泄洪洞衬砌混凝土渗水裂缝处理探讨

第３２卷第６期　２０　１　３年１　２月　四川水力发电　Ｖｏ１．３２．Ｎｏ．６　Ｄｅｅ．．２　０　１　３　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　泄洪洞衬砌混凝土渗水裂缝处理探讨　陈林枫　（中国水利水电第七工程局有限公司海外事业部，四川成都摘６１００８１）　要：泄洪洞衬砌混凝土渗水裂缝在处理过程中一般选择高渗透改性环氧浆材，采用先进的无损贴嘴灌浆施工工艺，使裂　缝处理效果满足设计质量要求。对Ｃ７０高标号硅粉混凝土裂缝可以选择环氧树脂注浆或特细水泥注浆工艺，处理后可满足　设计强度要求。　关键词：隧洞混凝土；高强｝昆凝土；裂缝处理　中图分类号：　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１－２１８４（２０１３）０６－００５３－０３　１　泄洪洞混凝土衬砌裂缝形成原因分析　近些年来，由于水电工程规模的不断升级扩　大，导致导流泄洪工程隧洞断面也在越变越大、其　ｍ，其拉应力大于Ｃ７０高标号硅粉混凝土［盯］值　３．５　ＭＰａ，将会产生裂缝；若控制基础温差为４６℃　（对应最高温度为５４℃左右），衬砌浇筑分段长　度大于６　ｍ，将会产生裂缝。　由于水泥用量大，加上围岩硬度大、弹模高等　原因，尽管采用低温混凝土浇筑，其最高温度亦超　过允许标准。在隧洞衬砌混凝土浇筑成形后，结　构混凝土由于受到内外温差所引起的温度应力影　响、产生不均匀收缩而出现裂缝。　混凝土衬砌采用的设计标号也越来越高，有Ｃ３０、　Ｃ４０、Ｃ５０乃至出现Ｃ７０高强度硅粉混凝土。　一般来讲，泄洪洞早期混凝土裂缝主要与混　凝土因水泥水化热引起的内外温差和干燥引起的　内外湿差（特别是拆模后）有关。混凝土浇筑后，　因水泥水化热作用引起温度升高较快，加上混凝　土的导热性能很差，导致混凝土内外出现温差。　由于材料的热胀冷缩性，引起内部受压，外部受　拉。当混凝土此时的抗拉强度小于外部温度拉应　力时就要出现裂缝。有些部位在拆模（龄期２～３　ｄ左右）时出现裂缝，有些部位在拆模１～２　ｄ内　出现裂缝。混凝土早期裂缝一般为表面裂缝，方　向不定，数量较多。　后期裂缝产生原因分析：混凝土后期裂缝主要　由基础温差引起，与浇筑施工分段分块尺寸、弹性　对于隧洞混凝土裂缝的处理，一般采取防渗　堵漏和补强加固的方式，对裂缝可以进行化学灌　浆处理。　２浆材　２．１　一般隧洞混凝土裂缝处理化学浆材的选择　目前的裂缝处理一般采用高渗透改性环氧浆　材，但其均存在一定的局限性，故需研究环保型、　低粘度、无收缩、抗老化强、粘接强度高且能满足　温度裂缝反复收缩开裂处理要求的弹性改性环氧　浆材。化学浆材选择应掌握的原则为：　（１）可灌性。所选化学浆材必须能够灌入裂　缝，充填饱满，灌入后能凝结固化，以达到补强和　防渗加固的目的。　（２）耐久性。所选用材料在使用环境条件下　性能稳定，不易起化学变化并且与混凝土裂缝有　模量、围岩弹模等因素有关。对于衬砌厚度大于１　ｍ的隧洞混凝土，当衬砌混凝土段温度由最高降低　至最低（或稳定温度）时产生的拉应力大于混凝土　的抗拉应力，此时的混凝土就会产生裂缝。　