几种砼裂缝处理工艺在小浪底工程中的应用

    [关键词]伸缩缝；温度裂缝；化学灌浆；超细水泥灌浆；灌浆器材；小浪底工程

    小浪底水利枢纽工程泄洪系统由导流洞、排沙洞等诸多洞室组成，每条洞平均1000m左右，最大埋深150m，砼衬砌厚度从0．8～3．0m不等。由于黄河水含沙量大，为满足洞身段抗蚀、抗冲刷的要求，泄洪系统大部分部位均采用了R28＝70MPa的高强度硅粉混凝土。由于硅粉的加入，混凝土的抗冲刷能力明显提高，但其抗拉与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，并且由于混凝土抗压强度高，拌和物中的水泥用量增加，导致混凝土的水化热温升提高，体积变形增加，产生了很多温度裂缝，这些温度裂缝和部分伸缩缝、施工缝在高速水流的冲蚀和地下水压力的双重作用下发生渗漏现象，需按规范要求进行处理。由于小浪底工程的建设由众多国际知名承包商和国内工程局共同承担，这一特点给砼裂缝渗水处理也带来了“国际化”的色彩，使用的材料、设备、工器具不尽相同，处理工艺各有特点。

    l  伸缩缝漏水处理

    1.1 伸缩缝结构

    小浪底工程地下洞室衬砌砼一般6～12m设置一道伸缩缝，由于衬砌厚度较大(特殊部位除外)，缝内设两道止水片。缝宽最大处超过3mm。漏水原因都是因为止水片破损和止水片周围砼缺陷造成的。

    1.2 伸缩缝漏水处理工艺

    1.2.1 嵌填止水条法

    某导流洞部分漏水环向伸缩缝采取了缝面开槽嵌填遇水膨胀橡胶止水材料的工艺，做法为沿环向缝面切割宽5cm、深10cm的方型槽，槽内嵌填5*5cm遇水膨胀橡胶条，表面用c80水泥砂浆进行封闭。橡胶条遇水横向膨胀，达到止水目的。施工完成后，该洞室经过较低水位简短泄流后发现相当部位的c80水泥砂浆嵌填体脱落，止水胶条失效。

    其实，嵌填止水条法处理伸缩缝漏水是比较通行的一种做法，只要外部条件符合，保证各工序施工质量，其止水效果是很理想的，而且工艺过程和使用的工器具相对简单。但本次处理在以下几个方面有欠考虑：(1)该法一般选在迎水面处理，而该洞在处理时缝面有较高压力地下水渗出；(2)塑性嵌填体要防止三面粘结，否则缝的伸缩变形会在密封材料内引起多向应力，拉开密封材料；(3)表面封闭材料和老砼没有足够的粘结强度以适应嵌填体膨胀压力和高速水流冲刷。

    1.2.2  化学灌浆法

    2#3#导流洞环向伸缩缝漏水处理采用了化学灌浆的方法，做法为首先在缝一侧钻斜孔于两道止水片之间过缝，并利用钻孔排水，然后用快硬材料封闭缝面止浆，最后逐孔灌浆。用到的灌浆材料有国内生产的LW与HW混合浆材、YN聚氨酯堵漏剂．和国外生产的TACSS等，这些灌浆材料一般都属于水活性弹性灌浆材料，有如下共性：

    (1)与水(或潮气)反应能形成有弹性的凝胶；

    (2)单组分，使用较方便；

    (3)凝胶反应过程中产生CO：气体，从而进一步推动浆材向内渗透。

    实践证明，这些材料都适合灌伸缩缝，普遍都达到了较好的效果。在灌浆设备方面，也用到了较多类型的化灌泵，有手动隔膜泵、手动柱塞泵、气动泵、电动隔膜泵等，使用这些泵的灌浆效果没有明显的优劣，但使用者总结出以下差异：(1)手动泵轻便、灵巧，不受施工现场电、气动力影响，便于灌浆控制，相对节约浆材。缺点是当吸浆量或要求的灌浆压力较大时劳动强度大：(2)气动泵工作稳定，但稍显笨重，需配备空压机；(3)电动泵一般都用国外进口的，如WAGNER、TAIVER等，优点是较轻便，压力稳定，适合较长时间灌浆，缺点是对施工现场电源质量要求高，需配备稳压设备。

    2  温度裂缝或施工缝处理

    这类裂缝的处理按所灌材料可分两类，第一类是超细水泥灌浆，第二类是化学灌浆。

    2.1 超细水泥灌浆

    2.1.1  灌前缝面处理

    灌前缝面处理的内容包括缝面清洁、粘61占灌浆咀、封缝。灌浆咀是一种底座为30mm*30mm的硬质塑料灌浆咀，最大耐压1．0MPa，卡口式连接。沿缝每隔30cm贴一个，粘贴时注意进浆孔对准裂缝。粘贴灌浆咀和封缝用Sikadur731材料。Sikadur731是一种灰白色双组分环氧类粘结剂，为使涂刷时保证厚度且不流淌，厂家预先添加了合适的填料。使用时只须将A、B两组分按一定比例混合且搅拌均匀即可用抹刀直接刮抹在缝面。Sikadur731性能见表l。

