隧洞衬砌裂缝病害修复压力注浆浆液配比试验研究

梁大蕴，梁兴荣

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司,甘肃 兰州 734000）

0 引言

引洮一期工程15#隧洞围岩主要为重粉质壤土、粉质壤土,部分段落渗水较为严重,存在饱水土洞段,施工地质条件极差,施工期局部发生过塌方,初步推测衬砌结构后期受力状态并非十分理想,可能存在偏压或过大山岩外荷载的情况。从裂缝的缝补规律来看,较多的为纵向、点状的分布,纵向裂缝多由于施工浇筑中冷缝产生导致,点状裂缝或为施工中混凝土振捣可能存在不密实的地方和杂物填充所致,使得衬砌存在结构薄弱疏松通道,导致后期出现裂缝及渗水情况。

隧洞漏水较为严重处进行了水样检测,试验结果表明渗水的矿化度1566.50 mg/L,水中SO2-含量 576.94 mg/L,Cl-含量297.78 mg/L,属微咸水,水质差,化学侵蚀程度为强腐蚀。根据国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50496-2008）规定,渗水对普通混凝土具有硫酸盐型一般腐蚀性（V-C级）,对钢筋混凝土结构中钢筋具有弱腐蚀性。

水工隧洞衬砌混凝土裂缝的存在,不仅会影响结构的刚度和完整性,还会降低隧洞的抗渗能力,引起钢筋的锈蚀、混凝土的碳化,影响隧洞的使用,设计结合实际,对衬砌结构裂缝进行治理修复,确保隧洞的长久安全。

1 试验内容

在长期的地下工程的渗漏实践中,工程技术人员总结出了灌（灌浆材料）、嵌（嵌填刚性速凝材料）、抹（抹压防水砂浆）和涂（涂布防水土料）等典型处理工艺。解决隧洞渗漏问题,一般采取灌浆处理。综合分析各种灌浆材料的特点,设计采用在水泥浆液中添加BR型灌浆材料,该种材料可降低浆液的流动性,降低结石体的收缩性,提高结石体的强度。

通过不同浆液配比,开展工程区水泥浆液专题研究,结合本工程原材料和配合比,试验研究原材料配比的影响规律,并提出合理化建议。主要研究内容有：

（1）水灰比对水泥浆液性能的影响；

（2）防水剂掺量对水泥浆液性能的影响：

（3）专用粉掺量对水泥浆液性能的影响；

（4）掺入10%超细水泥灌浆料对水泥浆液性能的影响。

2 试验成果与分析

对试验所用原材料（水泥、灌浆料、防水剂、专用粉、减水剂）进行试验检测,性能指标满足规范要求。比较不同配比浆液的性能,得出适用于本工程的最佳浆液配比。试验用水泥为永登祁连山水泥有限公司生产的42.5 高抗硫酸盐水泥,终凝时间为340 min,28 天抗折强度为7.8 MPa,28 d抗压强度为44.2 MPa；BR型防水剂和专用粉生产厂家为山西建华化工有限公司；减水剂是甘肃唯克隆工程建材有限公司生产的引气高效减水剂,减水率为15.9%。

2.1 水灰比的影响

设计水灰比为2∶1、1∶1、0.7∶1、0.5∶1四种水灰比,BR型防水剂、专用粉和减水剂掺量按推荐最小掺量掺入,水灰比对浆液性能影响见表1。

表1 水灰比对浆液性能影响

从表1和图1可以看出,浆液比重随着水灰比增大而减小,浆液比重与水灰比呈现线性关系；水灰比越大浆液的流动性越大；水灰比≤0.7时,浆液析水率为零,水灰比＞0.7时浆液呈现析水现象；浆液凝结时间与水灰比呈现幂次方增加；水灰比为0.5时浆液粘度较大,不透水系数试件成型不密实,水灰比≥0.7时,不透水系数与水灰比呈现负相关；水灰比越大浆液结石抗压强度越小。从流动度工作性能结合以往灌浆经验可以看出压力注浆浆液水灰比宜为0.7~1。

图1 水灰比对灌浆料性能的影响

2.2 BR型防水剂掺量的影响

选取水灰比为0.7和1研究防水剂掺量对浆液性能的影响。BR型防水剂推荐掺量为水泥用量8%~12%,BR型专用粉掺量为1%,对比水灰比为0.7∶1和1∶1时防水剂掺量对注浆浆液性能的影响。

从表2和图2可以看出,防水剂掺量对浆液工作性能影响较小,防水剂掺量越大,浆液结石抗压强度越低,防水剂的掺量影响浆液中水泥的水化反应。

表2 防水剂掺量对浆液性能影响

图2 防水剂掺量对浆液流动性和抗压强度影响

2.3 BR型专用粉掺量的影响

BR型专用粉推荐掺量为水泥用量1%~3%,BR型防水剂掺量为8%,对比水灰比为0.7∶1和1∶1时专用粉掺量对注浆浆液性能的影响。

从表3 可以看出专用粉掺量越多,浆液流动性越差造成灌浆结石密实度较差,掺量越多结石抗压强度越低,专用粉最佳掺量宜为1%。

表3 专用粉掺量对浆液性能影响

2.4 掺入10%超细水泥灌浆料的影响

对比100%水泥和内掺10%超细水泥灌浆料水泥浆液性能变化。

表4 内掺10%超细水泥灌浆料对浆液性能影响

从表4和图3可以看出,内掺10%超细水泥灌浆料能够改善浆液的工作性能,浆液结石的抗压强度有所提高。超细水泥灌浆料掺配会增加施工成本,再者掺入灌浆料使得材料成本增加较多,综合考虑此工程不适合掺入超细水泥灌浆料。

图3 对比不同胶凝材料对浆液流动性和抗压强度的影响

3 结语及展望

3.1 结语

对隧洞衬砌病害修复压力注浆浆液配比所用原材料、不同BR型防水剂掺量、不同BR型专用粉掺量、不同水灰比和内掺10%超细水泥灌浆料等试验得出以下结论：

（1）掺入BR型防水剂和专用粉可以配制出满足引洮一期供水工程裂缝修复的灌浆堵漏材料。

（2）BR型防水剂和专用粉最佳掺量为8%和1%。

（3）水灰比为0.7∶1和1∶1时,配制的水泥浆液灌浆料工作性能较好,可以满足注浆工作的需要。水灰比为0.7∶1时水泥浆液灌浆料的凝结时间为8 h~11 h；水灰比为1∶1时灌浆料的凝结时间为18 h~22 h,配制的灌浆料凝结时间满足注浆工作需要。

（4）水泥浆液结石强度随着水灰比增大而减小,水灰比为0.7∶1时抗压强度为9 MPa~18.6 MPa；水灰比为1∶1时28 d抗压强度为3.6 MPa~6.2 MPa,注浆料力学性能满足工程需要。

（5）水灰比为0.7∶1和1∶1时水泥浆液结石不透水性系数为0.8 MPa·h~1.8 MPa·h,可以有效预防洞内渗水。

3.2 展望

（1）引洮一期供水工程隧洞处于较高硫酸盐侵蚀环境中,衬砌结构等长时间受硫酸盐侵蚀造成结构损害。裂缝修复应采用高抗硫酸盐水泥或掺外加剂进行灌浆从而保护衬砌结构。

（2）鉴于引洮供水一期工程隧洞所处的特殊环境,建议该工程营运期间定期对混凝土裂缝和强度进行监测,以期及早发现及时处理。