水利大壩混凝土裂縫化學灌漿的施工技術

趙斌珠

摘 要：近年來，水利工程施工項目越來越多，項目數量與建設規模不斷增長的同時，也出現了越來越多的質量問題，混凝土裂縫就是水利大壩施工中最常見的一種施工缺陷。針對近年來水利大壩混凝土施工中頻繁出現的裂縫問題，本文將提出一種新的處理方法--化學灌漿施工，并對該施工技術進行深入剖析，希望為類似工程提供參考。

關鍵詞：水利工程師 混凝土施工 裂縫 化學灌漿

化學灌漿融合了化學與工程學的相關理論知識，在混凝土缺陷處理方面具有諸多優勢，是一種保證混凝土施工順利進行并提高施工質量的新興技術。化學灌漿的工藝流程比較簡單，只需按照化學方法將有機或無機材料配制成溶液，利用特定壓送設備將配制好的溶液灌入裂縫內即可，溶液在構件裂縫內會逐漸滲透、擴散直至固化，從而發揮增加構件強度、降低滲透性的作用。為了更加直觀具體的闡釋化學灌漿施工技術在水利大壩混凝土裂縫處理中的應用效果，本文以某水電站雙泄孔施工項目為研究對象，分析化學灌漿的具體應用方法和工程效果。

1.工程概況

某水電站位于黃河干流上，屬于一等工程，主壩是混凝土雙曲拱壩，高度為245m，寬度為10m，是黃河上游建筑規模最大的水電站大壩之一。該水電站主要承擔發電任務，電機裝機容量為4200MW。雙泄孔是該水電站泄洪沖沙的主體建筑物，進口高程為1045m，23#壩段泄槽邊墩混凝土施工過程中出現裂縫，裂縫與壩底水流方向垂直，裂縫長度為7.8m，寬度在0.15mm-0.20mm之間，經聲波測試發現裂縫深度在3.0～3.7m之間，而且上部裂縫比較明顯，下部裂縫不明顯。

2.化學灌漿在水利大壩混凝土裂縫處理中的可行性分析

混凝土裂縫包括干縮裂縫、沉陷裂縫、溫度裂縫等幾種，造成裂縫的原因包括施工操作、外界環境因素等，分析該水電站23#壩段泄槽邊墩混凝土裂縫發現，裂縫基礎約束大，主要原因為結構突變及施工養護不及時，加之冬季晝夜溫差大，混凝土構件表面的干濕和溫度變化較大，這也是造成裂縫產生和持續發展的主要原因。

針對混凝土裂縫問題，目前普遍采用的處理方法有填充法、表面處理法、結構補強法、水泥灌漿法等幾種，結合該水利大壩施工項目的工程特點和現場施工環境，在總結以往工程經驗的基礎上決定采用化學灌漿方法進行處理。化學灌漿中所使用的化學漿液為均相液體，幾乎接近水的粘度，可以快速滲入極其細小的裂縫，而且所用化學漿液具有較高的親水性和固結強度，能夠在較短的時間內實現結構加固的目的。對于雙曲拱壩這種受力構件，應當采用最安全的裂縫處理方法以保證結構的完整性。鑒于該大壩出現的裂縫情況及工期要求，采用化學灌漿方法可以保證在次年的5月份下閘蓄水，避免影響正常發電。

化學灌漿施工效果受多種因素的影響，其中最主要的影響因素是化學漿液粘度和親水性，目前所使用的化學漿液粘度與水基本一致，可灌性問題可以忽略不計，因此關鍵因素是化學漿液的親水性。在PSI-CW環氧漿材固化劑聚酰胺中加入羥基可以大大提高漿材的親水性，從而改善其固化性能，此外，由于合成后的混合物能夠有效排除殘留水分，因此可以有效減少和避免環氧漿材凝固時水分所帶來的各種負面影響。

3.化學灌漿施工要點與工藝流程

3. 1施工要點

（1）合理布置灌漿孔

采用化學灌漿方法進行裂縫處理之前，首先要布置好灌漿孔，包括探縫孔、騎縫孔、淺灌漿孔、深灌漿孔這幾種（如圖1所示）。其中，探縫孔是在正式處理裂縫之前用于確定裂縫深度的孔，裂縫深度不同，所采取的具體處理方法也不同。裂縫深度探測完成后，就需要通過深灌漿孔和淺灌漿孔進行處理。騎縫孔是沿裂縫表面布置的孔，目的在于通過騎縫孔來排除縫隙內的氣體，同時兼具屏漿作用。灌漿孔的疏密程度需要根據實際情況合理確定，既不能過于稀疏也不能過于緊密，太稀疏有可能造成漏灌的情況，而過于緊密又會增加工程施工成本。結合現場施工條件確定每一條裂縫不應當布置超過3組灌漿孔，且分別位于裂縫的兩端和中間位置。

