水工地下隧洞衬砌混凝土渗水裂缝处理
08-22 12:03:42 浏览次数:623次 栏目：道路工程
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水工地下隧洞衬砌混凝土渗水裂缝处理,http://www.gong66.com
水工地下隧洞衬砌混凝土渗水裂缝处理
邵国维
（中南勘测设计研究院三峡建设监理中心）
摘要：水工地下隧洞衬砌混凝土为满足抗冲耐磨要求，一般混凝土设计标号高、水泥用量大，加上基岩硬度大，弹模高等原因，即使采用低温混凝土浇筑，最高温度也超过了允许标准。在隧洞衬砌混凝土浇筑形成后，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，特别是在地下水位较高的隧洞会出现以垂直于水流方向的环向有一定水压渗水裂缝。在处理这类渗水裂缝的过程中采用了高渗透改性环氧浆材，灌浆施工工艺采用打斜孔埋管和无损贴嘴灌浆的方法，裂缝处理的效果满足设计的质量要求。
关键词：水工隧洞；衬砌混凝土；渗水裂缝处理
水工地下隧洞混凝土裂缝进行化学灌浆处理的目的主要是进行防渗堵漏和补强加固。防渗堵漏要求缝面灌后具有较高的抗渗性和抗老化性能，能阻止外来水汽碳化混凝土和锈蚀钢筋，满足结构耐久性和安全运行；补强加固要求缝面浆液固化后有较高的粘接强度，最终要求能恢复混凝土结构的整体性。目前裂缝处理一般采用高渗透改性环氧浆材，但均存在一定的局限性，需研究环保型、低粘度、无收缩、抗老化强、粘接强度高、能满足温度缝反复收缩开裂的处理要求的弹性改性环氧浆材。裂缝处理方法主要有开槽埋管法、打斜孔埋管法和无损贴嘴法。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影响灌浆质量，由于该方法施工简单而被普遍采用；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、成本低等优点值得大力推广，无损贴嘴法处理裂缝的难点是渗水缝的贴嘴，采用ECH水下粘结胶进行渗水缝的贴嘴能最大承受1.3MPa的压力，为贴嘴法处理渗水裂缝提供了条件。
1 裂缝处理化学浆材的选择
化学浆材选择应掌握的原则：一是浆材的可灌性，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；二是浆材的耐久性，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足够的粘接强度，不易脱开，对于一些活动裂缝和不稳定裂缝要特别注意这条原则。水工地下隧洞衬砌混凝土裂缝的特点是：裂缝开度较小、外水压力大、浆液较难灌入，一般处理要求既要满足补强又要防渗堵漏，灌浆材料一般采用高渗透改性环氧浆材。我们在渗水裂缝处理过程中采用了EAA、CW、LPL三种高渗透改性环氧浆材。
以上三种材料各有优缺点，EAA、CW属糠醛、丙酮改性系列，具有亲水性、粘度低、可灌性较好，缺点是凝固时间长、脆性大，不适宜对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，但粘度大，对于细小裂缝的可灌性差。
2 打斜孔埋管法处理渗水裂缝
2.1 工艺流程
裂缝清洗→钻斜孔→清孔、埋管→表面封缝→通风检查→浆液配制→注浆→封孔处理→待凝检查→表面处理
3.2 重要工艺技术要求
（1）裂缝清洗：对缝面用高压水进行清洗，直至清晰地露出裂缝为止；
（2）钻孔：在裂缝中心线10～15cm两侧钻斜孔，孔径18mm，孔距40cm，深浅孔交替布置，浅孔深25～30 cm，倾角约50°，深孔孔深40～45cm，倾角约70°。
（3）清孔、埋管：用高压水将孔清洗干净，每孔分上下两层埋设两根注浆管，一进一出，下层管径为8 mm，埋至距孔底5cm，为主注浆管；上层管径为8mm，埋入孔内10cm左右，为排水排气回浆管，埋管材料用速凝水泥。
（4）表面封缝：用玻璃丝布或堵漏灵剂进行封堵，应保证封闭密闭可靠。
