化學灌漿法在南水北調工程混凝土渠道倒虹吸管身裂縫處理中的應用

毛敏飛

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概述

南水北調中線一期工程葉縣段府君廟河渠道倒虹吸地處河南省平頂山市葉縣段境內府君廟河道上，承擔著總干渠渠道輸水任務。府君廟河渠道倒虹吸管身段每節混凝土分兩層施工，分倉高度2.75 m，先澆筑底板及掖角部分，后澆筑側墻和頂板部分，混凝土施工自2011年11月份開始，至2012年12月30日結束。渠道樁號207+337～207+688段，為雙聯四孔鋼筋混凝土箱涵結構，外輪廓尺寸9.5 m×35.2 m，過水斷面尺寸6.9 m×6.9 m×4(高×寬×孔數)，中墻厚1.2 m，邊墻厚1.3 m，底板和頂板厚度均為1.3 m，管身段主體結構混凝土標號C30W6F150，現澆成型。設計流量320m3/s，加大設計流量380m3/s。

觀測統計發現，多數裂縫出現在施工拆模期，在管節側墻呈規律性豎向分布，位于管節側墻的1/2至1/4高度。后經鑿縫采用WYSK-40X型40倍帶光源讀數顯微鏡配合檢查裂縫，不同時段檢測裂縫沒有明顯變化，均未發現裂縫滲水，綜合顯示裂縫為非貫穿性淺層裂縫。為保證工程整體質量，在混凝土倒虹吸管缺陷位置的修補應選用保證力學性能優越且水工特性良好的修補方式，而化學灌漿法具有固化時間短、滲透能力強和較高粘結強度等特點，在本工程缺陷處理中得到了應用。

2 化學砂漿的選擇

2.1 化學砂漿

化學灌漿法是使用化學漿材對混凝土缺陷處理的一種新技術手段[1]。化學灌漿以化學聚合物為主劑，無毒、高韌性且便于施工，是一種新型混凝土建筑物修補材料，屬于水泥基修補材料，施工與普通水泥砂漿相似，可人工涂抹注漿，施工工藝簡單，但與普通水泥相比更易操作和控制施工質量，并適合潮濕面粘結，與基礎混凝土溫度適應性好。化學砂漿使用壽命與普通水泥砂漿幾乎相同，具有優異的粘結、抗裂、防水、防氯離子滲透、耐磨、耐老化等性能[2]。因此在本次缺陷處理中得到廣泛應用。現階段工程主流的化學砂漿有丙乳砂漿，CW環氧樹脂砂漿，CW改性環氧樹脂砂漿等。

2.2 化學砂漿的選擇

由于化學砂漿的特殊性，化學砂漿的使用不僅能夠減少施工用水量，而且由于聚合物在水泥水化時失水形成聚合物膜，與水泥漿體呈連續相，改善了硬化水泥砂漿的物理組織結構與結構內應力，大大減少了微裂縫出現的可能性。同時聚合物纖維越過裂縫，起到了填充與連接作用，限制了裂縫的蔓延，填充了裂縫，阻斷了內部結構與外界的通道，從而使化學砂漿粘結強度、抗裂性、抗碳化、抗滲性、抗氯離子滲透能力均得到了顯著的提高[3]。

根據實際實際工程經驗，本次以普通水泥砂漿，丙乳水泥砂漿和CW改性環氧樹脂砂漿做對比試驗。試驗試件的灰砂比為1∶1，丙乳摻量為30%。CW改性環氧樹脂化學灌漿材料雙組份A∶B=5∶1。試件放入養護室28 d后檢測力學性能結果見表1。

表1 普通砂漿、丙乳水泥砂漿與CW系環氧樹脂砂漿性能檢測結果

根據力學試驗數據可知兩種化學砂漿的極限延伸率均高于普通砂漿，且有較小的收縮變形率。雖然丙乳水泥砂漿的抗拉強度優于普通砂漿，但抗壓強度略低于普通砂漿。而CW系改性環氧樹脂砂漿各項指標均優于丙乳水泥砂漿，且CW系改性環氧樹脂砂漿具有良好的流動性和浸透性，能夠自發的向縫隙方向流動。因此本缺陷修復工程選用CW系改性環氧樹脂砂漿作為縫隙修補劑，對縫隙進行修補。

