混凝土坝体裂缝化学灌浆处理及效果分析.pdf

水 力 发 电 第3 6 卷第5 期 2 0 1 0年5月 混凝士坝体裂缝化学灌浆 处理及效果分析 曹 海 ，刘 涛 ，夏世 法 ( 1 新疆额 尔齐斯 河流域 开发工 程建设 管理局 ，新疆乌鲁木 齐8 3 0 0 0 0 ； 2 新疆水利 水 电勘 测设 计研 究院 ，新疆乌鲁 木齐8 3 0 0 0 0 ； 3 中国水利水 电科 学研 究院 ，北 京 1 0 0 0 3 8 ) 摘要 ：新疆某水利枢纽工程碾压混凝土重力坝坝体裂缝采用高压无气灌浆技术 ( 无需封缝 )进行处理。通过对各 种灌浆材料的比对分析 ，确定采用 I l K G 一 2 低 密度环氧灌浆材料 ，选用丙乳砂浆作为裂缝表面封堵及 封孔材料 。灌 浆效果分析表明，达到了预期 目的。该处理方法对于混凝土裂缝处理具有一定的借鉴意义。 关键词 ：裂缝处理 ；灌浆材料 ；效果分析 ；混凝土坝 P r o c e s s i n g a n d An a l y s i s o f Ch e mi c a l Gr o u t i n g f o r Cr a c k o f Co n c r e t e Da m Ca o Ha i ，L i u Ta o ，Xi a S hi f a ( 1 X i n j i a n g A d mi n i s t r a t i o n B u r e a u f o r t h e D e v e l o p me n t a n d E n g i n e e r i n g o f E r t i x R i v e r B a s i n ， U r u mq i X i n j i a n g 8 3 0 0 0 0 ； 2 X i n j i a n g I n v e s t i g a t i o n ， D e s i g n&R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r ， U r u m q i X i n j i a n g 8 3 0 0 0 0 ； 3 C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r R e s e a r c h ， B e ij i n g 1 0 0 0 3 8 ) A b s t r a c t ： T h e c r a c k s i n a r o l l e r c o m p a c t e d c o n c r e t e g r a v i t y d a m i n X i n j i a n g w a s t r e a t e d w i t h h i 曲- p r e s s u r e n o - a i r g r o u t i n g t e c h n o l o g y a n d d i d n o t n e e d s e a l i n g T h e HK G- 2 l o w d e n s i t y e p o x y wa s c h o s e n a s g r o u t i n g ma t e r i a l ，a n d a c r y l i c e mu l s i o n mo r t a r a s s u r f a c e a n d f i l l i n g h o l e s s e a l i n g ma t e ri a 1 T h e e f f e c t a n a l y s i s s h o w s t h a t t h e g r o u t i n g me e t s t h e r e q u i r e me n t s Th e p r o c e s s i n g a n d t e c h n o l