化学灌浆技术在雅砻江锦屏二级水电站导流洞工程裂缝处理中的应用

代 启 远， 高 小 玲

(1.四川二滩建设咨询有限公司锦屏二级监理部，四川西昌 615000;2.四川二滩建设咨询有限公司，四川成都 610051)

1 工程概述

雅砻江锦屏二级水电站首部拦河闸坝工程施工导流采用过流围堰、隧洞导流方式。导流洞工程布置在拦河闸坝右岸，进口高程1 625 m，出口高程1 624 m，隧洞全长595.43 m，设计坡比i=0.169%，衬砌后断面为14 m×15 m城门洞型，洞身开挖以Ⅲ、Ⅳ类围岩为主，其中Ⅲ类围岩261 m，Ⅳ类围岩334.43 m，全洞采用0.5 ～0.85 m 厚的C30W8钢筋混凝土衬砌。导流洞在完成施工期导流任务后改建为永久生态流量泄放洞，以维持下游流域的生态平衡。

2 裂缝成因分析

通过对导流洞衬砌混凝土的裂缝进行普查得知，裂缝主要分布在隧洞的边墙、顶拱部位，裂缝宽度大致在0.1～0.5 mm之间，表面常伴有钙质析出物等杂物，普遍存在渗水现象。裂缝走向无规律，有水平裂缝、垂直裂缝、斜向裂缝和交叉裂缝。在综合分析导流洞衬砌混凝土的结构设计、施工环境、地质情况后认为产生裂缝的主要原因如下所述。

2.1 温度应力引起的裂缝

混凝土在浇筑初期，其内部温度因水化热大量释放温升较快，引起混凝土膨胀导致其体积变化也较大，而混凝土表面散热较快，加之低温江水沿岩石裂隙渗流到基岩面，基岩接触面和衬砌表面混凝土温度上升较小，进而引起体积变化也较小，又因局部超挖造成混凝土的衬砌厚度增加而引起衬砌混凝土的内外部温度变化不均匀。以上三种原因叠加使混凝土内外温差较大且不均匀，导致混凝土体积变化不均匀。混凝土内部膨胀变形受基岩接触面和表面混凝土约束，加之早期混凝土抗拉强度较小，从而引发混凝土产生早期温度微裂缝。混凝土硬化后期，由于内部降温导致混凝土产生收缩变形，这时混凝土的抗拉强度虽有提高但远远小于弹性模量的增长，此时，收缩变形受约束时产生的弹性拉应力大于抗拉强度，从而造成早期温度裂缝继续扩展，加之基岩低温渗水的作用进而形成贯穿裂缝导致渗水。

2.2 混凝土收缩变形引起的裂缝

(1)化学收缩。在混凝土硬化过程中水泥发生一系列化学变化，水化生成物体积比反应前物质总体积要小，从而导致混凝土的化学收缩变形(水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降，形成弯月面，产生所谓的自干燥作用，混凝土相对湿度降低，体积减小)。(2)混凝土的干收缩。在混凝土浇筑早期水化反应过程中，水化热带走大量水分，引起凝胶体失水而产生紧缩，同时其表面水分向外蒸发，当蒸发速率大于泌水速率时，引起表面发生收缩;当混凝土因收缩变形产生的拉应力超过其抗拉极限时导致产生裂缝。

2.3 施工引起的裂缝

混凝土在拌和、运输、入仓、振捣、养护等某一环节若控制不当，均有可能降低混凝土质量，使其强度不均匀，从而降低其抗裂能力，引发裂缝。早期混凝土用低温江水养护促使其早期裂缝的形成。另外，混凝土浇筑不连续，间歇时间过长，导致结合面混凝土初凝，形成冷缝。

2.4 渗水引起的裂缝

在导流洞混凝土施工过程中，当围岩有水渗出时，受混凝土的阻挡，形成较高的水压力，或导致水流带走混凝土浆液，或击穿新浇混凝土而形成流水通道，从而形成缝隙或使已有的裂缝进一步发展。

3 裂缝的分类及处理原则

根据裂缝宽度、缝长、缝深，并结合裂缝所在的部位，将裂缝分为以下三类:

Ⅰ类裂缝(浅层裂缝):表面缝宽 δ≤0.2 mm。对Ⅰ类裂缝不做专门处理。

Ⅱ类裂缝:表面缝宽 0.2 mm ＜ δ≤0.35 mm，缝长100～200 cm，缝深不超过结构厚度的1/4。对Ⅱ类裂缝进行表面直接封闭处理。首先对缝面进行清理，去除表面的钙质析出物及其他杂物，然后采用低粘度环氧对裂缝表面进行封闭，待环氧表面干燥后再在缝面涂刷二道环氧增厚涂料，涂刷宽度为15～20 cm，涂刷厚度为1 mm。

