孫曉英　徐　升

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水工隧洞襯砌混凝土滲水裂縫處理研究

孫曉英徐升

摘要水工地下隧洞襯砌混凝土為滿足抗沖耐磨要求，一般其設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)高、水泥用量大，同時(shí)因基巖硬度大、彈性模量高等原因，導(dǎo)致該類混凝土即使采用低溫混凝土澆筑，其最高溫度也超過允許標(biāo)準(zhǔn)。在隧洞襯砌混凝土澆筑形成后，結(jié)構(gòu)混凝土由于受到內(nèi)外溫差所引起的溫度應(yīng)力影響，會(huì)因不均勻收縮而出現(xiàn)裂縫，特別是在地下水位較高的隧洞會(huì)出現(xiàn)垂直于水流方向的有一定水壓的環(huán)向滲水裂縫。為處理這類滲水裂縫問題，在施工過程中采用高滲透改性環(huán)氧漿材，并采用打斜孔埋管和無損貼嘴灌漿的灌漿施工工藝方法，裂縫處理的效果滿足設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞水工隧洞襯砌混凝土滲水裂縫處理

一般對(duì)于水工地下隧洞混凝土出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿處理，其目的主要是進(jìn)行防滲堵漏和補(bǔ)強(qiáng)加固。防滲堵漏要求縫面灌后具有較高的抗?jié)B性和抗老化性能，能阻止外來水氣碳化混凝土和銹蝕鋼筋，滿足結(jié)構(gòu)耐久性和安全運(yùn)行；補(bǔ)強(qiáng)加固要求縫面漿液固化后有較高的粘接強(qiáng)度，并最終能恢復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性。目前裂縫處理一般采用高滲透改性環(huán)氧漿材，但均存在一定的局限性，需研究環(huán)保型、低黏度、無收縮、抗老化強(qiáng)、粘接強(qiáng)度高以及能滿足溫度縫反復(fù)收縮開裂的處理要求的彈性改性環(huán)氧漿材。

目前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(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)破壞較大、漿材損耗大、開槽處難以修復(fù)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，但管容耗漿大，微細(xì)粉塵易堵塞縫面影響灌漿質(zhì)量，由于該方法施工簡單目前被普遍采用；無損貼嘴法具有工藝簡單、無鉆孔、無孔容耗漿、易找準(zhǔn)裂縫、對(duì)混凝土無損傷和成本低等優(yōu)點(diǎn)，值得大力推廣，無損貼嘴法處理裂縫的難點(diǎn)是滲水縫的貼嘴，采用ECH水下粘結(jié)膠進(jìn)行滲水縫的貼嘴能最大承受1.3 MPa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(xué)漿材的選擇

化學(xué)漿材選擇應(yīng)掌握如下原則：

（1）漿材的可灌性。所選化學(xué)漿材必須能夠灌入裂縫，充填飽滿，灌入后能凝結(jié)固化，以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)和防滲加固的目的。

（2）漿材的耐久性。所選用材料在使用環(huán)境條件下性能穩(wěn)定，不易引起化學(xué)變化，并且與混凝土裂縫有足夠的粘接強(qiáng)度，不易脫開。

水工地下隧洞襯砌混凝土裂縫的特點(diǎn)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(bǔ)強(qiáng)又要防滲堵漏，灌漿材料一般采用高滲透改性環(huán)氧漿材。為了解不同化學(xué)漿材的力學(xué)性能，在滲水裂縫處理過程中分別采用EAA、CW、LPL三種高滲透改性環(huán)氧漿材進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，其比較結(jié)果詳見表1。

表1　采用的化學(xué)漿材性能比較表

通過試驗(yàn)比較可知，以上3種材料各有優(yōu)缺點(diǎn)，EAA、CW屬糠醛、丙酮改性系列，具有親水性、黏度低、可灌性較好等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是凝固時(shí)間長、脆性大，不適宜對(duì)變化的裂縫進(jìn)行處理；LPL漿材屬活性稀釋劑改性系列，具有親水性、凝固時(shí)間快、脆性小、漿材本身不收縮的優(yōu)點(diǎn)，但黏度大，對(duì)于細(xì)小裂縫的可灌性差。

