幾種砼裂縫處理工藝在小浪底工程中的應(yīng)用

    [關(guān)鍵詞]伸縮縫；溫度裂縫；化學(xué)灌漿；超細(xì)水泥灌漿；灌漿器材；小浪底工程

    小浪底水利樞紐工程泄洪系統(tǒng)由導(dǎo)流洞、排沙洞等諸多洞室組成，每條洞平均1000m左右，最大埋深150m，砼襯砌厚度從0．8～3．0m不等。由于黃河水含沙量大，為滿足洞身段抗蝕、抗沖刷的要求，泄洪系統(tǒng)大部分部位均采用了R28＝70MPa的高強(qiáng)度硅粉混凝土。由于硅粉的加入，混凝土的抗沖刷能力明顯提高，但其抗拉與抗裂能力并不能得到很好的改善，反而增加了混凝土的脆性，并且由于混凝土抗壓強(qiáng)度高，拌和物中的水泥用量增加，導(dǎo)致混凝土的水化熱溫升提高，體積變形增加，產(chǎn)生了很多溫度裂縫，這些溫度裂縫和部分伸縮縫、施工縫在高速水流的沖蝕和地下水壓力的雙重作用下發(fā)生滲漏現(xiàn)象，需按規(guī)范要求進(jìn)行處理。由于小浪底工程的建設(shè)由眾多國(guó)際知名承包商和國(guó)內(nèi)工程局共同承擔(dān)，這一特點(diǎn)給砼裂縫滲水處理也帶來(lái)了“國(guó)際化”的色彩，使用的材料、設(shè)備、工器具不盡相同，處理工藝各有特點(diǎn)。

    l  伸縮縫漏水處理

    1.1 伸縮縫結(jié)構(gòu)

    小浪底工程地下洞室襯砌砼一般6～12m設(shè)置一道伸縮縫，由于襯砌厚度較大(特殊部位除外)，縫內(nèi)設(shè)兩道止水片?？p寬最大處超過(guò)3mm。漏水原因都是因?yàn)橹顾茡p和止水片周?chē)湃毕菰斐傻摹?o:p>

    1.2 伸縮縫漏水處理工藝

    1.2.1 嵌填止水條法

    某導(dǎo)流洞部分漏水環(huán)向伸縮縫采取了縫面開(kāi)槽嵌填遇水膨脹橡膠止水材料的工藝，做法為沿環(huán)向縫面切割寬5cm、深10cm的方型槽，槽內(nèi)嵌填5*5cm遇水膨脹橡膠條，表面用c80水泥砂漿進(jìn)行封閉。橡膠條遇水橫向膨脹，達(dá)到止水目的。施工完成后，該洞室經(jīng)過(guò)較低水位簡(jiǎn)短泄流后發(fā)現(xiàn)相當(dāng)部位的c80水泥砂漿嵌填體脫落，止水膠條失效。

    其實(shí)，嵌填止水條法處理伸縮縫漏水是比較通行的一種做法，只要外部條件符合，保證各工序施工質(zhì)量，其止水效果是很理想的，而且工藝過(guò)程和使用的工器具相對(duì)簡(jiǎn)單。但本次處理在以下幾個(gè)方面有欠考慮：(1)該法一般選在迎水面處理，而該洞在處理時(shí)縫面有較高壓力地下水滲出；(2)塑性嵌填體要防止三面粘結(jié)，否則縫的伸縮變形會(huì)在密封材料內(nèi)引起多向應(yīng)力，拉開(kāi)密封材料；(3)表面封閉材料和老砼沒(méi)有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度以適應(yīng)嵌填體膨脹壓力和高速水流沖刷。

    1.2.2  化學(xué)灌漿法

    2#3#導(dǎo)流洞環(huán)向伸縮縫漏水處理采用了化學(xué)灌漿的方法，做法為首先在縫一側(cè)鉆斜孔于兩道止水片之間過(guò)縫，并利用鉆孔排水，然后用快硬材料封閉縫面止?jié){，最后逐孔灌漿。用到的灌漿材料有國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的LW與HW混合漿材、YN聚氨酯堵漏劑．和國(guó)外生產(chǎn)的TACSS等，這些灌漿材料一般都屬于水活性彈性灌漿材料，有如下共性：

    (1)與水(或潮氣)反應(yīng)能形成有彈性的凝膠；

    (2)單組分，使用較方便；

    (3)凝膠反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生CO：氣體，從而進(jìn)一步推動(dòng)漿材向內(nèi)滲透。

