丙烯酸盐灌注与表面聚脲封堵工艺在南水北调工程中的应用

杨 林 刘存辉 闫翠秋

(1.北京金河水务建设集团有限公司，北京 102206；2.北京金河生态科技有限公司，北京 102206)

混凝土缝内灌注丙烯酸盐浆液后会形成一种柔性的憎水止水材料，其在密闭空间内具有高抗压性和高渗透性。当混凝土出现裂缝渗水时，利用丙烯酸盐的这种特点，对裂缝进行丙烯酸盐浆液灌浆并在表层使用聚脲材料防水，其会形成一种从内至外防水效果较好的屏障。此工艺具有在裂缝处同时抵御内外两侧水压力的作用并不出现渗水情况，适合于大型隧洞内混凝土渗水封堵。

1 工程概况

南水北调东干渠输水隧洞工程，隧洞总长44.7km，内径4.6m，主体采用盾构法施工，复合式衬砌结构，其中一衬为预制钢筋混凝土盾构管片，厚度为300mm，二衬采用现浇钢筋混凝土，厚度为400mm。本工程此段地下承压水水深约28～29m左右，地表高程约32m，隧洞内洞顶高程最高点为20m，最低点为6m，地下水丰富。在停水检修期间发现部分衬砌伸缩缝[1]和衬砌混凝土表面裂缝[2]存在漏水现象。

2 技术原理

根据现场探勘发现的漏水伸缩缝情况，漏水的主要原因是二衬施工时的聚硫密封膏和闭孔泡沫板止水效果欠佳。针对此种情况，本工程采用的处理方式是：剔除原有聚硫密封膏和闭孔泡沫板，拓宽原有伸缩缝，在伸缩缝内砸填油麻形成密实靠背，同时对预埋注浆管采用堵漏灵进行油麻表面封堵处理，在内部紫铜止水与表层堵漏灵之间注丙烯酸盐[3]柔性止水材料形成止水屏障，采用高弹砂浆填平伸缩缝沟槽形成隧洞表层平整基面，最后使用SK手刮聚脲材料封堵表面形成表层防水屏障。

3 施工工艺

施工准备→清除缝内材料→伸缩缝扩宽切割、缝面打磨、界面清洁、干燥→缝内填充油麻→预埋注浆管→堵漏灵封堵→丙烯酸盐胶凝注浆[4]、打压→伸缩缝内两侧打磨→涂刷界面剂和SK手刮聚脲[5]→凹槽高弹砂浆找平→第二次涂刷界面剂和SK手刮聚脲→外黏胎基布→最后一层SK手刮聚脲。

4 施工方法

4.1 伸缩缝内缝面打磨

使用扁铲、铁钩等工具将缝内聚硫密封胶及闭孔泡沫板钩出，深度170cm。保证缝内混凝土表面干净无残留。用手持式角磨机将缝切割成4cm×3cm槽，并对槽内侧磨平；宽度每侧不小于20cm，并在每侧13cm位置设置一道深0.3cm的槽，将打磨完成的混凝土表面进行清洗、干燥。

4.2 伸缩缝内油麻填充

伸缩缝内使用冲击钻砸填油麻，砸填时将油麻分股分别砸填，每段砸填长度5cm，砸填厚度10cm，预留3cm用于使用堵漏灵进行表面封堵，堵漏灵封堵前将油麻表面杂丝清除干净；在砸入油麻过程中分别在5点、10点、12点、2点、7点位置预埋丙烯酸盐注浆管，注浆管长度17cm。

4.3 伸缩缝内壁堵漏灵填充

砸填油麻和注浆管都完成后，伸缩缝内壁填充堵漏灵，填充堵漏灵应采取分段、分人同时填充，保证堵漏灵之间结合质量，堵漏灵填充时用刮铲少量多次填进缝内，最终形成平整表面。

4.4 丙烯酸盐注浆

4.4.1 灌浆工艺

调试丙烯酸盐浆液→灌注7点注浆孔→灌注5点注浆孔→灌注2点、10点注浆孔→补灌7点、5点注浆孔→灌注12点注浆孔并测压→补灌10点、2点注浆孔→12点注浆孔测压→1封孔。

4.4.2 止水原理

双组分丙烯酸盐材料是一种新型堵漏防渗材料[6]，它可以灌入细小混凝土裂缝中，形成高柔性的止水胶体，受压后可以变形填充至细微裂缝中达到阻断渗水通道的效果(见表1、表2)。双组分丙烯酸盐材料可以通过改变A(丙烯酸盐)、B[丙烯酸盐(引发剂)和促进剂]材料及外加剂用量来调节终凝时间，控制扩散半径。