o g y o f g r o u t i n g C a n b e a s r e f e r e n c e f o r s i mi l a r p r o j e c t Ke y W o r d s ： c r a c k p r o c e s s i n g ； gro u t i n g ma t e ri a l ； e f f e c t a n a l y s i s ； c o n c r e t e d a m 中图分类号 ： T V 5 4 3 2 ； T V 6 4 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 4 4 0 3 1 问题的提出 新 疆 某 水 利 枢 纽 工 程 碾 压 混 凝 土 重 力 坝 在 大 坝 盖 重 混 凝 土( 厚 3 5 m)施 工 中 ， 主 河 床 2 9、3 0号 坝 段 出 现 了 5条 不 同 程 度 的 竖 向 和 水 平 向 裂 缝 。 裂 缝 最 大 长 度 1 8 6 m，最 大 宽 度 2 mm，经 现 场 检 查 判 断 为 贯 穿 性 裂 缝 ， 竖 向 和 水 平 向 裂 缝 均 贯 穿 大 坝 上 游二 级配 防渗 区 。裂缝 产 生部 位 的工 程地 质 条件 较 差 基 岩 富 含 黄 铁 矿 成 分 ，且 岩 性 较 为 破 碎 ，渗 透 水较 丰 富。 裂缝 产生 的 主要 原 因是 由于该 灌浆 区域 发育有 多 组缓 倾 角构 造 裂 隙 ，灌 浆 过程 中有 多孔 发 生 串孔 串 浆现 象 ，且 同 时进行 灌 浆作 业 产生 压 力集 中 ，造 成 岩 石 和 混 凝 土 抬 动 。 裂 缝 的 产 生 对 坝 体 结 构 安 全 性 危 害 极 大 ，必 须 进 行 处 理 。 经专 家 多次论 证 ，确定 了以补 强 为 主兼顾 防渗 的 处 理 方 案 即 对 出 现 的 所 有 裂 缝 化 灌 补 强 加 固 处 理后 再 进行 表 面封 闭 防渗 最终 恢 复原 坝 基混 凝 土 的 整 体 防 渗 耐 久 性 。 2 裂缝化灌的材料比选 要 求 所 选 灌 浆 材 料 必 须 具 有 良 好 的 可 灌 性 ， 较 高 的抗 压 、抗 拉 和粘 结 强度 良好 的 防渗 性 能 以 满 足补强 防渗 的需要 。 常用 的灌 浆材 料主要 有超 细水泥( DMF C GM) 、 水 溶 性 聚 氨 酯( HW ) 、 低 粘 度 环 氧 材 料( HK G) 及 丙乳 砂浆等 ，其 主要 的技术性 能对 比见表 1 。 分 析 表 明 ，MF C GM 是 由 超 细 水 泥 等 无 机 超 细 颗 粒组 成 的高 性 能灌 浆 材料 适 用 于 任何 一种 灌 浆 收 稿 日期 ：2 0 1 0 0 1 2 5 作者简 介：曹海( 1 9 6 7 一 ) ，男 ，甘肃张掖人 ，高级工程师 ，主要 从事施工管理丁作 百， ， 习=： ， 比 上 衣 l 壬 I tJ 于 压 表 1 灌 浆及 封 闭材料 的主 要性 能指 标 材 料 c fq h时 篓 焉 萋 篓 墨 注 ：MF C GM 的 水 灰 比为 1 。 设 备 ，灌 浆 方 法 不 限 ，但 由 于 水 灰 比 过 大 ， 浆 液 固 化 后 收 缩 性 较 大 防 渗 效 果 较 难 保 证 ，又 考 虑 到 裂 缝 位 置 处 富 含 黄 铁 矿 成 分 ，水 泥 基 类 灌 浆 材 料 的 抗 硫 酸盐 侵蚀 性 弱 于 化 学浆 材 故 舍 弃该 材 料 方 案 。水 溶 性 聚 氨酯( 高 强 型 )是 具 有 快 速高 效 防 渗 堵漏 补 强 加 固 效 果 的 浆 材 ，该 材 料 粘 度 偏 大 ，可 灌 性 弱 于 环 氧 ，湿 面 粘 结 强 度 低 于 坝 体 C 2 0混 凝 土 的 极 限 抗 拉 强 度 ，抗 压 强 度 偏 低 更 适 合 于 有 渗 水 裂 缝 的 防 渗 处 理 。 