（5）通风检查：待埋管材料有一定的强度后，在裂缝和管口处涂少量肥皂水，采用0.2MPa的风压进行通风检查，对于盲孔应在附近重新打孔埋管。
（6）浆液配制：根据灌前压丙酮试验的漏量大小配制浆液，配浆时将固化剂、表面活性剂缓慢注入EAA（或CW）主液中，边注入边搅拌，保持浆液在25℃以下，以提高浆材的可灌性。
（7）化学灌浆
●注浆方式：灌前单孔压丙酮量≥10ml者应单孔灌注，漏量<10ml者则可多孔灌注；灌注过程中若有串漏孔，可在排出积水和稀浆后进行并灌，灌浆应由下而上进行。
●注浆方法：先灌深孔，从下层进浆管开始注浆，待上层回浆管排出孔内水、气后，封闭回浆管。根据吸浆量情况逐步升至设计压力，当吸浆率小于1ml/min时，应保持压力延续灌注30min即可扎管待凝。4～5h后检查注浆效果，对管口不饱满的胶管进行第二次注浆直至饱满。
●灌浆压力：开灌压力0.4MPa，当吸浆率小于5ml/min时，逐渐加压至0.5～0.6MPa，二次注浆孔压力可提高至0.8MPa。
●注浆过程监控：加强结构的抬动变形监测，如出现异常应及时降压并采取相应措施。
（8）质量检查：裂缝化学灌浆结束14 d后采用压水和钻孔取芯相结合的方法进行。
●检查孔压水：采用单点法压水，压力0.5MPa，孔径28，孔深30cm，合格标准透水率q≤0.1Lu。
●钻孔取芯：孔径89mm，孔深浅于灌浆孔10cm，粘接强度应达到设计要求。
2.3 打斜孔埋管法施工存在的缺点
（1）温度裂缝走向是个曲面，在混凝土内的走向复杂，一般从钢筋边通过，钻孔时易碰到钢筋，造成的“废”孔较多，对原混凝土结构的整体性造成损坏。
（2）钻孔时的微细粉尘难于有效清出，粉尘易堵塞灌浆通道，浆液难以进入缝面，降低化灌质量。
（3）渗水缝中不能有效地赶水，浆液和水混合影响环氧灌浆材料的固化；也不能满足浆液“从宽处往窄处灌浆最有利”的原则；一旦发现“死孔”无法及时采取补救措施。
（4）施工工序较多,施工工艺繁琐，管容、孔容大，浪费浆材（据统计孔容占58%以上）；灌后的裂缝复灌量较大，且需多次复灌，增加了资金投入。
3 无损贴嘴法处理渗水裂缝
3.1工艺流程
注浆嘴加工→打磨→冲洗→裂缝描述→贴嘴→封缝→压风检查→灌浆→注浆嘴清除→质量检查。
3.2 重要工艺技术要求
（1）注浆嘴加工。在外径为6 mm、长度大于6cm的铜管一端焊上边长为3～4cm、厚度为1.5mm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20cm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：是贴嘴法施工最重要的工序，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0.3mm时按间距20cm布嘴，缝宽大于0.3mm时按间距30cm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
（6）封缝：贴嘴3h后用堵漏灵胶泥将渗水缝口封堵住，2h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-Ⅱ型粘胶；当不粘手时再刮抹ECH-Ⅲ型面胶三遍，待ECH-Ⅲ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2h后即可进行压风检查各孔的贯通情况，压风压力＜0.25MPa；对于不串通的孔应查明原因进行分析和处理。
（8）灌浆：采用多点同步灌注方式，从下至上，从宽至窄，逐步推进，采用Lily CD-15双组分注射泵灌注LPL浆材，施工中采用稳压慢灌，每孔纯灌时间不少于90min，以保证灌浆质量。灌浆压力见表2。
表2 裂缝宽度与灌浆压力关系
缝宽 <0.1 0.1～0.3 >0.3
灌浆压力/MPa 0.8～1.0 0.6～0.8 0.5～0.8
（9）注浆嘴的清除:灌浆结束48 h后铲除注浆嘴，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。