表1 丙烯酸盐灌浆液物理性能

续表

表2 丙烯酸盐灌浆液凝胶后的性能

双组分丙烯酸盐材料采用双液灌浆泵施工，当三种材料相遇后经过一段时间形成一种可压缩的柔性凝胶体，主要适用于有密实支撑的密闭空间内的封堵渗漏水处理。

4.4.3 注浆施工

在缝内填注的堵漏灵达到可施工强度后，采用高压双液灌浆泵对原预留的注浆孔进行丙烯酸盐高压注浆施工。注浆采用分段注浆方式。

首先将5点位置的预留注浆孔作为Ⅰ序孔进行高压灌浆，7点位置的预留注浆孔作为Ⅱ序孔进行高压灌浆，12点位置的预留注浆孔作为Ⅲ序注浆孔和检查孔，10点位置和2点位置的预留注浆孔作为加密孔或检查孔布置，在5点位置孔注浆时，注意观察，浆液从2点位置预留孔自然流出时，停止5点注浆孔注浆施工，至此5点至2点位置间缝内注浆密实完成。

在7点位置孔注浆时，注意观察，浆液从10点位置预留孔自然流出时，停止7点注浆孔注浆施工，至此7点至10点位置间缝内注浆密实完成。

同时对7点和2点位置预留的注浆孔高压注浆，注意观察，浆液从12点位置预留孔自然流出时，停止该两位置注浆孔注浆施工，至此10点至12点位置和2点至12点间缝内注浆密实完成。

然后对5点和7点两个注浆孔进行补灌，保证5点至2点段和7点至10点段灌浆密实；对10点和2点位置两个注浆孔进行补灌，保证10点至12点和2点至12点段灌浆密实。最后对12点位置的注浆孔进行补灌并测定伸缩缝内灌浆压力，伸缩缝内灌浆压力不小于0.45MPa时则该注浆符合设计要求，对该段5个预留注浆孔进行封孔。

4.5 SK手刮聚脲施工

4.5.1 SK手刮聚脲施工方法

待衬砌伸缩缝内填充的堵漏灵强度达到设计要求后，即可进行后续的SK手刮聚脲[7]施工。先对伸缩缝内填充的堵漏灵表面进行磨光、吹扫、清洗、擦干以及烘干。

将伸缩缝内混凝土表面擦干、烘干后即可开始进行第一层SK手刮聚脲施工。刷涂第一层SK手刮聚脲之前需先在混凝土表面涂刷2层潮湿型界面剂[8]。潮湿型界面剂为双组分材料，均现场称重现场混合搅拌，对潮湿型A组分界面剂和潮湿型B组分界面剂两种材料，称重后采用电动搅拌器充分搅拌，搅拌时间不得小于3min，使两种材料充分混合，搅拌料颜色无色差，上下统一。涂刷料制拌完成后应在30min内使用完毕。潮湿型界面剂直接涂刷在混凝土表面上，第一层界面剂会渗透到混凝土细小空隙中去，为保证后期SK手刮聚脲黏结强度，界面剂需涂刷两次。第一次涂刷完成4h后即可进行第二次界面剂施工。涂刷界面剂时先用硬质涂刷将界面剂均匀涂刷在伸缩缝内和伸缩缝两侧指定范围，然后用刮板用力将涂刷均匀的界面剂进行涂刷，使界面剂形成既透明又薄且均匀的一层。待第一层界面剂涂刷完成后4h左右用手触摸第一层，呈“沾手不拉丝”状态时可进行第二道界面剂施工。

4.5.2 SK手刮聚脲界面剂涂刷注意事项

界面剂表面略干时，检查涂刷表面是否有凝结水，如有，需要用洁净的干布擦拭干净才可以进行后续施工。

潮湿型界面剂涂刷时需用力均匀一致，使涂刷表面平顺无凸起，遇到混凝土表面不平顺位置要反复多次涂刷。

伸缩缝槽内涂刷时必须使所有混凝土表面都刷匀，槽内厚度要均匀，不得出现薄厚不均、局部小疙瘩等现象。涂刷厚度不得太薄也不得太厚，太薄经混凝土表面吸渗容易出现空鼓，太厚黏结强度增长慢，影响后续施工进度，且与混凝土黏结强度下降，影响质量。所以涂刷完界面剂后必须采用硬质刮板进行刮薄。

