WPU灌浆技术在新河闸工程裂缝处理中的应用

文永林 边 蕾 赵亚涛

(北京金河水务建设集团有限公司，北京 101100)

1 工程概况

新河闸位于凉水河桩号49+605处，主要由闸室、河道两岸翼墙及上下游连接段组成，其中上游连接段由护底和铺盖两部分组成，下游连接段由消力池、海漫、防冲槽等组成。新河闸为11孔闸，每孔净宽10m，高5m，总净宽为110m，由中间三孔一联闸底板，其余两孔一联闸底板组成，6个中墩，中墩宽1.0m，4个缝墩，缝墩宽为1.6m，2个边墩，边墩上宽1.0m，下宽1.5m，闸墩总高为8.1m，闸底板高程为17.5m。新河闸总宽为124.4m。新河闸工程所用的都是商品混凝土，混凝土等级为C30F150W4，混凝土水胶比为0.43(见表1)。

表1 混凝土施工用量配合比 单位：kg/m3

新河闸闸墩混凝土拆模2天后，在闸墩和翼墙墙身等处开始出现裂缝。发现混凝土裂缝后，委托第三方检测单位以2天一次频率，对新河闸闸墩混凝土采用超声波单面平测法连续检测了5次，检测出5条混凝土裂缝，均为温度裂缝。每条裂缝宽度检测5点，深度检测3点。裂缝平均长度分别为 3.3m、2.8m、2.6m、3.4m、3.0m，平均缝深分别为82.0mm、87.3 mm、94.7mm、71.0mm、90.0mm，平均缝宽分别为0.26mm、0.14mm、0.12mm、0.18mm、0.13mm。

2 裂缝产生的原因分析

通过观察和第三方检测，裂缝仅在接近表层的区域内出现，表层以下结构仍保持完好，这是由于混凝土结构在硬化阶段表层与里层温差较大，使混凝土表层产生的拉应力大于早期抗拉强度引起的温度裂缝。另外，裂缝多为靠近底板的竖向裂缝，是由于先期浇筑的钢筋混凝土底板使后期浇筑的墙体混凝土在水化过程中产生较大的约束应力引起的。

3 材料指标

WPU又名水溶性聚氨酯材料，是一种合成的高分子注浆成型堵漏处理的建筑材料，该建筑材料遇水发生物理化学反应产生弹性胶状固结体，有很好的止水效果(见表2)。

表2 WPU灌浆料技术性能指标

4 施工设备

WPU化学灌浆处理混凝土裂缝主要采用钻孔、注浆两种施工设备。钻孔设备一般为电锤，注浆设备一般为微型电动高压注浆机(型号BL-512)(见图1、图2)。

图1 电锤

图2 微型电动高压注浆机

5 施工工艺

施工工艺流程为：裂缝测量→钻孔埋嘴→洗缝→封缝→灌浆→表面处理→灌浆质量检测。

5.1 裂缝测量

首先采用盒尺测量裂缝长度，再采用裂缝宽度检测仪(见图3)、裂缝深度测试仪(见图4)分别测定裂缝的宽度与深度，并做好记录，最后根据测定的尺寸计算理论灌浆量。

图3 裂缝宽度检测仪

图4 裂缝深度测试仪

5.2 钻孔埋嘴

采用电锤钻斜孔，直径14mm，钻孔角度小于45°，在裂缝两侧交错布置，钻孔中心距离裂缝中心约20cm。左侧布置斜浅孔，穿缝位置为缝深的1/3处，穿缝长度5～10cm。右侧布置斜深孔，穿缝位置为缝深的2/3处，穿缝长度5～10cm。清理钻孔内的灰尘后，立即安装灌浆嘴或止水针头，通过专用内六角扳手拧紧，使灌浆嘴与钻孔之间无空隙，以防漏浆(见图5 、图6)。

图5 裂缝化灌平面布孔

图6 裂缝化灌剖面钻孔

5.3 洗缝与封缝

用高压清洗机或微型电动注浆泵向混凝土灌浆嘴内加入洁净水流，观察流点状况，并把缝内灰尘冲洗清除干净。

首先将洗缝时出现渗水的裂缝表面圈出来，待干燥后，再用环氧腻子刮涂封缝，封缝宽度3～ 4cm，目的是确保灌浆过程中裂缝不漏浆。

5.4 灌浆

灌浆设备选择微型电动高压注浆机(型号BL-512)，灌浆压力0.1～0.3MPa，灌浆从下而上依次进行。在灌浆过程中，灌浆压力先选择较小压力，再逐渐提高，直至灌浆结束。

灌浆结束标准：ⓐ相邻孔出浆后，再保持压力灌浆3～5min，即结束本孔灌浆，改灌相邻孔；ⓑ最后一个孔灌浆结束标准以不吸浆为原则，若出现吸浆率小于0.01L/min情况，再保持压力灌浆不少于10min后，可停止灌浆。灌浆过程中计量准确，并做好详细记录。

5.5 表面处理

灌浆结束稳固后，去除灌浆嘴，采用聚合物水泥砂浆填补抹平，采用角磨机将裂缝表面打磨平整。待裂缝表面打磨平整后，进行表面防碳化处理。

5.6 灌浆质量检测

灌浆质量检验，主要采用目测及无损检测方法。

目测：在裂缝灌浆完成7天后，通过肉眼观察、锤击等方法检测每一条裂缝，裂缝缝面浆液充填应密实、饱满，若锤击声音清脆，无气泡、孔洞，即可证实工程灌浆质量基本合格。

对质量要求较高的混凝土裂缝处理，还应进行无损检测。常用的无损检测方法有频测法、单孔声波法、跨孔声波法及孔内电视(摄像)法等。

6 结 语

WPU浆液遇水后自行扩散、乳化、发泡，并迅速形成不渗漏的弹性胶状固结体，具有优异的延伸性、耐低温性、防渗漏性与止水性能。并且由于WPU浆液的膨胀性好，包水量大，具有优异的亲水性和可灌性，形成的胶结体在水里浸渍后对人体无毒、无害，无环境污染，可用于各类建筑与地下混凝土结构施工中的缝隙、伸缩缝、施工缝、结构裂缝的堵漏处理密封，水利水电施工中的坝体注浆，引水隧洞裂缝堵漏、防渗处理，以及坝体混凝土裂缝的防渗补强。

通过WPU化学灌浆方法的精选、监测数据收集和大数据分析、化学注浆成型方法的调整与实施等技术手段，成功实现了对新河闸闸墩混凝土裂缝的化学灌浆，有效保证了闸墩混凝土的结构安全和使用寿命，为化学灌浆法在水利设施混凝土裂缝修复工作中的应用积累了经验。