中外水电工程统计资料表明，对于Ｃ３０混凝　土段（块），若控制基础温差为２１℃（对应最高温　度为３１　ｃ【＝左右），衬砌浇筑分段长度应在１５　ｍ以　内，可以防止混凝土出现裂缝；对于Ｃ７０高标号　硅粉混凝土，若控制基础温差为３７℃（对应最高　温度为４５℃左右），衬砌浇筑分段长度大于１５　收稿日期：２０１３　１０－２５　足够的粘接强度，不易脱开，特别是对于一些活动　裂缝和不稳定裂缝。　由于水工地下隧洞衬砌混凝土裂缝具有开度　较小、外水压力大、浆液较难灌人的特点，一般处　理要求为：既要满足补强，又要防渗堵漏。灌浆材　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ圄　陈林枫：泄洪洞衬砌混凝土渗水裂缝处理探讨　２０１３年第６期　料一般采用高渗透改性环氧浆材。在渗水裂缝处　理过程中采用了ＥＡＡ、ＣＷ、ＬＰＬ　３种高渗透改性　环氧浆材。　以上３种材料各具优缺点。ＥＡＡ、ＣＷ属糠　醛、丙酮改Ｉ生系列，具有亲水性、粘度低、可灌性较　好等优点；缺点是凝固时间长、脆性大，不适宜对　浆材，降低成本，加快施工进度。　３．１．２工艺流程　工艺流程：注浆嘴加工一打磨一冲洗一裂缝　描述一贴嘴一封缝一压风检查一灌浆一注浆嘴清　除一质量检查。　３．１．３技术要求　（１）注浆嘴加工。在外径为６　ｍｍ、长度大于　变化的裂缝进行处理；ＬＰＬ浆材属活性稀释剂改　性系列，具有亲水性、凝固时间快、脆性小、浆材本　身不收缩的优点；但缺点是粘度大，对于细小裂缝　可灌性差。　２．２　高强硅粉混凝土裂缝处理　采用环氧树脂注浆材料和特细注浆水泥材料　进行处理。　３裂缝处理采用的方法　裂缝处理采用的方法主要有开槽埋管法和打　斜孔埋管法、无损贴嘴法。开槽埋管法由于对原　混凝土结构破坏较大，浆材损耗大，开槽处难以修　复好等问题已普遍不再采用；打斜孔埋管法能解　决开槽法的诸多不利，但存在管容耗浆大，微细粉　尘易堵塞缝面而影响灌浆质量，但其施工简单，故　经常被采用；无损贴嘴法是目前处理裂缝最先进　的方法，具有工艺简单、无钻孔、无孔容耗浆、易找　准裂缝、对混凝土无损伤、成本低等优点。　采用无损贴嘴法的难点是渗水缝的贴嘴，而　采用ＥＣＨ水下粘结胶进行渗水缝的贴嘴最大能　承受１．３　ＭＰａ的压力，从而为贴嘴法处理渗水裂　缝提供了条件。　３．１无损贴嘴法　３．１．１工艺特点　（１）不破坏混凝土的整体性，适合薄型结构　裂缝的处理。　（２）由于是从缝的表面进行打磨冲洗，可以　避免微细粉尘对灌浆的影响，从缝口进浆可灌性　得到了保证。　（３）使“以浆赶水”、多点依序同步灌浆成为　可能。　（４）贴嘴封缝采用多点同步灌浆无损灌浆工　艺，可在不破坏混凝土结构的条件下极大地提高　可灌性，裂缝的灌入深度也能满足要求，加之使用　低粘度、低收缩的化灌浆材，可以达到“堵水、保　护钢筋、恢复结构整体性”的效果。　（５）工艺简单、复灌率低，可节约昂贵的化学　圈Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　６　ｃｍ的铜管一端焊上边长３—４　ｃｍ、厚１．５　ｍｍ左　右的方形铁片，铁片中间开直径等于铜管外径的　进浆孔，铁片周边钻排列规则的小孔。　（２）打磨。采用砂轮机沿裂缝的两边各打　磨２０　ｃｍ的宽度，除去混凝土表面杂物，以免影响　注浆嘴的粘贴及封缝效果。　