引水隧洞混凝土裂缝化学灌浆加固技术研究

2023-10-30陈海鹏

陕西水利 2023年10期

陈海鹏

（新疆水利发展投资（集团）有限公司,新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

在隧道施工中,由于混凝土衬砌造成的裂缝具有不可逆性。在具有防渗要求的隧道工程中,由于衬砌裂缝的存在,会对混凝土的抗渗性产生一定影响,从而造成钢筋腐蚀、隧道工程主体结构耐久性下降,修复此类工程需要大量的人力、物力、财力,从而延误施工进度。在具有高渗透能力的砂砾石软岩环境中出现混凝土裂缝,会加剧隧道的危险性[1]。新疆某枢纽工程发电引水隧洞工程,隧洞混凝土衬砌后部分洞段存在混凝土裂缝,部分裂缝有渗水现象。为保证工程长久运行,需要对混凝土裂缝进行修复处理。施工前,对引水洞已完成混凝土衬砌洞段裂缝进行排查,依据相关技术规范及设计文件对裂缝进行分类并编制了《混凝土裂缝化学灌浆试验大纲》。

1 工程概况

该工程引水系统采用一洞四级布置形式,其中引水建筑物主要由进水口、压水管道、引水隧洞等构成,对应的引水口与排沙口位于同一个进水塔中,分左右两孔,底板高程1175.00 m,孔口高度13.256 m,每孔净宽5.2 m,发电最大引用流量137.8 m3/s,在进水塔后部两孔合二为一,后部与隧洞的引水口相接[2]。对应的进水口前部位增设一道拦污栅,进水口的后部增设事故检修闸门室,闸孔尺寸6.5 m×6.5 m（宽×高）。进水塔顶部高程为1205 m,平台上布置启闭机房,平台两侧与岸坡公路分别采用7.0 m 宽的交通桥连接。

有压引水隧洞上游接进水口,下游接调压室,洞径6.4 m,设计流速3.05 m/s,钢筋混凝土衬砌。自进口至调压室主要由三条直线段与两条弧线段构成,对应的引水隧洞总长度约为7365.18 m,该标段引水隧洞全长5380 m,混凝土结构设计见表1（洞段为引0+012～引2+500）。

表1 引水隧洞钢筋混凝土施工特性

其中FD 洞0+000～2+500 段混凝土衬砌断面结构见图1。

图1 FD 洞0+000～2+500 段混凝土衬砌断面

隧洞衬砌后半径为3.1 m,设计分块长度12 m,其中Ⅳ、Ⅴ围岩段每仓分缝处设置伸缩缝、沉降缝,围岩突变处设置伸缩缝或沉降缝,缝内填充2 cm 厚聚乙烯高压闭孔板。Ⅱ、Ⅲ类围岩段设施工缝,缝面进行凿毛处理[3]。钢筋混凝土衬砌水平施工缝镀锌钢板设止水带,下游全断面一次浇筑成型。

开挖揭露面围岩情况：岩性为华力西中期花岗闪长岩；地质构造为发育挤压破碎带；岩体结构以镶嵌结构为主,局部碎裂结构；岩体完整性差,地面基本无渗水[4]。目前三仓的底板已经浇筑设计同标号混凝土垫层至结构线,主要在两侧底拱存在超挖。

2 化学灌浆加固施工方案

2.1 引水隧洞混凝土裂缝分类与施工材料选择

为确保现场施工可以达到预期效果,施工前,落实现场排查并描述裂缝,其主要描述内容有：裂缝的位置、数量、裂缝长度、裂缝宽度、裂缝深度、裂缝走向、裂缝发展状况、有无渗水等[5]。为了准确反映裂缝类型及数据,可在施工现场组织技术人员及熟练工人利用电子测缝仪、皮尺、塞尺、角度测量仪等工具准确测量并记录裂缝参数,裂缝排查描述完成后,根据《水工混凝土建筑物修补加固技术规程》分类裂缝[6]。其中裂缝编号原则见图2。

图2 裂缝编号原则

化学灌浆材料选用CH18 潮湿型改性环氧胶,分为A（主液）和B（固化剂）,灌浆材料类型为普通型,固化物力学性能为I 级；胶泥材料选用CH-3A 潮湿型改性环氧灌缝胶（胶泥）。两种材料均为亲水性材料,进场时需要出具对应材料的出厂检测与质量验收报告,进场后对材料自检,要求化学灌浆材料符合《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》（JCT 1041-2007）标准要求；自检合格后进行材料进场报验,批复同意进场使用。

2.2 裂缝清理、布孔、钻孔

清理裂缝包括两个步骤,分别为磨缝与凿槽,磨缝时,利用手工研磨机沿着裂缝抛光,抛光深度为2 mm,抛光后使用高压水洗缝[7]。凿槽时,在骑缝处开“U”形凹槽,槽宽、深度3 cm～5 cm,在此基础上,用清水,风枪清理裂纹、吹净。渗水部位底部预埋注浆嘴,作为前期排水管。

