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)由眾多國際知名承包商和國內(nèi)工程局共同承擔(dān)，這一特點給砼裂縫滲水處理也帶來了“國際化”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。

    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。縫寬最大處超過3mm。漏水原因都是因為止水片破損和止水片周圍砼缺陷造成的。

    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)過較低水位簡短泄流后發(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，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，而且工藝過程和使用的工器具相對簡單。但本次處理在以下幾個方面有欠考慮：(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在密封材料內(nèi)引起多向應(yīng)力，拉開密封材料；(3)表面封閉材料和老砼沒有足夠的粘結(jié)強度以適應(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內(nèi)生產(chǎn)的LW與HW混合漿材、YN聚氨酯堵漏劑．和國外生產(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)過程中產(chǎn)生CO：氣體，從而進(jìn)一步推動漿材向內(nèi)滲透。

    實踐證明，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，也用到了較多類型的化灌泵，有手動隔膜泵、手動柱塞泵、氣動泵、電動隔膜泵等，使用這些泵的灌漿效果沒有明顯的優(yōu)劣，但使用者總結(jié)出以下差異：(1)手動泵輕便、靈巧，不受施工現(xiàn)場電、氣動力影響，便于灌漿控制，相對節(jié)約漿材。缺點是當(dāng)吸漿量或要求的灌漿壓力較大時勞動強度大：(2)氣動泵工作穩(wěn)定，但稍顯笨重，需配備空壓機；(3)電動泵一般都用國外進(jìn)口的，如WAGNER、TAIVER等，優(yōu)點是較輕便，壓力穩(wěn)定，適合較長時間灌漿，缺點是對施工現(xiàn)場電源質(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

    這類裂縫的處理按所灌材料可分兩類，第一類是超細(xì)水泥灌漿，第二類是化學(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，粘貼時注意進(jìn)漿孔對準(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)氧類粘結(jié)劑，為使涂刷時保證厚度且不流淌，廠家預(yù)先添加了合適的填料。使用時只須將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性能見表l。

表1  Sikadur731各項力學(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，提高效率，整套器材的配置體現(xiàn)輕便靈活的特點。超細(xì)水泥灌漿所用的灌漿器材見表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，啟動攪拌器高速攪拌5min即制成水泥漿液。

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

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

    超細(xì)水泥灌漿工藝流程為：原材料稱量→攪拌斗連接灌漿管路→第一遍灌漿至儲漿囊滿→補灌→結(jié)束。管路連接方式見超細(xì)水泥灌漿示意圖。

    2．2  化學(xué)灌漿

    對于砼微細(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CarborTech公司生產(chǎn)的CarborPur材料以及國內(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)氧類雙組分灌漿材料，具有強度高、不可燃、不受潮濕環(huán)境影響的特點，主要性能指標(biāo)見表3。

表3  Sikadur752主要性能指標(biāo)

    2.2.2  CarborPur材料

    德國產(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。主要性能指標(biāo)見表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)一定時間不吸漿或吸漿量小于某值，另外還強調(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取消了鑿槽封縫的工序，將工序簡化為：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。至于漿液流失問題，實際上砼微細(xì)裂縫實現(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時間灌注才能實現(xiàn)，不存在漿液大量流失問題。取消了鑿槽封縫給施工帶來的便利是顯而易見的，比如減少了對原狀砼的破壞、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)場操作等等。

    3  結(jié)  語

    (1)小浪底工程地下洞室襯砌砼伸縮縫漏水處理實踐證明，背水面處理伸縮縫漏水時，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，可用的漿材種類較多，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。