水利大坝混凝土裂缝化学灌浆的施工技术

赵斌珠

摘 要：近年来，水利工程施工项目越来越多，项目数量与建设规模不断增长的同时，也出现了越来越多的质量问题，混凝土裂缝就是水利大坝施工中最常见的一种施工缺陷。针对近年来水利大坝混凝土施工中频繁出现的裂缝问题，本文将提出一种新的处理方法--化学灌浆施工，并对该施工技术进行深入剖析，希望为类似工程提供参考。

关键词：水利工程师 混凝土施工 裂缝 化学灌浆

化学灌浆融合了化学与工程学的相关理论知识，在混凝土缺陷处理方面具有诸多优势，是一种保证混凝土施工顺利进行并提高施工质量的新兴技术。化学灌浆的工艺流程比较简单，只需按照化学方法将有机或无机材料配制成溶液，利用特定压送设备将配制好的溶液灌入裂缝内即可，溶液在构件裂缝内会逐渐渗透、扩散直至固化，从而发挥增加构件强度、降低渗透性的作用。为了更加直观具体的阐释化学灌浆施工技术在水利大坝混凝土裂缝处理中的应用效果，本文以某水电站双泄孔施工项目为研究对象，分析化学灌浆的具体应用方法和工程效果。

1.工程概况

某水电站位于黄河干流上，属于一等工程，主坝是混凝土双曲拱坝，高度为245m，宽度为10m，是黄河上游建筑规模最大的水电站大坝之一。该水电站主要承担发电任务，电机装机容量为4200MW。双泄孔是该水电站泄洪冲沙的主体建筑物，进口高程为1045m，23#坝段泄槽边墩混凝土施工过程中出现裂缝，裂缝与坝底水流方向垂直，裂缝长度为7.8m，宽度在0.15mm-0.20mm之间，经声波测试发现裂缝深度在3.0～3.7m之间，而且上部裂缝比较明显，下部裂缝不明显。

2.化学灌浆在水利大坝混凝土裂缝处理中的可行性分析

混凝土裂缝包括干缩裂缝、沉陷裂缝、温度裂缝等几种，造成裂缝的原因包括施工操作、外界环境因素等，分析该水电站23#坝段泄槽边墩混凝土裂缝发现，裂缝基础约束大，主要原因为结构突变及施工养护不及时，加之冬季昼夜温差大，混凝土构件表面的干湿和温度变化较大，这也是造成裂缝产生和持续发展的主要原因。

针对混凝土裂缝问题，目前普遍采用的处理方法有填充法、表面处理法、结构补强法、水泥灌浆法等几种，结合该水利大坝施工项目的工程特点和现场施工环境，在总结以往工程经验的基础上决定采用化学灌浆方法进行处理。化学灌浆中所使用的化学浆液为均相液体，几乎接近水的粘度，可以快速渗入极其细小的裂缝，而且所用化学浆液具有较高的亲水性和固结强度，能够在较短的时间内实现结构加固的目的。对于双曲拱坝这种受力构件，应当采用最安全的裂缝处理方法以保证结构的完整性。鉴于该大坝出现的裂缝情况及工期要求，采用化学灌浆方法可以保证在次年的5月份下闸蓄水，避免影响正常发电。

化学灌浆施工效果受多种因素的影响，其中最主要的影响因素是化学浆液粘度和亲水性，目前所使用的化学浆液粘度与水基本一致，可灌性问题可以忽略不计，因此关键因素是化学浆液的亲水性。在PSI-CW环氧浆材固化剂聚酰胺中加入羟基可以大大提高浆材的亲水性，从而改善其固化性能，此外，由于合成后的混合物能够有效排除残留水分，因此可以有效减少和避免环氧浆材凝固时水分所带来的各种负面影响。

3.化学灌浆施工要点与工艺流程

3. 1施工要点

（1）合理布置灌浆孔

采用化学灌浆方法进行裂缝处理之前，首先要布置好灌浆孔，包括探缝孔、骑缝孔、浅灌浆孔、深灌浆孔这几种（如图1所示）。其中，探缝孔是在正式处理裂缝之前用于确定裂缝深度的孔，裂缝深度不同，所采取的具体处理方法也不同。裂缝深度探测完成后，就需要通过深灌浆孔和浅灌浆孔进行处理。骑缝孔是沿裂缝表面布置的孔，目的在于通过骑缝孔来排除缝隙内的气体，同时兼具屏浆作用。灌浆孔的疏密程度需要根据实际情况合理确定，既不能过于稀疏也不能过于紧密，太稀疏有可能造成漏灌的情况，而过于紧密又会增加工程施工成本。结合现场施工条件确定每一条裂缝不应当布置超过3组灌浆孔，且分别位于裂缝的两端和中间位置。