（３）冲洗。冲洗是贴嘴法施工最重要的工　序，使用高压冲毛机沿裂缝开口向两边冲洗，以保　证缝口敞开、无杂物。　（４）裂缝描述。用刻度放大镜测量裂缝宽　度，并对裂缝走向及缝长进行描述，用以调整布置　注浆嘴间距及灌浆压力。　（５）贴嘴。根据裂缝描述进行注浆嘴的布　置：规则裂缝缝宽小于０．３　ｍｍ时按间距２０　ｃｍ　布嘴，缝宽大于０．３　ｍｍ时按间距３０　ｃｍ布嘴；不　规则裂缝的交叉点及端部均布置注浆嘴。将　ＥＣＨ—Ｉ型胶抹在注浆嘴底板上，贴嘴时用定位　针穿过进浆管，对准缝口插上，然后将注浆嘴压向　混凝土表面后抽出定位针，定位针未粘附胶则认　定注浆嘴粘贴合格。　（６）封缝。贴嘴３　ｈ后用堵漏灵胶泥将渗　水缝口封堵住，２　ｈ后用碘钨灯将混凝土表面烘　干并用无水酒精洗抹一遍；待干后刮抹一层ＥＣＨ　一Ⅱ型粘胶；当其不粘手时再刮抹ＥＣＨ—ｍ型面　胶３遍，待ＥＣＨ—ｍ型面胶基本固化后，用堵漏　灵加固形成中间高、两边低的伞形封盖。　（７）压风检查。封缝完成并养护２　ｈ后即可进　行压风检查各孔的贯通情况，风压小于０．２５　ＭＰａ；　对于不串通的孔应查明原因并进行分析和处理。　（８）灌浆。采用多点同步灌注方式，从下　至上，由宽至窄，逐步推进，采用Ｌｉｌｙ　ＣＤ一１５双　组分注射泵灌注ＬＰＬ浆材。施工中采用稳压慢　灌的方式，每孔纯灌时间不少于９０　ｍｉｎ，以保证灌　浆质量。灌浆压力随缝宽的增大而降低。　（９）注浆嘴的清除。灌浆结束４８　ｈ后铲除注　第３２卷总第１６３期　四川水力发电　２０１３年１２月　浆嘴，混凝土表面采用环氧胶泥封堵平整。　（１０）质量检查及验收。灌后质量检查在注　射树脂ＬＰＬ灌浆结束７　ｄ后进行。①压水检查：　现场布骑缝孔，冲击钻造孔（孔径１８—２０　ｍｍ、孔　深ｌ０～１５　ｃｍ）后，采用单点法压水，压水检查压　施。开槽槽深×槽宽为５　ｃｍ　Ｘ　５　ＣｌＴＩ，并在槽内每　隔１．５　１ＴＩ用电钻打一个‘ｐ２２的排水孔，孔深大于　７０　ｏｍ；从孔底部埋１根铝管，在管口用堵漏灵封　闭将水引出；将槽面清洗干净并尽量烘干，若无法　烘干则在缝面用堵漏灵先堵水，然后涂环氧基液，　再用丙乳砂浆锤填密实并满足过流面平整度要　力为０．３　ＭＰａ。②合格标准：压水检查透水率ｑ≤　０．１　Ｌｕ。③钻孔取芯：取芯直径８９　ｍｍ，并进行岩　芯鉴定、描述，绘制钻孔柱状图。　３．１．４特殊情况处理　求。嵌缝后再在表面粘贴玻璃丝布防渗，玻璃丝　布宽１５　ｏｍ。粘贴方法为：先将缝面清理干净，均　匀刷一层１４３８胶，再贴一层玻璃丝布，三胶二布。　３．１．４．１渗漏点的复灌　对于有规律的渗漏点，采用原施工方法进行　复灌。对单独的渗漏点采用打辅助孔的方法进行　对于灌浆后延伸的裂缝，若渗水不大或不渗水，则　直接在缝面粘贴玻璃丝布并延伸１　１３１左右。　（２）待丙乳砂浆封闭７　ｄ后封闭引水管孔。　先用干塑性水泥砂浆填充并用细钢筋捣密实；在　复灌，先在渗漏点贴嘴、封缝，然后用冲击钻在距　渗漏点１０　ｃｍ处沿原裂缝钻３个辅助斜孔（孔径　１８～２０　ｍｍ，孑Ｌ距１０～２０　ｃｍ，倾角５Ｏ。，孑Ｌ深２５　距孔口５　ｃｍ时，改用预缩砂浆填充密实，对其表　面涂刷环氧胶泥。　３．２环氧注浆处理　ｃｍ），并预埋外径为６　ｍｍ的铜管，再用堵漏灵进　行封堵埋管。