    實(shí)踐證明，這些材料都適合灌伸縮縫，普遍都達(dá)到了較好的效果。在灌漿設(shè)備方面，也用到了較多類(lèi)型的化灌泵，有手動(dòng)隔膜泵、手動(dòng)柱塞泵、氣動(dòng)泵、電動(dòng)隔膜泵等，使用這些泵的灌漿效果沒(méi)有明顯的優(yōu)劣，但使用者總結(jié)出以下差異：(1)手動(dòng)泵輕便、靈巧，不受施工現(xiàn)場(chǎng)電、氣動(dòng)力影響，便于灌漿控制，相對(duì)節(jié)約漿材。缺點(diǎn)是當(dāng)吸漿量或要求的灌漿壓力較大時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大：(2)氣動(dòng)泵工作穩(wěn)定，但稍顯笨重，需配備空壓機(jī)；(3)電動(dòng)泵一般都用國(guó)外進(jìn)口的，如WAGNER、TAIVER等，優(yōu)點(diǎn)是較輕便，壓力穩(wěn)定，適合較長(zhǎng)時(shí)間灌漿，缺點(diǎn)是對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)電源質(zhì)量要求高，需配備穩(wěn)壓設(shè)備。

    2  溫度裂縫或施工縫處理

    這類(lèi)裂縫的處理按所灌材料可分兩類(lèi)，第一類(lèi)是超細(xì)水泥灌漿，第二類(lèi)是化學(xué)灌漿。

    2.1 超細(xì)水泥灌漿

    2.1.1  灌前縫面處理

    灌前縫面處理的內(nèi)容包括縫面清潔、粘61占灌漿咀、封縫。灌漿咀是一種底座為30mm*30mm的硬質(zhì)塑料灌漿咀，最大耐壓1．0MPa，卡口式連接。沿縫每隔30cm貼一個(gè)，粘貼時(shí)注意進(jìn)漿孔對(duì)準(zhǔn)裂縫。粘貼灌漿咀和封縫用Sikadur731材料。Sikadur731是一種灰白色雙組分環(huán)氧類(lèi)粘結(jié)劑，為使涂刷時(shí)保證厚度且不流淌，廠家預(yù)先添加了合適的填料。使用時(shí)只須將A、B兩組分按一定比例混合且攪拌均勻即可用抹刀直接刮抹在縫面。Sikadur731性能見(jiàn)表l。

表1  Sikadur731各項(xiàng)力學(xué)性能

    2.1.2 超細(xì)水泥性能

    按要求，寬度大于0．5mm的無(wú)滲水縫先用超細(xì)水泥灌漿。使用的名為SikaMikrodurR—U超細(xì)水泥細(xì)度指標(biāo)為最大顆粒d<9．5μm，比表面積值>16000cm²/g，可填充寬度大于0．2mm的裂縫。配置漿液使用的水灰比為0．55～0．65，為提高漿液的流動(dòng)性，摻加了名為Sika Intraplast HE 50減水劑，摻量為1%～2%。其結(jié)石28天抗壓強(qiáng)度約為60Mpa。

    2.1.3 灌漿器材及工藝流程

    因裂縫分布范圍廣，為便于移動(dòng)，提高效率，整套器材的配置體現(xiàn)輕便靈活的特點(diǎn)。超細(xì)水泥灌漿所用的灌漿器材見(jiàn)表2：

    (1)制漿桶與攪拌器：用于拌制超細(xì)水泥漿液。首先將稱(chēng)量好的水與減水劑混合，然后按規(guī)定的水灰比加入水泥，啟動(dòng)攪拌器高速攪拌5min即制成水泥漿液。

    (2)電動(dòng)輪壓式灌漿泵：利用滾輪在軟膠管上向一個(gè)方向不斷地碾壓使管中的漿液獲得流動(dòng)的動(dòng)力。該泵依靠轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，最大灌漿壓力取決于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和膠管的強(qiáng)度。該泵在工作過(guò)程中漿液始終在一個(gè)連續(xù)密閉的管路中流動(dòng)，和泵不發(fā)生直接接觸，減少了浪費(fèi)，降低了污染。

    (3)限壓儲(chǔ)漿囊：是一種具有彈性膨脹功能的儲(chǔ)漿容器，當(dāng)灌漿流量大于裂縫的吸漿率時(shí)，安裝在灌漿咀上的儲(chǔ)漿囊膨脹，直至撐圓儲(chǔ)漿囊外套的容積限制紙筒，此時(shí)泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，逆止閥阻止儲(chǔ)漿囊中的漿液回流，漿液因儲(chǔ)漿囊的收縮獲得0．3MPa的壓力向縫中擴(kuò)散。當(dāng)儲(chǔ)漿囊體積收縮變小后，啟動(dòng)灌漿泵，儲(chǔ)漿囊再次膨脹，如此循環(huán)，直至儲(chǔ)漿囊不在收縮，該孔即達(dá)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