2　打斜孔埋管法處理滲水裂縫

2.1工藝流程

打斜孔埋管法基本工藝流程包括：裂縫清洗→鉆斜孔→清孔、埋管→表面封縫→通風(fēng)檢查→漿液配制→注漿→封孔處理→待凝檢查→表面處理。

2.2重要工藝技術(shù)要求

為保證打斜孔埋管法處理滲水裂縫的有效性，一般需保證以下重要工藝技術(shù)滿足相應(yīng)要求。

2.2.1裂縫清洗

對(duì)縫面用高壓水進(jìn)行清洗，直至清晰地露出裂縫為止。

2.2.2鉆孔

在裂縫中心線10～15 cm兩側(cè)鉆斜孔，孔徑18 mm，孔距40 cm，深淺孔交替布置，淺孔孔深25～30 cm，傾角約50°，深孔孔深40～45 cm，傾角約70°。

2.2.3清孔、埋管

用高壓水將孔清洗干凈，每孔分上下2層埋設(shè)2根注漿管，一進(jìn)一出，下層管徑為8 mm，埋至距孔底5 cm處，作為主注漿管；上層管徑為8 mm，埋入孔內(nèi)10 cm左右，作為排水排氣回漿管，埋管材料用速凝水泥。

2.2.4表面封縫

用玻璃絲布或堵漏靈劑進(jìn)行封堵，應(yīng)保證封閉密閉可靠。

2.2.5通風(fēng)檢查

待埋管材料有一定的強(qiáng)度后，在裂縫和管口處涂少量肥皂水，采用0.2 MPa的風(fēng)壓進(jìn)行通風(fēng)檢查，對(duì)于盲孔應(yīng)在附近重新打孔埋管。

2.2.6漿液配制

根據(jù)灌前壓丙酮試驗(yàn)的漏量大小配制漿液，配漿時(shí)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。

2.2.7化學(xué)灌漿

2.2.7.1注漿方式

灌前單孔壓丙酮量不小于10 ml者應(yīng)單孔灌注，漏量小于10 ml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(jìn)行并灌，灌漿應(yīng)由下而上進(jìn)行。

2.2.7.2注漿方法

先灌深孔，從下層進(jìn)漿管開始注漿，待上層回漿管排出孔內(nèi)水、氣后，封閉回漿管。根據(jù)吸漿量情況逐步升至設(shè)計(jì)壓力，當(dāng)吸漿率小于1 ml/ min時(shí)，應(yīng)保持壓力延續(xù)灌注30 min即可扎管待凝。4～5 h后檢查注漿效果，對(duì)管口不飽滿的膠管進(jìn)行第二次注漿直至飽滿。

2.2.7.3灌漿壓力

開灌壓力為0.4 MPa，當(dāng)吸漿率小于5 ml/min時(shí)，逐漸加壓至0.5～0.6 MPa，二次注漿孔壓力可提高至0.8 MPa。

2.2.7.4注漿過程監(jiān)控

加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抬動(dòng)變形監(jiān)測(cè)，如出現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)降壓并采取相應(yīng)措施。

2.2.8質(zhì)量檢查

裂縫化學(xué)灌漿結(jié)束14 d后采用壓水和鉆孔取芯相結(jié)合的方法進(jìn)行灌漿質(zhì)量的檢查。

2.2.8.1檢查孔壓水

采用單點(diǎn)法壓水，壓力0.5 MPa，孔徑28 mm，孔深30 cm，合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率q≤0.1 Lu。

2.2.8.2鉆孔取芯

孔徑89 mm，孔深淺于灌漿孔10 cm，粘接強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.3打斜孔埋管法施工存在的缺點(diǎn)

（1）溫度裂縫走向是個(gè)曲面，在混凝土內(nèi)的走向復(fù)雜，一般從鋼筋邊通過，鉆孔時(shí)易碰到鋼筋，造成的 “廢”孔較多，對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)的整體性造成損壞。

（2）鉆孔時(shí)的微細(xì)粉塵難清出，粉塵易堵塞灌漿通道，漿液難以進(jìn)入縫面，降低化灌質(zhì)量。

（3）滲水縫中不能有效地趕水，漿液和水混合影響環(huán)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(fā)現(xiàn)“死孔”無法及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

（4）施工工序較多，施工工藝繁瑣，管容、孔容大，浪費(fèi)漿材（據(jù)統(tǒng)計(jì)孔容占58%以上）；灌后的裂縫復(fù)灌量較大，且需多次復(fù)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