在渗漏点贴嘴及封缝、辅助孔埋管　根据技术规范要求，凡是裂缝宽度大于０．５　ｍｍ或是长度大于１．５　１ＴＩ的裂缝均应进行处理。　泄洪洞Ｃ７０高标号硅粉混凝土裂缝主要采用环　氧树脂和特细水泥注浆进行处理。　（１）注浆材料ＳｉＫａ７５２环氧树脂浆材为双组　及封堵完成后，其他工序按原方法进行施工。　３．１．４．２浆液配比出现问题时的处理　灌浆时如出现长时间不进浆且浆液粘度增　加，即浆液配比出现问题。处理方法是打开机箱　盖，清理两活塞杆运行系统，直至两活塞杆运行同　步后，排弃部分混合液，然后重新注浆。　分化灌材料，按比例混合后，可在自然状态下或潮　湿的混凝土表面无收缩固化。ＳｉＫａ７５２环氧树脂　力学强度指标及适用条件见表１。　３．１．４．３复灌后仍局部渗水的处理　（１）对经复灌后仍有渗水的部位采用嵌缝措　（２）裂缝处理步骤：①用冲击钻沿裂缝钻孔，　表１龄期１４　ｄ的强度指标及适用条件表　孔径６　ｍｍ、孔深１０　ｃｍ、孑Ｌ距３０　ＣｌＴＩ左右。②用高　压风水枪冲洗裂缝及周围混凝土表面，并用高压空　结果均满足设计强度要求。　３．３　特细水泥注浆处理　气吹净缝内积水。③在钻孔处安装灌浆嘴，同时用　Ｓｉｋａ７３１环氧砂浆封闭裂缝及灌浆嘴底座，固化２４　（１）注浆材料。特细水泥因其细度（最大颗　粒通过ｄ９５＜９．５　ｔｘｍ，比表面积＞１６　０００（３ｍ　／ｇ）　ｈ。④把分别包装的Ｓｉｋａ７５２Ａ、Ｂ两种材料按２：１　的比例在干净的容器内混合并搅拌３　ｍｉｎ。⑤用环　氧注浆泵将拌合好的浆液注入裂缝内，竖向缝自下　有别于普通水泥，故在使用时将特细水泥添加　３％的外加剂（Ｓｉｋａ　Ｉｎｔｒａｐｌａｓｔ　ＨＥ５０）与水混合。特　细水泥的力学强度指标及适用条件见表２。　表２特细水泥强度指标及适用条件表　而上，水平缝自一端向另一端，逐孔灌注，灌注压力　为０．４～０．６　ＭＰａ。⑥自然状态下养护，达到一定　强度后用砂轮机把表面打平磨光。　（３）裂缝处理效果。经过处理的裂缝可以进　行随机取芯检查，从芯样外观可以看到：注浆材料　充满裂缝空隙，与混凝土结合很好，抗压强度试验　（２）裂缝处理步骤。其施工方法及操作与环　（下转第１０４页）　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ困　李海原：胡鲁水电站引水发电隧洞斜井改竖井方案探讨　２０１３年第６期　备注：（１）上下平段主要结算的开挖单价为６　７２２．２２ＲＭ／ｍ，衬砌单价为８　３５２．６４　ＲＭ／ｍ，产值变化值（４）＝（１）×６　７２２．２２＋（１）×８　３５２．６４，　隧洞实际开挖中发生变化的每ｍ　开挖单价成本约１８０　ＲＭ，衬砌成本每ｍ　约７００　ＲＭ，实际产值影响（５）＝（１）×６　７２２．２２＋（１）×（２）　×１８０＋（１）×８　３５２．４＋（１）×（６３）×７００；（２）上下弯段单价按照斜井单价结算，斜井开挖单价为１０　５２３．９　ＲＭ／ｍ，衬砌单价为１０　０６６．１７　ＲＭ／ｍ，产值变化值（４）＝（１）Ｘ　１０　５２３．９＋（１）×１０　０６６．１７；实际上下弯段变化的每ｍ　开挖成本约２２０　ＲＭ，衬砌成本每ｍ　约１　０００　ＲＭ；竖井变化的每ｍ　开挖成本约３００ＲＭ，衬砌成本每ｍ　约１　３００　ＲＭ。