工程案例
業務范圍
地下隧洞襯砌混凝土滲水裂縫處理
發布時間：2014-08-09
水工地下隧洞襯砌混凝土為滿足抗沖耐磨要求，一般混凝土設計標號高、水泥用量大，加上基巖硬度大，彈模高等原因，即使采用低溫混凝土澆筑，最高溫度也超過了允許標準。在隧洞襯砌混凝土澆筑形成后，結構混凝土由于受到內外溫差所引起的溫度應力影響，產生不均勻收縮而出現裂縫，特別是在地下水位較高的隧洞會出現以垂直于水流方向的環向有一定水壓滲水裂縫。在處理這類滲水裂縫的過程中采用了高滲透改性環氧漿材，灌漿施工工藝采用打斜孔埋管和無損貼嘴灌漿的方法，裂縫處理的效果滿足設計的質量要求。關鍵詞：水工隧洞；襯砌混凝土；滲水裂縫處理 水工地下隧洞混凝土裂縫進行化學灌漿處理的目的主要是進行防滲堵漏和補強加固。防滲堵漏要求縫面灌后具有較高的抗滲性和抗老化性能，能阻止外來水汽碳化混凝土和銹蝕鋼筋，滿足結構耐久性和安全運行；補強加固要求縫面漿液固化后有較高的粘接強度，最終要求能恢復混凝土結構的整體性。目前裂縫處理一般采用高滲透改性環氧漿材，但均存在一定的局限性，需研究環保型、低粘度、無收縮、抗老化強、粘接強度高、能滿足溫度縫反復收縮開裂的處理要求的彈性改性環氧漿材。裂縫處理方法主要有開槽埋管法、打斜孔埋管法和無損貼嘴法。開槽埋管法由于對原混凝土結構破壞較大，漿材損耗大，開槽處難以修復好等問題已普遍不再采用；打斜孔埋管法能解決開槽法的諸多不利，但存在管容耗漿大，微細粉塵易堵塞縫面影響灌漿質量，由于該方法施工簡單而被普遍采用；無損貼嘴法是目前處理裂縫最先進的方法，具有工藝簡單、無鉆孔、無孔容耗漿、易找準裂縫、對混凝土無損傷、成本低等優點值得大力推廣，無損貼嘴法處理裂縫的難點是滲水縫的貼嘴，采用ECH水下粘結膠進行滲水縫的貼嘴能最大承受1.3MPa的壓力，為貼嘴法處理滲水裂縫提供了條件。1 裂縫處理化學漿材的選擇 化學漿材選擇應掌握的原則：一是漿材的可灌性，所選化學漿材必須能夠灌入裂縫，充填飽滿，灌入后能凝結固化，以達到補強和防滲加固的目的；二是漿材的耐久性，所選用材料在使用環境條件下性能穩定，不易起化學變化，并且與混凝土裂縫有足夠的粘接強度，不易脫開，對于一些活動裂縫和不穩定裂縫要特別注意這條原則。水工地下隧洞襯砌混凝土裂縫的特點是：裂縫開度較小、外水壓力大、漿液較難灌入，一般處理要求既要滿足補強又要防滲堵漏，灌漿材料一般采用高滲透改性環氧漿材。我們在滲水裂縫處理過程中采用了EAA、CW、LPL三種高滲透改性環氧漿材，詳見表1。 以上三種材料各有優缺點，EAA、CW屬糠醛、丙酮改性系列，具有親水性、粘度低、可灌性較好，缺點是凝固時間長、脆性大，不適宜對變化的裂縫進行處理；LPL漿材屬活性稀釋劑改性系列具有親水性、凝固時間快、脆性小、漿材本身不收縮的優點，但粘度大，對于細小裂縫的可灌性差。表1 采用的化學漿材性能比較表
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漿材名稱 改性系列 粘度
(25℃/2h) 膠凝時間
/h 28d抗壓強度
/MPa 28d粘接劈拉
強度/Mpa 適應范圍
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EAA 糠醛、丙酮改性系列 18 30 36.2～85.7 5.7～23.9 滲水的縫、穩定的裂縫