無損貼嘴法基本工藝流程包括：注漿嘴加工→打磨→沖洗→裂縫描述→貼嘴→封縫→壓風(fēng)檢查→灌漿→注漿嘴清除→質(zhì)量檢查。

3.2重要工藝技術(shù)要求

為保證無損貼嘴法處理滲水裂縫的有效性，一般需保證以下重要工藝技術(shù)滿足相應(yīng)要求。

3.2.1注漿嘴加工

在外徑為6 mm、長度大于6 cm的銅管一端焊上邊長為3～4 cm、厚度為1.5 mm左右的方形鐵片，鐵片中間開直徑等于銅管外徑的進(jìn)漿孔，鐵片周邊鉆排列規(guī)則的小孔。

3.2.2打磨

采用砂輪機(jī)沿裂縫的兩邊各打磨20 cm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。

3.2.3沖洗

是貼嘴法施工最重要的工序，用高壓沖毛機(jī)沿裂縫開口向兩邊沖洗，以保證縫口敞開無雜物。

3.2.4裂縫描述

用刻度放大鏡測(cè)量裂縫寬度，并對(duì)裂縫走向及縫長進(jìn)行描述，用以調(diào)整布置注漿嘴間距及灌漿壓力。

3.2.5貼嘴

根據(jù)裂縫描述進(jìn)行注漿嘴的布置。規(guī)則裂縫縫寬小于0.3 mm時(shí)，按間距20 cm布嘴，縫寬大于0.3 mm時(shí)，按間距30 cm布嘴；不規(guī)則裂縫的交叉點(diǎn)及端部均布置注漿嘴。將ECH-Ⅰ型膠抹在注漿嘴底板上，貼嘴時(shí)用定位針穿過進(jìn)漿管，對(duì)準(zhǔn)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(rèn)定注漿嘴粘貼合格。

3.2.6封縫

貼嘴3 h后用堵漏靈膠泥將滲水縫口封堵住，2 h后用碘鎢燈將混凝土表面烘干并用無水酒精洗抹1遍；待干后刮抹1層ECH-Ⅱ型粘膠；當(dāng)不粘手時(shí)再刮抹ECH-Ⅲ型面膠3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。

3.2.7壓風(fēng)檢查

封縫完成并養(yǎng)護(hù)2 h后即可進(jìn)行壓風(fēng)檢查各孔的貫通情況，壓風(fēng)壓力小于0.25 MPa；對(duì)于不串通的孔應(yīng)查明原因進(jìn)行分析和處理。

3.2.8灌漿

采用多點(diǎn)同步灌注方式，從下至上，從寬至窄，逐步推進(jìn)，采用Lily CD-15雙組分注射泵灌注LPL漿材，施工中采用穩(wěn)壓慢灌，每孔純灌時(shí)間不少于90 min，以保證灌漿質(zhì)量。灌漿壓力見表2。

表2　裂縫寬度與灌漿壓力關(guān)系

3.2.9注漿嘴的清除

灌漿結(jié)束48 h后鏟除注漿嘴，混凝土表面采用環(huán)氧膠泥封堵平整。

3.2.10質(zhì)量檢查及驗(yàn)收

灌后質(zhì)量檢查在注射樹脂LPL灌漿結(jié)束7 d后進(jìn)行。

（1）壓水檢查：現(xiàn)場布騎縫孔，沖擊鉆造孔（孔徑18～20 mm、孔深10～15 cm）后，采用單點(diǎn)法壓水，壓水檢查壓力為0.3 MPa。合格標(biāo)準(zhǔn)：壓水檢查透水率q≤0.1 Lu。

（2）鉆孔取芯：取芯直徑89 mm，并進(jìn)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(diǎn)

（1）不破壞混凝土的整體性，適合薄型結(jié)構(gòu)的裂縫處理。

（2）由于從縫的表面進(jìn)行打磨沖洗，可避免微細(xì)粉塵對(duì)灌漿的影響，從縫口進(jìn)漿可灌性得到了保證。

（3）使 “以漿趕水”，多點(diǎn)依序同步灌漿成為可能。

（4）貼嘴封縫、采用多點(diǎn)同步灌漿的無損灌漿工藝，可在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)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(dá)到了 “堵水、保護(hù)鋼筋、恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性”的效果。