Ⅲ类裂缝:表面缝宽δ＞0.35 mm以及表面有渗水的裂缝及缝长大于200 cm、缝深超过结构厚度1/4的裂缝，采用先凿槽封缝，再进行化学灌浆的处理方式。

导流洞工程混凝土裂缝以Ⅲ类裂缝为主，共计60余条，300余m，均进行凿槽封缝化学灌浆处理。利用压力将化学浆液注入混凝土裂缝、结构缝等需要处理的部位，使其充填、胶凝、固结，达到防渗堵漏、补强加固的目的，以满足导流洞混凝土结构耐久性和安全运行的要求。

4 化学灌浆材料的选用及其性能

4.1 灌浆材料

化学灌浆材料的选择原则为:粘度小、强度高、可灌性好、耐久性强。通过择优选择，本工程化学灌浆材料采用长江科学院材料研究所研制生产的CW环氧树脂。CW环氧树脂是一种粘度小、可灌性好、凝固时间可调、操作方便的液态双组份防渗材料，可灌时间达5～10 h。

4.2 封缝材料

封缝材料选用长江科学院材料研究所研制生产的ECH环氧胶泥和堵漏灵砂浆。

ECH环氧胶泥由高分子聚合物活性填充料组成，它不含任何有机溶剂，固化时间为24 h，粘接强度最大可承受1.3 MPa的灌浆压力。ECH胶泥分为ECH－Ⅰ型、ECH－Ⅱ型、ECH－Ⅲ型三种。ECH－Ⅰ型用于贴嘴、ECH－Ⅱ型用于底胶、ECH－Ⅲ型用于面胶。

堵漏灵砂浆是一种高效、速凝、多功能新型粉状无机防水材料，它是以无机高强胶泥为主体、添加多种无机材料和辅助剂制成的一种快速凝结堵水材料。在有流水或涌水的情况下带水堵漏，堵水效果好，止水速度快，能迅速改善混凝土缺陷修补的施工环境，其抗压、抗折、粘结强度、抗渗指标都明显优于普通混凝土的性能，对水工建筑物的防水处理具有其独到的功效，是一种很好的混凝土缺陷修补材料。

5 化学灌浆施工工艺及方法

5.1 化学灌浆施工工艺流程

化学灌浆遵循:裂缝描述→裂缝清理→布孔→贴嘴→封缝→通风检测→配浆→灌浆→灌后处理→工程验收的工艺流程(图1)。

5.2 施工方法

(1)裂缝描述:① 裂缝检查。检查内容包括裂缝位置、形状、走向、缝长、缝宽以及是否有渗水、溶出物等，并绘制裂缝示意图。②填写《混凝土裂缝性状描述表》，并提交监理工程师验收、确认。

(2)裂缝清理:① 磨缝。沿裂缝的两边(每边75 mm的宽度)用角磨机磨去混凝土表面沉淀物等各种有害杂物，探明裂缝走向，以便于注浆嘴的埋设并提高封缝效果。②洗缝。打磨完成后，用压力水沿缝口向缝两边清洗干净，以保证缝口张开，其内无杂物、粉尘等其它影响封缝粘结的杂物，用针挑剔缝口无碎块混凝土和杂物为合格。③采用角磨机将裂缝磨平以后，再采用切割机沿着裂缝走向将其切割成一个5 cm×5 cm的骑缝“U”型槽。④记录填写《混凝土裂缝缝面打磨清理检查表》，并提交监理工程师验收、确认。

(3)布孔:①采用钻孔设备进行钻孔，孔深为50 mm，孔径为32 mm，孔距为30～40 mm。②采用高压冲毛机对钻好的孔进行清洗。

(4)贴嘴:①配制贴嘴胶。将ECH环氧胶泥的A、B两组按比例配合并搅拌均匀。② 贴嘴。采用环氧胶泥贴嘴，将配好的ECH环氧胶泥置于注浆嘴底下，用定位针穿过进浆管，对准孔内缝口插上，然后将注浆嘴压向混凝土表面，用ECH环氧胶泥将注浆嘴固定住，1 min后抽出定位针，应保证定位针不附胶泥。