CW 糠醛、丙酮改性系列 10cp 26 47.8 4.7 斷層的改性、穩定的干裂縫
LPL 活性稀釋劑改性系列 350cps 20 50 6.08 干縫、不穩定的縫
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2 打斜孔埋管法處理滲水裂縫2.1 工藝流程 裂縫清洗→鉆斜孔→清孔、埋管→表面封縫→通風檢查→漿液配制→注漿→封孔處理→待凝檢查→表面處理3.2 重要工藝技術要求 （1）裂縫清洗：對縫面用高壓水進行清洗，直至清晰地露出裂縫為止； （2）鉆孔：在裂縫中心線10～15cm兩側鉆斜孔，孔徑18mm，孔距40cm，深淺孔交替布置，淺孔深25～30 cm，傾角約50°，深孔孔深40～45cm，傾角約70°（見圖1）。圖1 鉆孔示意圖 （3）清孔、埋管：用高壓水將孔清洗干凈，每孔分上下兩層埋設兩根注漿管，一進一出，下層管徑為8 mm，埋至距孔底5cm，為主注漿管；上層管徑為8mm，埋入孔內10cm左右，為排水排氣回漿管（見圖2），埋管材料用速凝水泥。圖2 埋管方式示意圖 （4）表面封縫：用玻璃絲布或堵漏靈劑進行封堵，應保證封閉密閉可靠。 （5）通風檢查：待埋管材料有一定的強度后，在裂縫和管口處涂少量肥皂水，采用0.2MPa的風壓進行通風檢查，對于盲孔應在附近重新打孔埋管。 （6）漿液配制：根據灌前壓丙酮試驗的漏量大小配制漿液，配漿時將固化劑、表面活性劑緩慢注入EAA（或CW）主液中，邊注入邊攪拌，保持漿液在25℃以下，以提高漿材的可灌性。 （7）化學灌漿 ●注漿方式：灌前單孔壓丙酮量≥10ml者應單孔灌注，漏量<10ml者則可多孔灌注；灌注過程中若有串漏孔，可在排出積水和稀漿后進行并灌，灌漿應由下而上進行。 ●注漿方法：先灌深孔，從下層進漿管開始注漿，待上層回漿管排出孔內水、氣后，封閉回漿管。根據吸漿量情況逐步升至設計壓力，當吸漿率小于1ml/min時，應保持壓力延續灌注30min即可扎管待凝。4～5h后檢查注漿效果，對管口不飽滿的膠管進行第二次注漿直至飽滿。 ●灌漿壓力：開灌壓力0.4MPa，當吸漿率小于5ml/min時，逐漸加壓至0.5～0.6MPa，二次注漿孔壓力可提高至0.8MPa。 ●注漿過程監控：加強結構的抬動變形監測，如出現異常應及時降壓并采取相應措施。 （8）質量檢查：裂縫化學灌漿結束14 d后采用壓水和鉆孔取芯相結合的方法進行。 ●檢查孔壓水：采用單點法壓水，壓力0.5MPa，孔徑28，孔深30cm，合格標準透水率q≤0.1Lu。 ●鉆孔取芯：孔徑89mm，孔深淺于灌漿孔10cm，粘接強度應達到設計要求。2.3 打斜孔埋管法施工存在的缺點 （1）溫度裂縫走向是個曲面，在混凝土內的走向復雜，一般從鋼筋邊通過，鉆孔時易碰到鋼筋，造成的“廢”孔較多，對原混凝土結構的整體性造成損壞。 （2）鉆孔時的微細粉塵難于有效清出，粉塵易堵塞灌漿通道，漿液難以進入縫面，降低化灌質量。 （3）滲水縫中不能有效地趕水，漿液和水混合影響環氧灌漿材料的固化；也不能滿足漿液“從寬處往窄處灌漿最有利”的原則；一旦發現“死孔”無法及時采取補救措施。 （4）施工工序較多,施工工藝繁瑣，管容、孔容大，浪費漿材（據統計孔容占58%以上）；灌后的裂縫復灌量較大，且需多次復灌，增加了資金投入。3 無損貼嘴法處理滲水裂縫3.1工藝流程 注漿嘴加工→打磨→沖洗→裂縫描述→貼嘴→封縫→壓風檢查→灌漿→注漿嘴清除→質量檢查。3.2 重要工藝技術要求 （1）注漿嘴加工。在外徑為6 mm、長度大于6cm的銅管一端焊上邊長為3～4cm、厚度為1.5mm左右的方形鐵片，鐵片中間開直徑等于銅管外徑的進漿孔，鐵片周邊鉆排列規則的小孔。 （2）打磨：采用砂輪機沿裂縫的兩邊各打磨20cm的寬度，除去混凝土表面雜物，以免影響注漿嘴的粘貼及封縫效果。