，水工地下隧洞衬砌混凝土渗水裂缝处理
水工地下隧洞衬砌混凝土渗水裂缝处理
邵国维
（中南勘测设计研究院三峡建设监理中心）
摘要：水工地下隧洞衬砌混凝土为满足抗冲耐磨要求，一般混凝土设计标号高、水泥用量大，加上基岩硬度大，弹模高等原因，即使采用低温混凝土浇筑，最高温度也超过了允许标准。在隧洞衬砌混凝土浇筑形成后，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，特别是在地下水位较高的隧洞会出现以垂直于水流方向的环向有一定水压渗水裂缝。在处理这类渗水裂缝的过程中采用了高渗透改性环氧浆材，灌浆施工工艺采用打斜孔埋管和无损贴嘴灌浆的方法，裂缝处理的效果满足设计的质量要求。
关键词：水工隧洞；衬砌混凝土；渗水裂缝处理
水工地下隧洞混凝土裂缝进行化学灌浆处理的目的主要是进行防渗堵漏和补强加固。防渗堵漏要求缝面灌后具有较高的抗渗性和抗老化性能，能阻止外来水汽碳化混凝土和锈蚀钢筋，满足结构耐久性和安全运行；补强加固要求缝面浆液固化后有较高的粘接强度，最终要求能恢复混凝土结构的整体性。目前裂缝处理一般采用高渗透改性环氧浆材，但均存在一定的局限性，需研究环保型、低粘度、无收缩、抗老化强、粘接强度高、能满足温度缝反复收缩开裂的处理要求的弹性改性环氧浆材。裂缝处理方法主要有开槽埋管法、打斜孔埋管法和无损贴嘴法。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影响灌浆质量，由于该方法施工简单而被普遍采用；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、成本低等优点值得大力推广，无损贴嘴法处理裂缝的难点是渗水缝的贴嘴，采用ECH水下粘结胶进行渗水缝的贴嘴能最大承受1.3MPa的压力，为贴嘴法处理渗水裂缝提供了条件。
1 裂缝处理化学浆材的选择
化学浆材选择应掌握的原则：一是浆材的可灌性，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；二是浆材的耐久性，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足够的粘接强度，不易脱开，对于一些活动裂缝和不稳定裂缝要特别注意这条原则。水工地下隧洞衬砌混凝土裂缝的特点是：裂缝开度较小、外水压力大、浆液较难灌入，一般处理要求既要满足补强又要防渗堵漏，灌浆材料一般采用高渗透改性环氧浆材。我们在渗水裂缝处理过程中采用了EAA、CW、LPL三种高渗透改性环氧浆材。
以上三种材料各有优缺点，EAA、CW属糠醛、丙酮改性系列，具有亲水性、粘度低、可灌性较好，缺点是凝固时间长、脆性大，不适宜对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，但粘度大，对于细小裂缝的可灌性差。
2 打斜孔埋管法处理渗水裂缝
2.1 工艺流程
裂缝清洗→钻斜孔→清孔、埋管→表面封缝→通风检查→浆液配制→注浆→封孔处理→待凝检查→表面处理
3.2 重要工艺技术要求
（1）裂缝清洗：对缝面用高压水进行清洗，直至清晰地露出裂缝为止；
（2）钻孔：在裂缝中心线10～15cm两侧钻斜孔，孔径18mm，孔距40cm，深浅孔交替布置，浅孔深25～30 cm，倾角约50°，深孔孔深40～45cm，倾角约70°。
（3）清孔、埋管：用高压水将孔清洗干净，每孔分上下两层埋设两根注浆管，一进一出，下层管径为8 mm，埋至距孔底5cm，为主注浆管；上层管径为8mm，埋入孔内10cm左右，为排水排气回浆管，埋管材料用速凝水泥。
（4）表面封缝：用玻璃丝布或堵漏灵剂进行封堵，应保证封闭密闭可靠。
（5）通风检查：待埋管材料有一定的强度后，在裂缝和管口处涂少量肥皂水，采用0.2MPa的风压进行通风检查，对于盲孔应在附近重新打孔埋管。