上下弯段实际产值影响（５）＝（１）×１０　５２３．９＋（１）×（２）×２２０　＋（１）×１０　０６６．１７＋（１）×（３）×１　０００；竖井段实际产值影响（５）＝（１）×１０　５２３．９—６９．７４×（２）×３００＋（１）×１０　０６６．１７—６９．７４×（３）　×１　３００；（３）隧洞长度增加，回填灌浆量增加，增加灌浆孔数５０个，每个孔单价为５　７５７．７６　ＲＭ；（４）结算按照马来西亚马币林吉特（ＲＭ）　结算，１　ＲＭ一１．９　ＲＭＢ（人民币）。　商为赶回滞后工期，解决小倾角、长斜井的相关施　工难题，将斜井成功地修改为竖井，取得了以下效　果。　等安全隐患，机械化程度高，施工更安全。　（４）降低了开挖、衬砌、灌浆和金属结构的施　工直接成本和间接成本，又额外增加了产值，综合　效益值约５００万马币，折合人民币９５０万人民币。　作者简介：　（１）保证了电站原设计的装机容量不受影　响。　（２）使施工难度降低，工期缩短，确保了工程　按期发电。　（３）有效避免了在扩挖过程中石渣堵塞导井　、、　‘　、　‘　、、　、　、’　ｅ　李海原（１９７８一），男，四川金堂人，项目副经理，工程师，学士，从事　水电工程施工技术与管理工作．　（责任编辑：李燕辉）　ｅ　ｅ　、、　、、　、、　、’　、、　、、　（上接第５５页）　氧树脂灌浆类似；不同之处是环氧树脂灌浆是沿　缝面钻孔插入灌浆管，而特细水泥灌浆不需要钻　孔，只需沿缝面每隔３０～５０　ｃｍ安装一只管座，管　足设计质量要求。泄洪工程由于采用Ｃ７０高标　号硅粉混凝土，其出现裂缝的几率较Ｃ４０以下混　凝土的部位高。从裂缝产生的时间看，早期裂缝　居多。从表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝类型看，　Ｃ７０高标号硅粉混凝土中深层裂缝、贯穿裂缝较　Ｃ４０以下混凝土多。按照技术规范，凡是缝宽大　于０．５　ｍｍ的裂缝均应进行处理。无损贴嘴灌　浆、环氧树脂注浆和特细水泥注浆三种方法工艺　成熟，处理后的抗压强度均可满足设计质量强度　要求。　参考文献：　［１］朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制［Ｍ］．北京：中　国电力出版社，１９９９．　『２］混凝士结构设计规范，ＧＢ５００１０－－２００２『Ｓ１．　座上连接支管，竖直缝从一端到另一端，逐孔灌　注，灌浆压力约０．６～１．２　ＭＰａ。　（３）裂缝处理效果。根据取芯结果得知，水　泥变形应与混凝土接近，进行抗压试验时，其满足　设计强度要求。对于有渗水的裂缝，采用特细水　泥方法效果要比Ｓｉｋａ环氧树脂好，但采用特细水　泥方法价格高于Ｓｉｋａ７５２方法３０％～４０％。因　此，处理高标号硅粉混凝土裂缝时，要根据实际情　况选择不同的修补方法。　４结语　作者简介：　陈林枫（１９６７一），男，陕西礼泉人，高级工程师，从事水利水电工程　隧洞混凝土裂缝处理难度较大，而渗水裂缝　的处理难度则更大。一般混凝土裂缝采用高渗透　改性环氧浆材进行无损贴嘴灌浆，处理效果可满　施工技术与管理工作．　（责任编辑：李燕辉）　皿Ｓ￣ｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