大坝垫层混凝土裂缝化学灌浆施工技术及工艺方案——以皂市水利枢纽工程为例

湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司 贺小近

大坝垫层混凝土裂缝化学灌浆施工技术及工艺方案
——以皂市水利枢纽工程为例

湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司 贺小近

一、工程概述

皂市水利枢纽工程是国家重点工程，是澧水流域骨干防洪工程之一，拦河大坝为碾压混凝土重力坝，坝轴线长351 m，共分为18个坝段，坝顶高程148 m，河床建基面高程60 m，最大坝高88 m。大坝碾压混凝土垫层在浇筑完毕后，先后在各个坝段发现横向裂缝。为保证大坝施工质量，需对大坝垫层混凝土进行化学灌浆处理。施工前应进行化学灌浆现场试验，验证化学灌浆材料选择、配比及设备配置设计的合理性，以确定合理的施工工艺和参数，指导施工。

二、化学灌浆试验材料选择、配比及设备配置

1.化学灌浆实验材料的选用。环氧灌浆材料主要成分为环氧树脂（主剂）、水下固化剂、反应型稀释剂和表面活性剂等。

2.化学灌浆试验浆材配比及其性能。根据化学灌浆试验现场情况，选用3种配比的环氧浆材，3种配比及其浆材性能试验成果分别见表1和表2。

表 1 化灌试验浆材配比（质量分数）

表 2 试验配比浆材性能（20℃）

3.制浆工艺。预先将环氧树脂A和稀释剂C按配比互溶搅拌均匀制成基液。灌浆过程中，根据灌浆需求量，将固化剂B缓慢注入基液，边注入边搅拌，控制注入速度以保持浆液温度在30℃以下，同时加入表面活性剂混合均匀，放入储浆桶，通过自动化灌浆泵进行灌注。浆液配制采用分批配制，随用随配，以保持浆液的低黏度，提高灌浆质量，节约浆材。

4.化学灌浆设备配置。见表3。

三、生产性试验施工工艺

1.试验目的。

（1）了解混凝土经过化学灌浆后，开裂混凝土的物理力学性状的可提高程度。

表 3 化学灌浆设备配备

（2）验证灌浆工艺，详细了解垫层的可灌性以及各项灌浆参数。

（3）通过试验对混凝土性状、可灌性、波速变化、透水性及力学强度的改变等进行分析，论证混凝土化学灌浆的可行性，为优化设计、简化施工和降低工程造价提供依据。

2.试验区域的选择。试验区域选择在裂缝宽度较大，处理难度较大的12坝段进行，挑选原透水率较大且裂缝密集的区域作为化学灌浆试验区。试验孔孔距1.0 m，孔深1.0 m，垂直钻孔。化学灌浆试验区实际孔位布置与裂隙相对位置见图1。

图 1 化学灌浆试验布置孔

3.试验施工顺序。试验分二序施工，先施工1序1#和2#孔，再施工2序3#孔。试验孔施工完毕24 h后进行检查孔钻孔取芯、压水试验。

4.环氧浆材灌浆试验施工。环氧浆材灌浆试验施工采用孔口封闭填压式灌浆的施工工艺，采用置换和压力封孔法进行灌浆封孔。化学灌浆孔孔距1.0 m，孔径Ф35 mm。试验段长控制标准为1.0 m（试验段在垫层混凝土内），灌浆最高压力为0.2 MPa。当吸浆量小于10 mL/min后，屏浆4 h即可结束灌浆。灌浆结束后，再保持压力闭浆，进行孔口封闭待凝。

四、施工方法及施工技术要求

1.化学灌浆布置。根据施工单位裂缝现场调查情况，混凝土垫层裂缝基本为贯穿性裂缝，裂缝垂直深度从0.5～1.5 m不等，裂缝基本垂直，部分裂缝偏角在15°左右。本次化学灌浆所有裂缝均采用通缝灌注，化学灌浆孔孔距1.0 m，孔深1.0 m，钻孔垂直，部分有偏角的裂缝钻孔角度为75°。

2.灌前钻孔。化学灌浆孔孔径为Ф35 mm，灌浆孔采用手持式风钻钻进，试验孔及检查孔采用金刚石钻头回转取芯钻进。所有试验孔及检查孔进行全孔取芯，并进行取芯描述；所有灌浆孔在各段钻孔结束后均进行钻孔冲洗。

3.压水。化学灌浆孔段灌前进行20 min简易压水，简易压水可结合钻孔裂隙冲洗进行。压水方法采用单点法，压水压力一律为0.15 MPa，压水采用孔内阻塞器压水。化学灌浆灌前只做简单压水，用以验证孔口封闭效果及初估配浆量。

4.压力封孔。灌浆结束后，采用置换和压力封孔法灌浆封孔，封孔浆液采用水灰比0.5:1改性水泥浆，封孔压力为0.2 MPa。

5.化学灌浆。化学灌浆孔施工采用孔口封闭。化学灌浆施工前进行钻孔冲洗及简易压水试验（压水20 min），确定渗漏量（Q）、封闭阻塞效果及预估灌浆量。

（1）为保证化学灌浆质量，在化学裂缝灌浆前，在裂缝与坝段分缝处用钻机钻孔到砼与基岩接触面，灌注水泥砂浆，将裂缝两端封闭。

（2）分批配制浆液。

（3）灌浆泵和灌浆孔口处安设压力表。压力表与管路之间装设隔浆装置，以防浆液进入压力表。

（4）所有灌浆设备注意维修保养，并有配用件，以避免因灌浆设备发生故障而导致中断灌浆的质量事故的发生。

（5）灌浆开始时，由于环氧树脂浆液具有憎水性，且密度比水大，故采取纯压式灌注。

（6）灌浆开始时关闭孔口回浆阀门。在灌浆过程中根据灌浆需要，由施工技术员确定打开孔口回浆阀，排水（气）。压力逐步升至设计压力。正常情况下，灌注作业连续进行，以利充填密实和节约浆材。