3 化學灌漿法的工程應用

在工程中，觀測統計發現，多數裂縫出現在施工拆模期，在管節側墻呈規律性豎向分布，位于管節側墻的1/2～1/4高度。后經鑿縫采用WYSK-40X型40倍帶光源讀數顯微鏡配合檢查裂縫，縫長0.9 m～4.0 m，縫寬0.08 mm～0.4 mm，縫深1.0 cm～3.9 cm（鋼筋保護層8 cm），不同時段檢測裂縫沒有明顯變化，以及經過汛期強降雨造成基坑積水深度約7.0 m，均未發現裂縫滲水，綜合顯示裂縫為非貫穿性淺層裂縫。則使用化學灌漿法對其缺陷進行修補。

在修補過程中由于縫口封閉需要，首先對裂縫兩側的混凝土，以縫為中線，用角磨機進行拋磨處理，打磨寬度15 cm～20 cm，打磨深度為1.5 cm～2 cm，至露出新鮮混凝土面。對裂縫兩側表面打磨、沖洗干凈、晾干后，即可對裂縫縫口進行封閉[4]。用手持角磨機沿裂縫縫口切割10 cm左右深切口，然后對裂縫兩側各3 cm的范圍采用的環氧膠泥（與混凝土同色）進行多層涂刮，涂刮時用環氧膠泥將裂縫切口內填充密實，以確保縫口密封嚴實，保證灌漿效果。環氧膠泥要求嚴格按照比例進行配置。裂縫深度穿過側墻則需要在側墻兩側進行封閉，外側墻裂縫已用裂縫封閉膏封閉。布注漿孔孔距為25 cm～30 cm、孔徑2.7 cm～3.0 cm，孔深不少于5.0 cm。采用取芯鉆造孔，見圖1。

圖1 騎縫鉆孔布置圖

化學砂漿材料選用CW雙組份改性環氧灌漿材料，A液為改性環氧樹脂，B液為固化劑，配比按廠家提供的配比操作，A∶B=5∶1。在混凝土表面縱向面豎向裂縫從低處向高處進行灌漿，從最底部一個灌漿嘴開始，自下而上逐嘴上移灌注。隨著灌漿過程的進展，漿液在縫隙內逐步向縱深、向上充填，當最后一灌漿材從漿嘴出漿時，表明漿液基本將縫隙充填飽滿，此時將頂部的灌漿孔接上輸漿管。灌漿壓力控制在0.2 MPa～0.3 MPa繼續灌漿，直至灌漿壓力達到限壓標準，穩壓5 min停止灌漿[5]。待漿液凝固后，切除注漿嘴，用角磨機打磨，使表面平整光滑，用高壓水沖洗表面，烘干，涂刷一層滲透型水泥基涂料，寬20 cm，厚0.2 cm。

在灌漿結束7天后，在裂縫表面鉆騎縫孔取芯檢查灌漿質量[6]。鉆孔直徑為φ60 mm，由于側墻混凝土內有結構鋼筋，鋼筋保護層厚度為8 cm（按照規范要求，保護層厚度不大于12 cm），鉆孔取芯的深度控制在10 cm以內，用鋼筋掃描儀掃出鋼筋位置，盡量不損傷結構鋼筋。經鉆芯取樣檢查，芯樣視檢漿液填充飽滿，并做滲透試驗，所有芯樣均不滲水，說明縫隙修補后整體抗滲性能良好。鉆孔取芯檢查完成后采用環氧補砂漿回填取芯孔，取芯孔回填至與側墻表面混凝土平齊。

4 結語

此次南水北調中線工程葉縣段府君廟河渠道倒虹吸裂縫修復工程中的裂縫位于管節側墻的1/2～1/4高度，縫長0.9 m～4.0 m，縫寬0.08 mm～0.4 mm，縫深 1.0 cm～3.9 cm，共有 7條縱向裂縫，且為非貫穿性裂縫。此次修復工程已于2013年9月全部處理完成，處理效果良好，達到了預期效果。于2014年5月8日通過國務院南水北調辦公室通水驗收。

本次修補工程，通過對幾種化學砂漿與普通砂漿的力學性能綜合比較，最終選擇CW系改性環氧樹脂砂漿為此次修補工程的修補劑，對府君廟河渠道倒虹吸裂縫進行修復。成功的解決了灌漿材料對混凝土裂縫的修復問題，本次修復工程為化學灌漿法在水利設施混凝土裂縫修復工作中的應用提供參考。