HK G一 2低 粘 度 环 氧 浆 液 粘 度 小 ， 可 对 细 微 的 混 凝 土 裂 缝 和 岩 基 缝 隙 进 行 灌 浆 处 理 同 结 物 抗 压 、抗 拉 强 度 大 ， 湿 面 粘 结 强 度 大 于 坝 体 C2 0混 凝 土 的 极 限 抗 拉 强 度 ，具 有 真 正 意 义 上 的 补 强 效 果 。 丙乳 砂浆 属 于高 分 子 聚合 物乳 液 改性 水 泥 砂 浆 ，主 要 由丙 烯 酸 共 聚 乳 液 、硅 粉 、 水 泥 、砂 及 其 他 改 型 剂 组 成 ，具 有 优 异 的 粘 结 、抗 裂 、 防 水 、 防 氯 离 子 渗透 、耐 老化 等性 能 ，是 一 种 混凝 土建 筑 物 的新 型 水 泥 基 护 面 修 补 材 料 。 与 普 通 水 泥 砂 浆 相 比 ，丙 乳 砂 浆 的抗 拉 、抗 折 强 度分 别 提 高 了 3 5 及 5 0 ；极 限 引 伸 率 提 高 1 3倍 ， 弹 性 模 量 降 低 ，收 缩 小 ，抗 裂 性 显 著 提 高 ： 与 老 砂 浆 及 钢 板 的 粘 结 强 度 提 高 4 倍 以上 ；密 实性 显 著 提 高 ，2 d吸水 率 降低 至水 泥 砂 浆 的 1 1 0，抗 渗 性 提 高1 5倍 ，抗 冻 指 标 F 3 0 0； 该 材 料 基 本 无 毒 ，施 工 方 便 ， 成 本 低 ，可 作 为 本 次 裂 缝 处 理 的 封 闭 材 料 。 通 过 对 各 种 灌 浆 材 料 的 比 对 和 分 析 ，本 次 裂 缝 处 理 采 用 HK G一 2低 密 度 环 氧 灌 浆 材 料 。 该 材 料 为 双 组 分 ，操 作 方 便 ，可 以 对 微 细 的 混 凝 土 裂 缝( 0 2 mm) 和 基 岩 缝 隙进 行 灌 浆 处 理 ，浆 液 具 有 较 好 的 亲 水 性 及 对 潮 湿 基 面 的 亲 和 力 ， 从 而 可 达 到 防 渗 补 强 加 固之 目 的 。 针 对 优 选 的 灌 浆 材 料 ， 选 用 丙 乳 砂 浆 作 为 裂 缝 表 面 封 堵 及 封 孔 材 料 。 3 裂缝处理 裂 缝 的 处 理 采 用 高 压 无 气 灌 浆 技 术 ，利 用 灌 浆 机产 生 的持 续 高 压 ，将 化 学 浆 液 灌 注 到混 凝 土 内部 的缝 隙 中 ，并 将 缝 中 的水 、气 全 部 挤走 ，使 缝 隙 完 全填 满 ，达 到补 强 止 水 的 目的 。 与 传 统 技 术 相 比 ， 该 工 法 无 需 开 槽 、 开 口灌 浆 ， 浆 液 由 裂 缝 深 处 至 缝 面 溢 出 即 可 ：大 于 3 mm 的 缝 及 所 灌 注 裂 缝 的 侧 面 需 进 行 简 单 的 封 缝 处 理 ，以 免 浆 液 溢 出 过 多 。 浅 层 细 微 裂 缝 采 用 路 德 I E 一 0 1高 压 灌 注 机 灌 注 该 设 备 是 德 国 技 术 、 台 湾 生 产 组 装 的 高 性 能 微 型 电 动 灌 注 机 ， 灌 注 压 力 高 达 5 0 MP a可 使 浆 液 进 入 0 0 2 mE 的 发 丝 裂 缝 深 处 1 i n 。 选 用 意 大 利 产 大 流 量 高 压 化 学 灌 浆 电动 泵( 该 设 备 流 量 大 ，压 力 大 ) ，对 宽 裂 缝 及 裂 隙 进 行 深 层 灌 浆 。 裂 缝 处 理 施 工 工 艺 如 图 1所 示 图 1 裂 缝 处 理 施 工 工 艺 示 意 3 1 造 孔 对 所 有 裂 缝 均 进 行 先 导 孔 压 水 试 验 以 确 定 裂 缝 的 深 度 、 走 向 、吃 浆 量 等 技 术 参 数 ， 了 解 孑 L 和 缝 的 贯 通 情 况 ，并 确 定 具 体 的 施 工 工 艺 。 