（7）射浆管采用塑料管，射浆管头部加工成长约50 cm的花管。灌浆过程中，射浆管插入到孔底，同时保持吸浆管口置于盛浆设备液面以下，以免灌浆时吸入空气。

（8）灌浆结束标准。若注入率小于0.01 L/min的浆量已经灌完，即可结束灌浆。结束后分两个阶段待凝，第一阶段为有压待凝，即以灌浆结束时的压力开始屏浆；第二阶段为无压待凝，即取出灌浆管和阻塞器后，进行无压待凝。

6.表面裂缝处理。采用风镐配合人工沿裂缝对称凿宽20 cm、深5 cm的U型槽，并注意不破坏整体砼。U型槽首先用高压水冲洗，然后用高压风吹净槽内积水，再用干棉纱擦干。在槽内连续嵌填适量蓬松麻丝，并注意不要堵塞预留的灌浆管口，然后用环氧砂浆回填封缝。

五、灌浆过程中一些特殊情况处理方法

1.灌浆过程中，对于相邻的钻孔进行观测，如发现有串浆现象，应及时降压观察分析原因，并采取相应的处理措施。

2.灌浆过程中，如吸浆量较大，且长时间内不减少，超出受灌范围，可采取降低灌浆压力、缩短浆液凝固时间、增大浆液黏度、使用间歇灌浆或定量灌浆等方法处理。

3.灌浆过程中，如浆液温升过高（化学浆液超过30℃），出现暴聚征兆，应立即调换新浆，必要时，采取冲洗设备和管路，然后再继续灌浆作业的施工措施。

4.配比1浆液配制后超过8 h，配比2，3浆液配制后超过10 h，将未灌入的浆材废弃或根据浆液黏度增长的情况用于其他孔的孔容置换。

六、灌浆质量控制

1.质量保证措施。化学灌浆施工全过程中，要严格执行相关行业规程规范的设计要求和招标文件的技术要求，按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》中的施工程序和操作规程进行施工，不断完善施工工艺，优化灌浆参数，确保灌浆施工质量，为指导下步灌浆施工提供可靠依据。具体措施如下。

（1）施工准备工作的质量保证措施。钻孔放样严格按设计进行实地放样，进行裂缝校测，根据测量放样确定孔位。

（2）钻孔施工过程的质量保证措施。钻孔施工前按照钻孔任务书准备相应的钻探器具、钻探记录班报表等工具；钻孔按照规范要求进行，要求稳固、水平、各部连接紧密。开孔前应再一次校核孔位，严格按照钻孔施工程序进行钻孔施工。

（3）灌浆施工质量保证措施。配备相应的灌浆设备和器具，并且在开灌前进行灌浆设备检查，对不能正常满足灌浆要求的设备和器具进行维修。灌浆前先按规范要求进行钻孔冲洗，保证钻孔冲洗干净，按规范要求进行简易压水试验。灌浆施工严格按分序逐渐加密的原则进行，采取孔内循环的灌浆方法。采用符合要求的灌浆材料，并进行使用前的质量检验，不合格材料坚决不用于灌浆工程。在各储浆桶点配备足够数量的比重计，保证浆液稳定与均匀性。

（4）灌浆施工技术保证措施。灌浆试验采用灌浆压水自动记录仪进行在线监控和记录，保证施工质量；灌浆施工中执行“三检制”，即钻孔、压水、灌浆及检查孔施工的各工序施工过程中，灌浆机组成员首先进行自检，然后灌浆队施工员进行复检，最后工区施工员进行终检，并请监理工程师进行检查验收。

（5）灌浆施工还应注意环境保护，合理排放污水、废液。

2.质量检测措施。为探索优化灌浆工艺，确定合理的灌浆参数，保证工程质量，灌浆试验施工结束后，应进行灌浆质量检查。化学灌浆质量检查以钻孔压水试验检查成果为主，并结合钻孔取芯情况等资料进行综合评定。质量检查压水试验采用单点法，压水试验压力为固结灌浆的80%。化学灌浆质量检查合格标准按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》要求执行。

七、资料整理及提交

化学灌浆结束后，根据设计要求和试验目的，及时整理灌浆试验成果，分析砼裂缝的可灌性，总结优化浆液配比、灌浆压力、灌浆工艺及特殊工程问题的处理措施。并提交相关灌浆成果资料，成果资料包括化学灌浆试验报告、钻孔和灌浆施工班报记录以及化学灌浆成果表。

八、结论

混凝土经过化学灌浆后，对裂缝部位混凝土进行取样试验，试验结果表明，开裂混凝土的裂缝得到了填充，混凝土物理力学性能得到了提高，胶结强度达到了设计要求。该处理方法不仅对其他工程混凝土裂缝的处理具有借鉴意义，同时对基岩裂缝的处理，对混凝土低强、松散等缺陷的处理同样具有借鉴意义。