    超細(xì)水泥灌漿工藝流程為：原材料稱(chēng)量→攪拌斗連接灌漿管路→第一遍灌漿至儲(chǔ)漿囊滿→補(bǔ)灌→結(jié)束。管路連接方式見(jiàn)超細(xì)水泥灌漿示意圖。

    2．2  化學(xué)灌漿

    對(duì)于砼微細(xì)裂縫和經(jīng)超細(xì)水泥灌漿后滲水未完全消除的裂縫采用化學(xué)灌漿?；嗖牧戏植煌瑓^(qū)域主要使用了香港Sika公司生產(chǎn)的Sikadur752材料、德國(guó)CarborTech公司生產(chǎn)的CarborPur材料以及國(guó)內(nèi)施工單位熟習(xí)的以糠醛丙酮為稀釋體系的EFA低粘度環(huán)氧漿材。實(shí)踐證明，這些材料和相應(yīng)的灌漿工藝都取得了較好的灌漿效果。

    2.2.1  Sikadur752材料   

    Sikadur752是環(huán)氧類(lèi)雙組分灌漿材料，具有強(qiáng)度高、不可燃、不受潮濕環(huán)境影響的特點(diǎn)，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3  Sikadur752主要性能指標(biāo)

    2.2.2  CarborPur材料

    德國(guó)產(chǎn)CarborPur材料是一種主要用于滲水裂縫處理的灌漿材料，具有高滲透性、低粘度、快速凝固、膨脹性的特點(diǎn)。主要性能指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4  Carborpur材料主要性能指標(biāo)

    2.2.3  灌漿工藝

    小浪底部分砼裂縫化學(xué)灌漿工藝有別于國(guó)內(nèi)通行處理方法。眾所周知，砼裂縫化學(xué)灌漿通行的工藝流程為：鉆孔(騎縫孔或斜孔)呻洗孔→安裝灌漿塞→封縫→通氣試漏→灌漿，其結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)一般為：在規(guī)定的壓力下，持續(xù)一定時(shí)間不吸漿或吸漿量小于某值，另外還強(qiáng)調(diào)封縫的重要性，認(rèn)為砼裂縫化學(xué)灌漿處理必須進(jìn)行表面嵌縫，即沿裂縫鑿V型槽進(jìn)行表面嵌縫處理，以防壓力灌漿時(shí)漿液流失，保證裂縫中漿液充填飽滿，嵌縫材料一般用環(huán)氧膠泥(或砂漿)。而小浪底部分砼裂縫在處理時(shí)取消了鑿槽封縫的工序，將工序簡(jiǎn)化為：鉆孔(斜孔、孔較深) →洗孔→安裝灌漿塞→灌漿，相應(yīng)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：在規(guī)定的壓力下漿液由斜孔灌進(jìn)，自縫面溢出即可結(jié)束。該法認(rèn)為，砼微細(xì)裂縫或用超細(xì)水泥灌過(guò)的裂縫連通性較差，為使?jié){液在裂縫中充填飽滿，與其鑿槽封縫不如多次布孔。至于漿液流失問(wèn)題，實(shí)際上砼微細(xì)裂縫實(shí)現(xiàn)漿液“由斜孔灌進(jìn)，自縫面溢出”很不容易，一般需較高壓力較長(zhǎng)時(shí)間灌注才能實(shí)現(xiàn)，不存在漿液大量流失問(wèn)題。取消了鑿槽封縫給施工帶來(lái)的便利是顯而易見(jiàn)的，比如減少了對(duì)原狀砼的破壞、漿液由“斜孔灌進(jìn)，自縫面溢出”這種結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)便于現(xiàn)場(chǎng)操作等等。

    3  結(jié)  語(yǔ)

    (1)小浪底工程地下洞室襯砌砼伸縮縫漏水處理實(shí)踐證明，背水面處理伸縮縫漏水時(shí)，化學(xué)灌漿法效果優(yōu)于嵌填止水條法。

    (2)輪壓式灌漿泵結(jié)合限壓儲(chǔ)漿囊形成的超細(xì)水泥灌漿體系輕便靈活，該工藝在處理一般砼溫度裂縫方面效率和效果俱佳。

    (3)用化學(xué)灌漿法處理微細(xì)砼裂縫時(shí)，可用的漿材種類(lèi)較多，只要工藝恰當(dāng)，都能達(dá)到較好的處理效果。

    (4)先進(jìn)、合理的設(shè)備、器材配置是保證砼裂縫處理效果的必要條件。