（2）保证钻孔清洁无污

灌浆孔布置完成后，应当采用高压水流仔细冲洗钻孔内部，并严格遵循自上而下的原则进行全面冲洗，直至回水清澈为止。钻孔清洗完成后还要用高压风去除残留的水分，避免残留的水分对环氧浆材的固化性能产生不良影响。

（3）科学计算环氧浆材配合比

环氧浆材的固化时间与现场试灌需要经过反复试验确定，而且还要结合施工时的温度确定，由于气温较高时化学反应速率更快，因此固化剂也就是B液的所需含量就相对较少，经过综合评估确定A液与B液的配合比应当为5：1。

（4）合理安排灌浆顺序

传统灌浆施工中一般采用分序施工方法，由于化学浆液的固结机理与水泥固结存在本质区别，因此需要重新安排灌浆顺序。如果在化学灌浆中仍然采用分序施工方法，就有可能造成I序施工完成后，II序和III序孔中的水无法正常排出，从而影响浆液的正常灌入，出现灌浆不彻底的情况，这样一来也就无法保证加固效果。

结合类似工程的成功经验，决定在本次化学灌浆施工中采用以下灌浆顺序：低位置灌浆→高位置灌浆，即先灌注低位置的灌浆孔，再灌注高位置的灌浆孔，如果灌浆孔的高度相同，则先灌注深度较深或者中间的灌浆孔。此外，在灌浆过程中还要考虑灌浆孔的连通问题，不论裂缝情况怎样，都要避免采用分序灌浆方法。

3.2工艺流程

化学灌浆的工艺流程可以归纳为：搭设施工平台→布置灌浆孔（探测裂缝深度、钻灌浆孔）→清洁钻孔并进行通气试验→封缝并固定灌浆嘴→压力水清洗和驱水→环氧灌浆→处理表面→现场清理和质检验收。

在以上工艺流程中，探测缝深需要采用超声波进行平测。灌浆孔的布置需要一次完成，以免钻出的粉末将已钻成的缝隙堵塞，所采用的钻孔设备也要尽量选用取芯钻，避免使用风钻等速度较快的钻孔设备。压注水试验中，由于化学灌浆的施工成本较高，因此需要通过压注水试验来确定具体的吸浆量，从而避免出现漏浆的情况。在配制化学浆液的过程中需要严格按照计算好的配合比筛选各原材料，缓慢搅动A液的同时缓慢加入B液，搅拌速度要适当，不能过快也不能过慢，以免凝结时间缩短或者液体不能充分融合。搅拌所用的容器应当清洁无污染，避免使用带有油污或其他杂质的容器作为搅拌器具。此外，每次的拌合量需要按照施工温度、裂缝实际宽度来确定，并将配制好的化学浆液放置在阴凉的环境下保存，避免长时间暴露在高温空气中导致浆液发生物化性质改变。灌浆过程中可将临近的孔作为排水孔，在彻底排除积水后再灌注邻孔，需要注意的是，在灌注邻孔时，之前的孔仍需保持灌浆压力，待间隔孔出浆时再停止第一个孔的灌浆操作。一般来讲，延续灌浆的时间不得短于60min，灌浆压力需维持在0.1-0.3MPa之间。灌浆过程中需要仔细观察是否进浆，直至不吸浆再停止灌注操作。如果吸浆量较大，应当仔细检查是否存在渗漏，如果裂缝存在土埋部分就有可能造成这种情况。

4.结语

本次研究以某水电站23#坝段泄槽边墩混凝土裂缝为研究对象，深入剖析了化学灌浆施工技术在水电站混凝土裂缝处理中的可行性及具体的施工措施，经过为期十个月的化学灌浆施工处理，混凝土裂缝得到全面处理，裂缝检测显示一切正常。本次实践表明，采用化学灌浆施工方法处理水利大坝混凝土裂缝是切实可行的，只要合理的安排施工组织并加强现场管理即可取得满意的处理结果，从而避免混凝土裂缝不良影响的进一步扩大，保证工程施工质量。

参考文献：

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