（5）工藝簡單、復(fù)灌率低，節(jié)約昂貴的化學(xué)漿材，降低了成本，加快了施工進(jìn)度。

3.4特殊情況處理

3.4.1滲漏點(diǎn)的復(fù)灌

（1）對(duì)有規(guī)律的滲漏點(diǎn)，即一段裂縫仍滲水，采用原施工方法進(jìn)行復(fù)灌。

（2）對(duì)單獨(dú)的滲漏點(diǎn)采用打輔助孔的方法進(jìn)行復(fù)灌，先在滲漏點(diǎn)貼嘴、封縫。然后用沖擊鉆在距滲漏點(diǎn)10 cm沿原裂縫鉆3個(gè)輔助斜孔（孔徑18～20 mm，孔距10～20 cm，傾角50°，孔深25 cm），并預(yù)埋外徑為6 mm的銅管。再用堵漏靈進(jìn)行封堵埋管，在滲漏點(diǎn)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(jìn)行施工。

3.4.2漿液配比出現(xiàn)問題時(shí)的處理

灌漿時(shí)如出現(xiàn)長時(shí)間不進(jìn)漿，且漿液黏度增加，即漿液配比出現(xiàn)問題。處理方法是打開機(jī)箱蓋，清理兩活塞桿運(yùn)行系統(tǒng)，直至兩活塞桿運(yùn)行同步后，排棄部分混合液，然后重新注漿。

4　復(fù)灌后仍局部滲水的處理

（1）經(jīng)復(fù)灌后仍有滲水的部位采用嵌縫措施：開槽槽深×槽寬為5 cm×5 cm，并在槽內(nèi)每1.5 m用電鉆打一個(gè)Φ22 mm排水孔，孔深大于70 cm；從孔底部埋1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(huán)氧基液，再用丙乳砂漿錘填密實(shí)，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15 cm。粘貼方法：先將縫面清理干凈，均勻刷1層1438膠，再貼1層玻璃絲布，三膠二布。對(duì)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1.0 m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(xì)鋼筋搗密實(shí)，離孔口5 cm時(shí)，改用預(yù)縮砂漿填充密實(shí)，對(duì)其表面涂刷環(huán)氧膠泥。

5　結(jié)語

混凝土裂縫處理難度較大，對(duì)有滲水的裂縫處理難度更大。通過對(duì)水工地下隧洞混凝土滲水裂縫的處理研究，筆者認(rèn)為在其處理過程中主要應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

（1）灌漿材料的正確選擇。應(yīng)選擇低黏度、低收縮的環(huán)氧漿材。收縮大的材料需多次復(fù)灌，不但增加投入，而且復(fù)灌成功率小。目前主要采用的兩種系列的改性環(huán)氧漿材，各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)裂縫的寬度、滲水情況及處理的結(jié)構(gòu)要求，選擇適宜的漿材。

（2）推廣無損貼嘴法施工工藝?；炷翜囟瓤p一般較細(xì)，且不在一個(gè)平面上，裂縫很難找準(zhǔn)，漿材難以灌入，最好是采用無損貼嘴法施工，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(jié)構(gòu)的厚薄、裂縫的深淺對(duì)鉆孔的要求較高，為了找準(zhǔn)裂縫的深度以便準(zhǔn)確地布置灌漿孔，不得不打出大量的檢查孔，對(duì)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞。

（3）避免微細(xì)粉塵對(duì)化學(xué)灌漿的影響?；炷亮芽p內(nèi)部極不規(guī)則，其寬度受骨料、鋼筋等的影響，寬窄變化復(fù)雜，當(dāng)化學(xué)漿液夾著微細(xì)粉塵在裂縫中灌入時(shí)，碰到較窄處，就會(huì)累積阻塞漿液通路，因此，微細(xì)粉塵對(duì)化學(xué)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(yīng)力的作用持續(xù)向縱深方向發(fā)展，在混凝土表面的裂縫開合度最大，從縫口進(jìn)漿對(duì)灌漿質(zhì)量的提高極為有利。

（5）必須保證連續(xù)穩(wěn)定的灌漿壓力。穩(wěn)定的灌漿壓力是保證漿液能否使裂縫充填飽滿的關(guān)鍵，采用手搖泵灌漿很難做到這一點(diǎn)，應(yīng)采用雙液氣壓泵進(jìn)行施工。

（6）有效降低外水壓力。裂縫中只要有水就會(huì)增加灌漿難度，應(yīng)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(qiáng)度和灌漿效果。

（7）灌漿施工中有效的排水排氣。裂縫灌漿時(shí)應(yīng)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地排除裂縫中的水和氣。

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中圖分類號(hào)TV223.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

文章編號(hào)1007-6980（2016）01-0020-04

作者簡介

孫曉英男高級(jí)工程師黃河水利水電開發(fā)總公司河南洛陽471083

徐升男助理工程師中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司湖北武漢430071

收稿日期（2015-11-10）