（2）保證鉆孔清潔無污

灌漿孔布置完成后，應當采用高壓水流仔細沖洗鉆孔內部，并嚴格遵循自上而下的原則進行全面沖洗，直至回水清澈為止。鉆孔清洗完成后還要用高壓風去除殘留的水分，避免殘留的水分對環氧漿材的固化性能產生不良影響。

（3）科學計算環氧漿材配合比

環氧漿材的固化時間與現場試灌需要經過反復試驗確定，而且還要結合施工時的溫度確定，由于氣溫較高時化學反應速率更快，因此固化劑也就是B液的所需含量就相對較少，經過綜合評估確定A液與B液的配合比應當為5：1。

（4）合理安排灌漿順序

傳統灌漿施工中一般采用分序施工方法，由于化學漿液的固結機理與水泥固結存在本質區別，因此需要重新安排灌漿順序。如果在化學灌漿中仍然采用分序施工方法，就有可能造成I序施工完成后，II序和III序孔中的水無法正常排出，從而影響漿液的正常灌入，出現灌漿不徹底的情況，這樣一來也就無法保證加固效果。

結合類似工程的成功經驗，決定在本次化學灌漿施工中采用以下灌漿順序：低位置灌漿→高位置灌漿，即先灌注低位置的灌漿孔，再灌注高位置的灌漿孔，如果灌漿孔的高度相同，則先灌注深度較深或者中間的灌漿孔。此外，在灌漿過程中還要考慮灌漿孔的連通問題，不論裂縫情況怎樣，都要避免采用分序灌漿方法。

3.2工藝流程

化學灌漿的工藝流程可以歸納為：搭設施工平臺→布置灌漿孔（探測裂縫深度、鉆灌漿孔）→清潔鉆孔并進行通氣試驗→封縫并固定灌漿嘴→壓力水清洗和驅水→環氧灌漿→處理表面→現場清理和質檢驗收。

在以上工藝流程中，探測縫深需要采用超聲波進行平測。灌漿孔的布置需要一次完成，以免鉆出的粉末將已鉆成的縫隙堵塞，所采用的鉆孔設備也要盡量選用取芯鉆，避免使用風鉆等速度較快的鉆孔設備。壓注水試驗中，由于化學灌漿的施工成本較高，因此需要通過壓注水試驗來確定具體的吸漿量，從而避免出現漏漿的情況。在配制化學漿液的過程中需要嚴格按照計算好的配合比篩選各原材料，緩慢攪動A液的同時緩慢加入B液，攪拌速度要適當，不能過快也不能過慢，以免凝結時間縮短或者液體不能充分融合。攪拌所用的容器應當清潔無污染，避免使用帶有油污或其他雜質的容器作為攪拌器具。此外，每次的拌合量需要按照施工溫度、裂縫實際寬度來確定，并將配制好的化學漿液放置在陰涼的環境下保存，避免長時間暴露在高溫空氣中導致漿液發生物化性質改變。灌漿過程中可將臨近的孔作為排水孔，在徹底排除積水后再灌注鄰孔，需要注意的是，在灌注鄰孔時，之前的孔仍需保持灌漿壓力，待間隔孔出漿時再停止第一個孔的灌漿操作。一般來講，延續灌漿的時間不得短于60min，灌漿壓力需維持在0.1-0.3MPa之間。灌漿過程中需要仔細觀察是否進漿，直至不吸漿再停止灌注操作。如果吸漿量較大，應當仔細檢查是否存在滲漏，如果裂縫存在土埋部分就有可能造成這種情況。

4.結語

本次研究以某水電站23#壩段泄槽邊墩混凝土裂縫為研究對象，深入剖析了化學灌漿施工技術在水電站混凝土裂縫處理中的可行性及具體的施工措施，經過為期十個月的化學灌漿施工處理，混凝土裂縫得到全面處理，裂縫檢測顯示一切正常。本次實踐表明，采用化學灌漿施工方法處理水利大壩混凝土裂縫是切實可行的，只要合理的安排施工組織并加強現場管理即可取得滿意的處理結果，從而避免混凝土裂縫不良影響的進一步擴大，保證工程施工質量。

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