（3）沖洗：是貼嘴法施工最重要的工序，用高壓沖毛機沿裂縫開口向兩邊沖洗，以保證縫口敞開無雜物。 （4）裂縫描述：用刻度放大鏡測量裂縫寬度，并對裂縫走向及縫長進行描述，用以調整布置注漿嘴間距及灌漿壓力。 （5）貼嘴：根據裂縫描述進行注漿嘴的布置。規則裂縫縫寬小于0.3mm時按間距20cm布嘴，縫寬大于0.3mm時按間距30cm布嘴；不規則裂縫的交叉點及端部均布置注漿嘴（見圖3）。將ECH-Ⅰ型膠抹在注漿嘴底板上，貼嘴時用定位針穿過進漿管，對準縫口插上，然后將注漿嘴壓向混凝土表面抽出定位針，定位針未粘附膠認定注漿嘴粘貼合格。 （6）封縫：貼嘴3h后用堵漏靈膠泥將滲水縫口封堵住，2h后用碘鎢燈將混凝土表面烘干并用無水酒精洗抹一遍；待干后刮抹一層ECH-Ⅱ型粘膠；當不粘手時再刮抹ECH-Ⅲ型面膠三遍，待ECH-Ⅲ型面膠基本固化后，用堵漏靈加固形成中間高，兩邊低的傘形封蓋（見圖4）。圖3 灌漿嘴布置示意圖
圖4 封縫示意圖 （7）壓風檢查：封縫完成并養護2h后即可進行壓風檢查各孔的貫通情況，壓風壓力＜0.25MPa；對于不串通的孔應查明原因進行分析和處理。 （8）灌漿：采用多點同步灌注方式，從下至上，從寬至窄，逐步推進，采用Lily CD-15雙組分注射泵灌注LPL漿材，施工中采用穩壓慢灌，每孔純灌時間不少于90min，以保證灌漿質量。灌漿壓力見表2。表2 裂縫寬度與灌漿壓力關系縫寬 <0.1 0.1～0.3 >0.3
灌漿壓力/MPa 0.8～1.0 0.6～0.8 0.5～0.8
（9）注漿嘴的清除:灌漿結束48 h后鏟除注漿嘴，混凝土表面采用環氧膠泥封堵平整。 （10）質量檢查及驗收：灌后質量檢查在注射樹脂LPL灌漿結束7 d后進行。 壓水檢查：現場布騎縫孔，沖擊鉆造孔(孔徑18～20mm、孔深10～15cm)后，采用單點法壓水，壓水檢查壓力為0.3MPa。合格標準：壓水檢查透水率q≤0.1Lu。 鉆孔取芯：取芯直徑89mm，并進行巖芯鑒定、描述，繪制鉆孔柱狀圖。3.3 無損貼嘴法的工藝特點 不破壞混凝土的整體性，適合薄型結構的裂縫處理。 （2）由于從縫的表面進行打磨沖洗，可避免微細粉塵對灌漿的影響，從縫口進漿可灌性得到了保證。 （3）使“以漿趕水”，多點依序同步灌漿成為可能。 （4）貼嘴封縫、采用多點同步灌漿的無損灌漿工藝，可在不破壞混凝土結構的條件下極大地提高可灌性，裂縫的灌入深度也能滿足要求，加上使用低黏度、低收縮的化灌漿材，達到了“堵水、保護鋼筋、恢復結構的整體性”的效果。 （5）工藝簡單、復灌率低，節約昂貴的化學漿材，降低了成本，加快了施工進度。3.4 特殊情況處理 （1）滲漏點的復灌： ●對有規律的滲漏點，即一段裂縫仍滲水，采用原施工方法進行復灌。 ●對單獨的滲漏點采用打輔助孔的方法進行復灌，先在滲漏點貼嘴、封縫。