若 裂 缝 平 均 深 度1 m，布 孔 采 用 沿 缝 斜 孑 L ( 角 度 4 5 。 )交 叉 布 置 ，钻 孑 L 分 两 序 进 行 灌 浆 ，具 体 工 艺 要 求 见 表 2 。 钻 孔 后 采 用 空 压 机 吹 孑 L或 高 压 清 洗 机 将 孔 中 的 粉 尘 和 碎 末 冲 洗 干 净 ， 以 疏 通 钻 孑 L 和 裂 缝 形 成 的 通 道 表 2钻 孔 的 施 工 工 艺 孔 口埋 嘴 ，埋 嘴 结 束 后 逐 孑 L 压 注 丙 酮 以 检 查 了 解 裂 缝 是 否 有 效 畅 通 ， 压 力 控 制 在 1 MP a之 内 ， 通 过 计 算 压 入 丙 酮 量 估 算 缝 的 容 积 ， 以 此 作 为 注 浆 量 的参 数 。丙 酮是 易 挥 发 物体 ，能 有 效溶 于 水 ，并 能 将 缝 中 残 留水 分 稀 释 后 迅 速 带 出 ，使 浆 液 在 缝 中 自行 凝 固 ，有 效 发 挥 堵 漏 、 补 强 效 果 。 缝 宽 大 于 3 mm 的 缝 及 所 灌 注 裂 缝 的 侧 面 需 用 水 不 漏 进 行 简 单 的 封 缝 处 理 。 3 2灌 浆及封 孔 灌 注 浆 液从 第 一 枚 针 头( 止 浆 塞 )开 始 ，当 浆 液 连续从 裂 缝处 或相 C IV I L 冒出时 ，应立 即停 止灌 注 ， 移 入 第 二 枚 继 续 灌 注 ， 依 次 向 前 进 行 。 为 使 裂 缝 充 分 灌满 、灌 好 ，浆 液 在 裂缝 处 未 完 全 愈合 的应 进行 W a t e r P o u w o 1 3 6 N o 5 困 第 二 次 注 浆 ，第 二 次 注 浆 应 与 第 一 次 间 隔 一 段 时 间 ， 但必 须在 浆液 凝 固前 完 成 。灌浆 压 力 可采用 小 于 灌 浆 机 额 定 表 压 力 ，灌 浆 结 束 标 准 以 裂 缝 中 浆 液 互 窜 并 连 续 从 裂 缝 处 溢 出 为 准 ， 每 个 孑 L 灌 浆 时 间 不 应 小 于 3 mi n 。 灌 浆 顺 序 为 ：立 面 由 下 向 上 ， 平 面 可 从 一 端 开 始 ， 分 序 逐 孔 进 行 。 化 灌 裂 缝 的缝 口 开“ V”形 槽 ，槽 深 1 0 c m，坡 比为 1 ： 1 ， 对“ V” 形 槽 用 丙 乳 砂 浆 进 行 封 堵 。对 钻 孑 L 用 丙 乳 砂 浆 封 填 密 实 。 丙 乳 砂 浆 按 水 泥 ： 砂 ： 丙 乳 ： 水=1 ： 2 ： 0 3 ： 若 干的 比例( 质 量 比)调配 ，水泥采 用高 抗 硫 酸 盐 水 泥 。 先 将 水 和 丙 乳 混 合 均 匀 ，水 泥 和 砂 子混合 均匀 ，倒人拌 和盘 中 ，然后 将 两者混 合均 匀 。 拌 制 好 的 丙 乳 砂 浆 须 存 3 0 mi n内 用 完 。丙 乳 砂 浆 抹 压 后 约 4 h终 凝 ，此 时 进 行 喷 雾 养 护 ， 使 砂 浆 面 层 始 终 保 持 潮 湿 状 态 ，养 护 时 间 为 7 d 。 养 护 完 成 后 ， 表面清理 干净并 恢复原状 。 4 裂缝处理效果检查 4。 1 取 芯样分 析 化 学 灌 浆 处 理 于 2 0 0 7年 8月 9 日 8月 2 3 日完 成 ，各条 裂缝灌浆 量统 计 见表 3 。 表 3裂缝 灌浆量 统计 各 条 缝 平 均 灌 浆 量 为 1 7 9 4 3 0 k g m 1号 和 2 号 横 缝 的 吃 浆 量 大 ，平 位 耗 浆 量 为 2 8 3 4 3 0 k g m； 从 压 水 情 况 看 ， 1号 和 2号 横 缝 平 均 深 度 为 2 3 1 i 3 1号 和 2号 纵 缝 平 均 深 度 为 0 5 1 0 n 1 3号 纵 缝 平 均 深 度 为 1 5 2 m；从 灌 浆 情 况 可 以 看 出 ， 灌 浆 量 与压 水量 和压丙酮 的量相 一致 。 