（6）浆液配制：根据灌前压丙酮试验的漏量大小配制浆液，配浆时将固化剂、表面活性剂缓慢注入EAA（或CW）主液中，边注入边搅拌，保持浆液在25℃以下，以提高浆材的可灌性。
（7）化学灌浆
●注浆方式：灌前单孔压丙酮量≥10ml者应单孔灌注，漏量<10ml者则可多孔灌注；灌注过程中若有串漏孔，可在排出积水和稀浆后进行并灌，灌浆应由下而上进行。
●注浆方法：先灌深孔，从下层进浆管开始注浆，待上层回浆管排出孔内水、气后，封闭回浆管。根据吸浆量情况逐步升至设计压力，当吸浆率小于1ml/min时，应保持压力延续灌注30min即可扎管待凝。4～5h后检查注浆效果，对管口不饱满的胶管进行第二次注浆直至饱满。
●灌浆压力：开灌压力0.4MPa，当吸浆率小于5ml/min时，逐渐加压至0.5～0.6MPa，二次注浆孔压力可提高至0.8MPa。
●注浆过程监控：加强结构的抬动变形监测，如出现异常应及时降压并采取相应措施。
（8）质量检查：裂缝化学灌浆结束14 d后采用压水和钻孔取芯相结合的方法进行。
●检查孔压水：采用单点法压水，压力0.5MPa，孔径28，孔深30cm，合格标准透水率q≤0.1Lu。
●钻孔取芯：孔径89mm，孔深浅于灌浆孔10cm，粘接强度应达到设计要求。
2.3 打斜孔埋管法施工存在的缺点
（1）温度裂缝走向是个曲面，在混凝土内的走向复杂，一般从钢筋边通过，钻孔时易碰到钢筋，造成的“废”孔较多，对原混凝土结构的整体性造成损坏。
（2）钻孔时的微细粉尘难于有效清出，粉尘易堵塞灌浆通道，浆液难以进入缝面，降低化灌质量。
（3）渗水缝中不能有效地赶水，浆液和水混合影响环氧灌浆材料的固化；也不能满足浆液“从宽处往窄处灌浆最有利”的原则；一旦发现“死孔”无法及时采取补救措施。
（4）施工工序较多,施工工艺繁琐，管容、孔容大，浪费浆材（据统计孔容占58%以上）；灌后的裂缝复灌量较大，且需多次复灌，增加了资金投入。
3 无损贴嘴法处理渗水裂缝
3.1工艺流程
注浆嘴加工→打磨→冲洗→裂缝描述→贴嘴→封缝→压风检查→灌浆→注浆嘴清除→质量检查。
3.2 重要工艺技术要求
（1）注浆嘴加工。在外径为6 mm、长度大于6cm的铜管一端焊上边长为3～4cm、厚度为1.5mm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20cm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：是贴嘴法施工最重要的工序，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0.3mm时按间距20cm布嘴，缝宽大于0.3mm时按间距30cm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抽出定位针，定位针未粘附胶认定注浆嘴粘贴合格。
（6）封缝：贴嘴3h后用堵漏灵胶泥将渗水缝口封堵住，2h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-Ⅱ型粘胶；当不粘手时再刮抹ECH-Ⅲ型面胶三遍，待ECH-Ⅲ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2h后即可进行压风检查各孔的贯通情况，压风压力＜0.25MPa；对于不串通的孔应查明原因进行分析和处理。
（8）灌浆：采用多点同步灌注方式，从下至上，从宽至窄，逐步推进，采用Lily CD-15双组分注射泵灌注LPL浆材，施工中采用稳压慢灌，每孔纯灌时间不少于90min，以保证灌浆质量。灌浆压力见表2。
表2 裂缝宽度与灌浆压力关系
缝宽 <0.1 0.1～0.3 >0.3
灌浆压力/MPa 0.8～1.0 0.6～0.8 0.5～0.8
（9）注浆嘴的清除:灌浆结束48 h后铲除注浆嘴，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。
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