图1 钻孔、贴嘴布置示意图

(5)封缝:①封缝。用堵漏灵砂浆封缝，封堵宽3 cm左右，厚2 cm左右。②在注浆嘴安装完成3～6 h后(用手触碰不动即可)，在堵漏灵砂外层采用ECH环氧胶泥沿原裂缝左右各40～60 mm宽度刮抹10 mm厚，从而实现对裂缝的全封闭。

(6)通风检测:①封缝完成并养护2 h后，通风检测各孔的贯通情况。检测各注浆嘴与缝面的串通情况，检测缝面封堵是否严实，检测缝的两侧有无串通的毛细裂缝。如检测发现漏风现象，要及时进行处理后才能进行下道工序。②通风检测的方法:通风检测压力为0.2 MPa。关闭所有注浆嘴，留下1号、2号注浆嘴，用1号注浆嘴接上输风管进行送风，同时将2号注浆嘴接上软管并将软管插入水中，观察水中是否有气泡冒出，如有，说明1号、2号注浆嘴是串通的，否则为不串通。如有不通，则要分析情况进行处理，必要时撬开重新清缝、贴嘴、封缝。在检测完1号、2号注浆嘴后，关闭1号注浆嘴，用2号注浆嘴接输风管，打开3号注浆嘴。

用上述方法依次对注浆嘴进行通风检测，在检测各注浆嘴通路的同时，将肥皂水涂抹在封缝材料的上面，肥皂水涂抹宽度要超过封缝材料，观察其有无气泡冒出，如有则进行标识并作处理。

(7)配浆:采用双液电动化学灌浆机，可实现整个配浆过程由灌浆泵自动完成，其浆液的配合比为 A∶B=6∶1。

(8)灌浆:①灌浆原则。自下而上，从一端往另一端(或从两端往中间)，多点同步，依次灌浆。② 灌浆压力。注浆压力为0.4～0.6 MPa。在某一级压力下吃浆量大于0.5 L/min时，不升高压力;但当开灌注浆量为0时压力可直接提升至0.6 MPa。③单嘴灌浆时间。单嘴灌浆时间为8 min/嘴。④灌浆方法。现场具备灌浆条件时，向监理工程师申请准灌证。持准灌证后进行灌浆工序作业。将1号注浆嘴接上进浆管开始灌浆，临孔排水、排气;当灌浆时间没有达到规定时间而邻近的2号注浆嘴或3号注浆嘴甚至4号注浆嘴冒浆时，关闭2号、3号、4号注浆嘴，继续灌浆;当灌浆时间达到规定时间后，接上2号注浆嘴开始灌浆。依此类推，直至接上第5号注浆嘴灌注到规定时间后，拔出1号灌浆嘴的进浆管，同时关闭1号注浆嘴，将进浆管接上6号注浆嘴灌浆，直至最后一个注浆嘴。当最后一个注浆嘴单孔吸浆量趋于零时或连续三个注浆嘴吸浆量小于0.2 L/min时，继续稳压灌注20 min后结束灌浆。

(9)灌后处理:① 凿除超高封堵材料和灌浆管，并用砂轮打磨至与混凝土面平齐为止。②批胶:为保证批胶宽度一致，先用透明胶带粘贴打磨面两侧，然后用调配好的ECH环氧胶泥批涂二遍，第二遍批涂时间以第一遍批涂后不粘手为准，以达到表面平整光滑为标准。最后拆除透明胶带。

(10)质量检查及验收:化学灌浆结束，养护1周后，分段进行钻孔压水检查验收，检查孔孔深10 ～15 cm，采用单点法压水，压力为0.5 MPa，透水率≤0.1 Lu为合格，否则返工处理。通过检查，所有裂缝的透水率均≤0.1 Lu，满足质量标准要求。

6 安全文明施工

在化学灌浆施工过程中，承包人建立了专门的仓库存放化学灌浆材料，仓库通风良好并配备了防火器材。承包人配备专人管理材料，建立了材料领用、退库、回收制度，没有对环境造成污染。施工人员发放了眼罩、口罩、防护手套等防护用具，劳动保护工作到位。

7 结语

雅砻江锦屏二级水电站导流洞衬砌混凝土裂缝经过化学灌浆处理后，渗水现象得到有效控制，外观与混凝土基本一致。通过钻孔压水试验得知，透水率均≤0.1 Lu，施工质量满足设计要求。裂缝化学灌浆不仅起到止水堵漏的效果，而且对薄弱部位结构起到了补强的作用，为导流洞结构和运行安全发挥了积极的作用。