对 钻 孔 布 置 4个 压 水 试 验 检 查 孑 L 和 4个 取 芯 孑 L。 压 水 试 验 检 查 孑 L 与 裂 缝 斜 交 4 个 压 水 试 验 检 查 孔 在 0 4 MP a压 力 下 持 续 2 0 mi n耗 水 量 均 为 零 ， 裂 缝 无 渗 水 现 象 说 明 裂 缝 已 被 化 学 浆 液 充 分 充 填 灌 好 ，无 渗 漏 通 道 。两 个 取 芯 孑 L 骑 缝 垂 直 布 置 ， 两 个 与 裂 缝 斜 交 布 置 。 从 取 出 的 芯 样 看 ， 裂 缝 完 全 被 浆 液 填 满 表 明 化 学 灌 浆 后 裂 缝 整 体 密 实 饱 满 ， 灌 浆 效 果 明 显 。 经 处 理 后 的 混 凝 土 达 到 设 计 标 准 。 4 2监测数 据分析 为 观 测 裂 缝 的处 理 效 果 及 在 运 行 期 裂 缝 的 变 形 圈Wa t e r P o w e r V o 1 3 6 N o 5 情 况 ，分 别 在 3 0和 3 1号 坝 段 6 2 6 m 高 程 停 浇 面 的 纵 向裂缝 、2 9号 坝 段 上 游 面 6 2 8 m 高程 竖 向裂 缝 、 3 0号 坝 段 上 游 面 6 2 7 3 6 m 高 程 水 平 裂 缝 及 2 9号 坝 段 6 2 8 7 6 m 高 程 停 浇 面 的 纵 向 裂 缝 处 ， 埋 设 了 5 支 测 缝 计 ，仪 器 编 号 分 别 为 K3 0 1 、K3 1 一l 、K2 9 1、K3 0 2和 K2 9 2 。 典 型 裂 缝 处 测 缝 计 埋 设 位 置 如 图 2所 示 图 2 典 型 裂 缝 处 测 缝 计 埋 设 示 意( 高 程 单 位 ：m) 2 0 0 7年 8月 2 3 日灌 浆 完 毕 至 2 0 0 8年 9月 2 5 日蓄水 之 前 ，有 两条 裂缝 计 开合 度 相 对较 大 ，最 大 开 合 度 为 0 2 2 mm ( K 3l 一1 ) 和 0 2 1 mm ( K3 0 一1 ) ， 蓄 水 后 裂 缝 开 合 度 变 小 至 目前 恢 复 至 0 1 5 8 mm 和 0 1 4 6 ml l ，其 余 裂 缝 处 理 后 测 缝 计 开 合 度 基 本 稳 定 并 呈 减 小 趋 势 ， 典 型 观 测 数 据 见 图 3 。 测 试 数 据 表 明 ，对 停 浇 面 裂 缝 所 采 取 的 措 施 合 理 ，并 缝 限 裂 和 封 闭 效 果 相 对 较 好 l 0 0 0 0 0 5 - - - - - - K 2 9 1- - - K 2 9 2 一 一 - K 3 0 2 一一 l 2 0 0 7 一 o 8 2 6 2 0 0 8 0 2 2 6 2 0 0 1 0 8 2 6 2 0 0 9 0 2 2 6 ! ： 二、一 、 ， 日期 图 3 典 型 裂 缝 处 测 缝 计 开 合 度 过 程 线 5 结语 针对 T 程 的具 体 特性 。选 取 合适 的灌浆 材 料 和 施 工 工 艺 ，对 于 裂 缝 处 理 至 关 重 要 。 通 过 对 裂 缝 处 理方 案及 化 灌材 料 比选 ，特别 是 采用 高 压无 气 灌浆 技 术( 无 需 封 缝 ) 对 裂 缝 进 行 处 理 ，钻 孑 L 取 芯 样 和 监 测数 据 分析 表 明 ，灌 浆封 闭 效果 较好 ，处理 后 的 混 凝 土 达 到 设 计 标 准 提 高 了 坝 体 的 安 全 性 、整 体 性 和 耐 久 性 。该 处 理 方 案 对 混 凝 土 裂 缝 处 理 具 有 一 定 的借 鉴意 义 。 参考文献 ： 1 蒋 硕 忠 主 编 绿色化 学灌浆技 术 M 武 汉 ：长 江 出版 社 ， 2 0 0 6 ( 责任 编辑 常 青 )