然后用沖擊鉆在距滲漏點10cm沿原裂縫鉆3個輔助斜孔（孔徑18～20mm，孔距10～20cm，傾角50°，孔深25cm），并預埋外徑為6mm的銅管（見圖5）。再用堵漏靈進行封堵埋管，在滲漏點貼嘴及封縫、輔助孔埋管及封堵完成后，其他工序按原方法進行施工。圖5 滲漏點復灌示意圖 （2）漿液配比出現問題時的處理：灌漿時如出現長時間不進漿，且漿液粘度增加，即漿液配比出現問題。處理方法是打開機箱蓋，清理兩活塞桿運行系統，直至兩活塞桿運行同步后，排棄部分混合液，然后重新注漿。4 復灌后仍局部滲水的處理 （1）經復灌后仍有滲水的部位采用嵌縫措施：開槽槽深×槽寬為5cm×5cm，并在槽內每1.5m用電鉆打一個22排水孔，孔深>70cm；從孔底部埋一根鋁管，在管口用堵漏靈封閉將水引出；將槽面清洗干凈并盡量烘干，若無法烘干則在縫面用堵漏靈先堵水，然后涂環氧基液，再用丙乳砂漿錘填密實，并滿足過流面平整度要求。 （2）嵌縫后再在表面粘貼玻璃絲布防滲，玻璃絲布寬15cm。粘貼方法：先將縫面清理干凈，均勻刷一層1438膠，再貼一層玻璃絲布，三膠二布。對于灌漿后延伸的裂縫，若滲水不大或不滲水，則直接在縫面粘貼玻璃絲布，并延伸1.0m左右。
（3）待丙乳砂漿封閉7 d后封閉引水管孔。先用干塑性水泥砂漿填充并用細鋼筋搗密實，離孔口5cm時，改用預縮砂漿填充密實，對其表面涂刷環氧膠泥。5 結束語 混凝土裂縫處理難度較大，對有滲水的裂縫處理難度更大。通過參與水工地下隧洞混凝土滲水裂縫的處理，認為在處理過程中主要應注意以下幾個問題： （1）灌漿材料的正確選擇：應選擇低黏度、低收縮的環氧漿材。收縮大的材料需多次復灌，不但增加投入，而且復灌成功率小。目前采用主要是兩種系列的改性環氧漿材，各有優缺點應根據縫的寬度、滲水情況及處理的結構要求，選擇適宜的漿材。 （2）推廣貼嘴無損法施工：混凝土溫度縫一般較細，且不在一個平面上，裂縫很難找準，漿材難以灌入，最好是采用貼嘴無損法施工，既減少了鉆孔量，又可減少孔容、管容的漿材耗用量，降低成本；結構的厚薄、裂縫的深淺對鉆孔的要求較高，為了找準裂縫的深度以便準確地布置灌漿孔，不得不打出大量的檢查孔，對結構造成嚴重破壞。 （3）避免微細粉塵對化學灌漿的影響：混凝土裂縫內部極不規則，其寬度受骨料、鋼筋等的影響寬窄變化復雜，當化學漿液夾著微細粉塵在裂縫中灌入時，碰到較窄處，就會累積阻塞漿液通路。因此微細粉塵對化學灌漿的危害極大，但鉆孔處理工藝無法避免粉塵影響。 （4）從寬處往窄處灌漿最為有利，“從上至下，從寬至窄，從一邊至另一邊“，這是化灌的基本原則。溫度裂縫的形成最先在混凝土表面形成，隨著溫度應力的作用持續向縱深方向發展，因此在混凝土表面的裂縫開合度最大，從縫口進漿對灌漿質量的提高極為有利。 （5）必須保證連續穩定的灌漿壓力：穩定的灌漿壓力是保證漿液能否使裂縫充填飽滿的關鍵，采用手搖泵灌漿很難做到這一點，應采用雙液氣壓泵進行施工。 （6）有效降低外水壓力：裂縫中只要有水就會增加灌漿難度，應通過打排水孔的方法來降低外水壓力，或采用封閉滲水巖體的方法減少裂縫的滲水量，提高漿材的粘接強度和灌漿效果。 （7）灌漿施工中有效的排水排氣：裂縫灌漿時應通過有效措施把孔中及縫面的水氣排出，來提高可灌性。采用在孔中埋雙管或在裂縫的縫口處埋排氣嘴的方法可有效的排除裂縫中的水和氣。
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