4.5.3 SK手刮聚脲界面质量控制要点

混凝土表面磨光范围要足够宽且露出新鲜混凝土骨料才行。在指定位置切割出一条倒三角形加劲槽，加劲槽整环应平顺，深度统一，方向一致，界面剂和后期SK手刮聚脲涂刷范围应超出加劲槽。

涂刷界面剂重点控制伸缩缝两侧涂刷范围和加劲槽部位涂刷质量，以及两次界面剂涂刷间隔和SK手刮聚脲与第二次界面剂完成后的时间，过早和过晚均不能保证黏结质量。

4.6 高弹性砂浆施工

第一遍SK手刮聚脲施工完后约4h，用手触摸若呈“沾手不拉丝”状态时，立即进行伸缩缝槽内回填高弹性砂浆施工。

高弹性砂浆因施工后砂浆会出现大幅度回弹现象，隧洞顶部位置的砂浆容易掉落，因此在隧洞顶部施工时应分多次施工，每次回填1cm厚左右，最终达到用高弹性砂浆充分填充伸缩缝，使伸缩缝与混凝土衬砌表面形成平顺接触面。

高弹性砂浆是由特殊砂和特制的胶凝状液体混合而成的，高弹性砂浆配合比为胶凝材料 ∶砂=1 ∶3，采用精准电子秤控制配比。因为胶凝状液体黏稠度较大，人工手动搅拌较为吃力，所以二者按照比例混合后采用电动搅拌装置进行搅拌，每次搅拌时间不低于5min，搅拌成品的材料色泽均匀统一。

高弹性砂浆填充施工采用金属扁头铲分层将砂浆塞进伸缩缝内，严格控制单次塞填厚度，太厚容易掉落造成浪费，太薄施工次数增多，影响整体施工进度。第一次施工完成约2h后即可进行第二次塞填施工，整环伸缩缝高弹性砂浆施工至少分3次进行。最终达到填充密实，饱满、表面平整。

4.7 表层聚脲、胎基布施工

高弹性砂浆表层强度达到设计强度后，对整环伸缩缝进行SK手刮聚脲施工和胎基布粘贴施工，在高弹性砂浆表面涂刷潮湿型界面剂2层(施工方法同上)。首层聚脲表面涂刷表层活化剂，然后全环进行1层SK手刮聚脲施工，施工完成后即可粘贴抗拉伸型胎基布1层。粘贴完抗拉伸型胎基布后需等待4h，待胎基布与聚脲充分粘牢且表层强度达到规范要求后再进行后续手刮聚脲封闭，最终达到肉眼看不出胎基布痕迹。

SK手刮聚脲(单组分)开盖后应在3h内用尽，如未用尽，应及时封盖。聚脲施工过程中，混凝土表面或上层作业面不得有水、尘土、杂物。

高弹性砂浆填充成型后即可施工后续手刮聚脲，同时粘贴一层200mm宽的抗拉伸胎基布，胎基布原则上应整环无断接，不可避免必须搭接时，胎基布搭接长度大于15cm。胎基布粘贴要平整无褶皱，褶皱无法避免处可剪开豁口进行重叠粘贴处理。

如果前一层表面有凝结水，在下一遍施工前用干布拭去表面的凝结水，并用层间处理剂涂刷表面，10min后尽快施工，以保证聚层与层之间黏结牢固。聚脲刮层厚度要均匀，向单一方向用力涂刷，一次成型。

聚脲涂刷完成后应为厚度均匀、平整、无流挂、无漏涂、无针孔、无起泡、无异物混入。伸缩缝两侧的手刮聚脲层厚度不小于4mm，检测的最小厚度应不小于设计厚度的90%，即3.6mm，且小于设计厚度的面积比例需在5%以内。

伸缩缝两侧施工范围为：潮湿型界面剂涂刷宽度>第一层聚脲宽度>第二层聚脲宽度=第三、四层聚脲宽度>胎基布宽度。

5 结 语

实践表明，南水北调东干渠输水隧洞工程抢修项目针对渗水伸缩缝封堵施工的工艺流程具有工艺先进、技术创新的特点。施工完成后工程具有质量高、通水安全性高以及封堵止水效果好的优点。丙烯酸盐衬砌伸缩缝灌注与聚脲表面封堵联合施工工艺对于大型输水隧洞及混凝土渗水裂缝的封堵效果较好，具备较高的推广价值。