿管路暢通且封閉可靠。

注漿中,按照 “由低高程向高高程灌注”的原則灌注,同時(shí),以5∶1 的比例將 A（主液）與 B（固化劑）混合。在制漿過程中,采用“少稱勤配,分批配漿”的原則,節(jié)省漿材的同時(shí),使?jié){液黏度維持在一個(gè)較低的水平,從而改善灌漿的質(zhì)量。

未經(jīng)固化劑灌裝在密封的塑料容器內(nèi),置于干燥、涼爽、通風(fēng)的地方。在漿液配制、灌漿時(shí),漿液溫度控制在5℃～35℃,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要配制,以避免爆漿現(xiàn)象發(fā)生。在通風(fēng)地點(diǎn)配制漿料,并用耐酸堿的手套保護(hù),漿料的貯存和運(yùn)送都要有合適的密閉措施。

注漿的初始壓強(qiáng)為0.2 MPa,最大壓強(qiáng)為0.3 MPa。從1#孔的低端起,到2#孔的返漿,然后實(shí)施并灌,直到3#孔的返漿和1#孔完全封閉,再實(shí)施3#孔的二次注漿,以此類推。

在灌漿過程中,所有的灌漿管都會(huì)出現(xiàn)返漿現(xiàn)象。在最大壓力下,注漿速度低于0.01 L/min,在此基礎(chǔ)上,連續(xù)注漿10 min,當(dāng)注漿壓強(qiáng)不降低時(shí),完成灌漿。

混凝土裂縫灌漿所使用的灌漿機(jī)為電子單液泵,確保流量和壓力可控。灌注時(shí)觀察裂縫混凝土表面的變化,調(diào)整灌漿機(jī)的壓力,確定灌漿最高壓力后開灌。計(jì)量采用電子秤稱量,漿液配制好后開始灌漿,在灌注過程中隨時(shí)做好灌漿記錄,現(xiàn)場記錄要保證及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠。裂縫灌漿完成后表面無滲水,且縫面平整與周邊混凝土面平順銜接,即可證明完成施工。

3 質(zhì)量驗(yàn)收

按照上文內(nèi)容,設(shè)計(jì)針對新疆某樞紐工程發(fā)電引水隧洞的加固施工,本次混凝土裂縫化學(xué)灌漿試驗(yàn)選取四個(gè)試驗(yàn)段,共計(jì)8 條裂縫,總長189.6 m；根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,共布置200 個(gè)斜孔及757 個(gè)騎縫孔,在通風(fēng)時(shí)每條裂縫內(nèi)的所有灌漿孔全部串通?？傋{量523.36 kg,最大單耗47430.83 kg/m3,最小單耗3002.45 kg/m3；具體灌漿情況見表2（圍巖灌漿編號引0+180～引1+327,對應(yīng)8 個(gè)灌漿施工點(diǎn)）。

表2 灌漿施工詳情

在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)樁號引0+612～引0+624 段的外觀質(zhì)量,在化學(xué)灌漿前,混凝土裂縫滲水現(xiàn)象明顯,局部滲水呈線狀流水。按照本文上述設(shè)計(jì)的工藝流程對該段展開施工,并落實(shí)施工過程中的質(zhì)量控制措施。灌漿結(jié)束后,監(jiān)測該段混凝土表面滲水情況,發(fā)現(xiàn)該段混凝土表面滲水量為0,即無滲水現(xiàn)象,達(dá)到對該段混凝土修復(fù)效果。

按照規(guī)范及設(shè)計(jì)技術(shù)要求,在作業(yè)面中存在貫穿性裂縫或深層裂縫的區(qū)域,布置壓水試驗(yàn)檢查孔,結(jié)合現(xiàn)場具體情況,樁號引0+612～引0+624 單條裂縫較長,且裂縫多為貫穿滲水。為試驗(yàn)結(jié)論提供更加全面、詳細(xì)、準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。在該倉較長裂縫上布置5 個(gè)檢查孔。利用工程地質(zhì)鉆機(jī)和金剛石鉆頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn),鉆取芯樣均按照裂縫編號標(biāo)記保存。鉆孔內(nèi)清洗干凈后,在鉆孔內(nèi)預(yù)先埋設(shè)注漿管和排水管,孔口采用快速堵漏劑封堵。待堵漏劑強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后,開始進(jìn)行壓水試驗(yàn)。壓水采取五點(diǎn)法壓水試驗(yàn),觀察并記錄10 min 累計(jì)注入流量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 壓水試驗(yàn)結(jié)果

表3 中的透水率通過下式計(jì)算得出：

式中：q為施工段透水率；Q為壓入流量；p為壓力；L為孔深。

根據(jù)表3 中結(jié)果可知,施工段透水率最大為0.03 Lu,滿足引水隧洞混凝土質(zhì)量驗(yàn)收需求,證明本文設(shè)計(jì)的施工方法在實(shí)際應(yīng)用中可以起到加固混凝土裂縫段、防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏的作用。

4 結(jié)語

為提高此工程在竣工投入使用后的價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益,本文以新疆某樞紐工程發(fā)電引水隧洞工程為例,采取相應(yīng)的技術(shù)措施,設(shè)計(jì)化學(xué)灌漿加固,控制引水隧洞施工中混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫,以此提高工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性與可靠性。