表1  Sikadur731各项力学性能

    2.1.2 超细水泥性能

    按要求，宽度大于0．5mm的无渗水缝先用超细水泥灌浆。使用的名为SikaMikrodurR—U超细水泥细度指标为最大颗粒d<9．5μm，比表面积值>16000cm²/g，可填充宽度大于0．2mm的裂缝。配置浆液使用的水灰比为0．55～0．65，为提高浆液的流动性，掺加了名为Sika Intraplast HE 50减水剂，掺量为1%～2%。其结石28天抗压强度约为60Mpa。

    2.1.3 灌浆器材及工艺流程

    因裂缝分布范围广，为便于移动，提高效率，整套器材的配置体现轻便灵活的特点。超细水泥灌浆所用的灌浆器材见表2：

    (1)制浆桶与搅拌器：用于拌制超细水泥浆液。首先将称量好的水与减水剂混合，然后按规定的水灰比加入水泥，启动搅拌器高速搅拌5min即制成水泥浆液。

    (2)电动轮压式灌浆泵：利用滚轮在软胶管上向一个方向不断地碾压使管中的浆液获得流动的动力。该泵依靠转速来调节流量，最大灌浆压力取决于电机转动力矩和胶管的强度。该泵在工作过程中浆液始终在一个连续密闭的管路中流动，和泵不发生直接接触，减少了浪费，降低了污染。

    (3)限压储浆囊：是一种具有弹性膨胀功能的储浆容器，当灌浆流量大于裂缝的吸浆率时，安装在灌浆咀上的储浆囊膨胀，直至撑圆储浆囊外套的容积限制纸筒，此时泵停止运转，逆止阀阻止储浆囊中的浆液回流，浆液因储浆囊的收缩获得0．3MPa的压力向缝中扩散。当储浆囊体积收缩变小后，启动灌浆泵，储浆囊再次膨胀，如此循环，直至储浆囊不在收缩，该孔即达结束标准。

    超细水泥灌浆工艺流程为：原材料称量→搅拌斗连接灌浆管路→第一遍灌浆至储浆囊满→补灌→结束。管路连接方式见超细水泥灌浆示意图。

    2．2  化学灌浆

    对于砼微细裂缝和经超细水泥灌浆后渗水未完全消除的裂缝采用化学灌浆。化灌材料分不同区域主要使用了香港Sika公司生产的Sikadur752材料、德国CarborTech公司生产的CarborPur材料以及国内施工单位熟习的以糠醛丙酮为稀释体系的EFA低粘度环氧浆材。实践证明，这些材料和相应的灌浆工艺都取得了较好的灌浆效果。

    2.2.1  Sikadur752材料   

    Sikadur752是环氧类双组分灌浆材料，具有强度高、不可燃、不受潮湿环境影响的特点，主要性能指标见表3。

表3  Sikadur752主要性能指标

    2.2.2  CarborPur材料

    德国产CarborPur材料是一种主要用于渗水裂缝处理的灌浆材料，具有高渗透性、低粘度、快速凝固、膨胀性的特点。主要性能指标见表4。

表4  Carborpur材料主要性能指标

    2.2.3  灌浆工艺

    小浪底部分砼裂缝化学灌浆工艺有别于国内通行处理方法。众所周知，砼裂缝化学灌浆通行的工艺流程为：钻孔(骑缝孔或斜孔)呻洗孔→安装灌浆塞→封缝→通气试漏→灌浆，其结束标准一般为：在规定的压力下，持续一定时间不吸浆或吸浆量小于某值，另外还强调封缝的重要性，认为砼裂缝化学灌浆处理必须进行表面嵌缝，即沿裂缝凿V型槽进行表面嵌缝处理，以防压力灌浆时浆液流失，保证裂缝中浆液充填饱满，嵌缝材料一般用环氧胶泥(或砂浆)。而小浪底部分砼裂缝在处理时取消了凿槽封缝的工序，将工序简化为：钻孔(斜孔、孔较深) →洗孔→安装灌浆塞→灌浆，相应结束标准为：在规定的压力下浆液由斜孔灌进，自缝面溢出即可结束。该法认为，砼微细裂缝或用超细水泥灌过的裂缝连通性较差，为使浆液在裂缝中充填饱满，与其凿槽封缝不如多次布孔。至于浆液流失问题，实际上砼微细裂缝实现浆液“由斜孔灌进，自缝面溢出”很不容易，一般需较高压力较长时间灌注才能实现，不存在浆液大量流失问题。取消了凿槽封缝给施工带来的便利是显而易见的，比如减少了对原状砼的破坏、浆液由“斜孔灌进，自缝面溢出”这种结束标准便于现场操作等等。

    3  结  语

    (1)小浪底工程地下洞室衬砌砼伸缩缝漏水处理实践证明，背水面处理伸缩缝漏水时，化学灌浆法效果优于嵌填止水条法。

    (2)轮压式灌浆泵结合限压储浆囊形成的超细水泥灌浆体系轻便灵活，该工艺在处理一般砼温度裂缝方面效率和效果俱佳。

    (3)用化学灌浆法处理微细砼裂缝时，可用的浆材种类较多，只要工艺恰当，都能达到较好的处理效果。

    (4)先进、合理的设备、器材配置是保证砼裂缝处理效果的必要条件。