在缝线两侧,沿着裂缝方向设置斜孔,斜孔孔径为27 mm,间距为1 m。采用水磨钻配金刚石钻头钻孔,在距缝20 cm 处开孔,对于未贯穿的裂缝,将过缝位置控制在裂缝底部；对于贯穿裂缝,将过缝位置控制在缝深的中间并靠近基岩部位,过缝后继续钻入5 cm。实际施工时,现场需要结合不同围岩类别的衬砌形式（主要为衬砌厚度）,确定钻孔角度、孔深等具体参数[8]。施工时,主要按照图3 控制钻孔参数。钻孔完成后并及时用压力水洗孔,以此种方式,完成施工中的裂缝清理、布孔、钻孔。

图3 控制钻孔参数

2.3 安装注浆嘴及封槽

在上述内容的基础上,安装注浆喷嘴,对齐喷浆喷头的基座,将喷头压入喷头[9]。为防止孔底与缝线错位,注浆口的出浆口与孔底保持1/3 的深度,即注浆管只有原管的2/3 深度,以防止杂物堵塞注浆管线。

设计“U”形回填,在“U”形的凹槽中,使用一种快速的补强剂,使之与混凝土表面持平。完成上述处理后,对表面进行强化处理。处理前打磨、后清洁表面,使其保持干燥,在缝隙两侧用环氧树脂黏合剂刮擦2 mm 厚（缝隙中央的环氧树脂厚度稍大,两侧稍薄）,以防漏浆。封缝结束后,根据注浆的先后顺序,编号从1#开始,以此类推。在环氧树脂的强度达到要求后,再设计封槽的通风测试。

2.4 通风检测与注浆

在封槽7 天后,环氧树脂的强度就能满足灌浆的需要。此时检查裂缝的通风情况,通风压力为0.09 MPa。

检测过程中,封闭注浆口,保留1#和2#注浆口,用1#注浆口与管道连接,并将2#软管插入肥皂水中,逐个检验[10]。在检查注浆口的时候,将肥皂水涂到密封材料的表面,使其宽度超出密封材料,注意密封区域是否有气泡产生。

在通风时观察：相邻的灌浆孔之间、斜孔与骑缝孔间均串通,管路周围及封槽范围内均无气泡,且裂缝与灌浆管路畅通且封闭可靠。

注浆中,按照 “由低高程向高高程灌注”的原则灌注,同时,以5∶1 的比例将 A（主液）与 B（固化剂）混合。在制浆过程中,采用“少称勤配,分批配浆”的原则,节省浆材的同时,使浆液黏度维持在一个较低的水平,从而改善灌浆的质量。

未经固化剂灌装在密封的塑料容器内,置于干燥、凉爽、通风的地方。在浆液配制、灌浆时,浆液温度控制在5℃～35℃,根据现场实际需要配制,以避免爆浆现象发生。在通风地点配制浆料,并用耐酸碱的手套保护,浆料的贮存和运送都要有合适的密闭措施。

注浆的初始压强为0.2 MPa,最大压强为0.3 MPa。从1#孔的低端起,到2#孔的返浆,然后实施并灌,直到3#孔的返浆和1#孔完全封闭,再实施3#孔的二次注浆,以此类推。

在灌浆过程中,所有的灌浆管都会出现返浆现象。在最大压力下,注浆速度低于0.01 L/min,在此基础上,连续注浆10 min,当注浆压强不降低时,完成灌浆。

混凝土裂缝灌浆所使用的灌浆机为电子单液泵,确保流量和压力可控。灌注时观察裂缝混凝土表面的变化,调整灌浆机的压力,确定灌浆最高压力后开灌。计量采用电子秤称量,浆液配制好后开始灌浆,在灌注过程中随时做好灌浆记录,现场记录要保证及时、准确、可靠。裂缝灌浆完成后表面无渗水,且缝面平整与周边混凝土面平顺衔接,即可证明完成施工。

3 质量验收

按照上文内容,设计针对新疆某枢纽工程发电引水隧洞的加固施工,本次混凝土裂缝化学灌浆试验选取四个试验段,共计8 条裂缝,总长189.6 m；根据现场实际情况,共布置200 个斜孔及757 个骑缝孔,在通风时每条裂缝内的所有灌浆孔全部串通。总注浆量523.36 kg,最大单耗47430.83 kg/m3,最小单耗3002.45 kg/m3；具体灌浆情况见表2（围岩灌浆编号引0+180～引1+327,对应8 个灌浆施工点）。

表2 灌浆施工详情

在此基础上,设计桩号引0+612～引0+624 段的外观质量,在化学灌浆前,混凝土裂缝渗水现象明显,局部渗水呈线状流水。按照本文上述设计的工艺流程对该段展开施工,并落实施工过程中的质量控制措施。灌浆结束后,监测该段混凝土表面渗水情况,发现该段混凝土表面渗水量为0,即无渗水现象,达到对该段混凝土修复效果。

按照规范及设计技术要求,在作业面中存在贯穿性裂缝或深层裂缝的区域,布置压水试验检查孔,结合现场具体情况,桩号引0+612～引0+624 单条裂缝较长,且裂缝多为贯穿渗水。为试验结论提供更加全面、详细、准确数据。在该仓较长裂缝上布置5 个检查孔。利用工程地质钻机和金刚石钻头进行旋转钻进,钻取芯样均按照裂缝编号标记保存。钻孔内清洗干净后,在钻孔内预先埋设注浆管和排水管,孔口采用快速堵漏剂封堵。待堵漏剂强度达标后,开始进行压水试验。压水采取五点法压水试验,观察并记录10 min 累计注入流量,实验结果见表3。