浅谈水工混凝土裂缝化学灌浆施工工艺.pdf

水利水 电施工 2 0 1 2 第 5期 总第 1 3 4期 块的方法对浆液降温 。 配浆 由专人负责，并作好相关记录。先在配浆桶 内加 入 甲组分 ，然 后 将 乙 组分 缓 慢 加 入 甲组 分 中 ，边 加边搅动，使两种组分混合均匀 ；整个过程都通水冷 却。根据裂缝的灌前压水试验成果考虑配浆量，并少 量 多 次 配 浆 ，随 用 随 配 ， 以免 浪 费 浆 材 及 保 证 浆 液 性能 。 3 施工布置 根据坝体混凝土裂缝的性状分布及灌浆孔布置特点， 主要利用坝后永 久马 道 、临 时栈桥 、施工 排架及 检查 廊 道和帷幕灌浆廊道布设地质钻机和灌浆泵进行灌浆孔钻 孑 L 及化学灌浆。岸坡坝段主要在下游坝面打设水平灌浆 孔，河床坝段主要利用检查廊道及帷幕灌浆廊道打设灌 浆孔 。 4 施工方法 施 工程序 ：布孑 L 一钻 孑 L 一 洗孑 L 一 单孔 压水试 验及 孔 内物探成像一射浆管制作安装一灌区压水试验及外漏封 堵一 洗缝一 模拟灌 浆灌 区压水试 验一 压缩 空气 排水一 化 学灌浆一灌后质量检查 。 4 1 布 孔 坝体混凝 土 裂 缝化 学 灌浆 孔 间排 距 基 本按 6 m ( 高 差) 4 m ( 间距 )控制( 穿过 裂缝 面 时孑 L 之 间 的距 离 ) ， 且距横缝不 小 于 3 m，并视 裂缝 压 水 检查 的串通 性进 行 加密 。 4 2 钻孔 化学灌浆 孔 钻 孔 使 用 地 质 钻 机 钻 孔 ，钻 孔 孔 径 为 6 0 mm，钻孔孔斜偏差按小 于孔深 的 1 3 0控 制。钻孔 时 先钻先导孑 L ，后钻后续孔 。 4 3 洗 孔 在钻： L 4 L 深接近裂缝位置前 ，进行一次钻孔冲洗。 所有钻孔完成 后 ，均 用清水 将钻 孑 L 冲洗 干净 ，验 收合 格 后 ，孔口做好保护。 4 4 单孔压水试验检查及孔内物探成像 单孔乐水试验检查采用水压式栓塞自孔底向孔 口分 段 进 行 压 水 检 查 ，分 段 长 度 5 m。压 水 压 力 o 5 1 O MP a 。每 4 rai n测读一次压水流量，连续测读 8个流 量值。压水时间大于 3 0 rai n ，取最后的流量值作为计算流 量 ，并计算 出相对应 的透水率，为判断裂缝位置提供 依据 。 每个钻孔钻完并压水试验完成后，及时对钻孔进行 孔内数字成像测试。根据孔内数字成像成果 ，结合压水 试验成果分析判断裂缝分布的具体位置。 4 0 4 5 射浆管制作安装 灌浆孔设置一根进浆管和一根回浆管。水平及下倾 孔进浆管埋 至孔底段 ，距孔底深 度不大 于 5 0 c m，孔 口设 置排气回浆管；上仰孔排气管埋至孔底段，距孔底深度 不 大于 5 0 c m，孑 L 口设置进浆管 。 根据 各 灌 浆 孔 的孔 深 ，孔 口管外 管 用 2 5 mm、长 1 2 m的钢管。内套 2 0 mm钢管，用接箍连接到孔底作为 射浆管。射浆管埋设到孔底 ，距孔底深度不大于 l O c m。 在孔 口外端的内外管问的缝隙焊接封闭。 2 5 mm的外管 焊接支管 ( 设丝扣和 阀f 1 )作为排气管 。孔 口 l m 段用水 泥砂浆封堵 密实 ，防止浆液外漏 。 4 6 灌 区压 水及 外漏 封堵 单孔压水及孔内数字成像完成后 ，通过灌区压水试 验 ，分析各灌浆孔之间的串通性 ，为优化与完善灌浆工 艺提供依据。灌区压水时将所有灌浆孔全部打开，先从 低层灌浆孔开始压水 ，待中间层灌浆孔返水后，再从中 间层灌浆孔压水。待上层灌浆孔返水后，关闭所有的灌 浆孔，记录稳定流量。灌区压水的压水压力与单孑 L 压水 压 力相 同，均为 0 5 MP a 。 灌 区压水 时若发 现有 渗漏部 位 ，采 取 以下措施 进 行 封堵 ： ( 1 )用混凝土切割机在混凝土裂缝两 边切割两 条基准 缝 ，缝深 为 3 c m，作为凿除时的基准线 。 用 电镐按 照 基准 线 ，沿施 工缝 表 面骑 缝凿 U 形 槽 ， u形槽凿至渗漏伸缩缝两末端各 外延 5 0 c m。U形 槽最 小 深度 为 1 0 m、最小 宽度 为 1 5 c m，缝处 于 U形 槽 的底 部 位置 。 ( 2 )根据混凝土裂缝具 体情 况布设排 气孔 ，钻孔方 式 采用骑缝造孔 ，孔径 4 1 6 mm，孔深 为 2 5 c m。 ( 3 )采用风水 轮 换 冲洗 缝 面 ，水 压 0 1 5 MP a 、风 压 0 1 5 MP a 。冲洗时孔 口敞开，将风水管插入孔底轮换冲 洗 ，待 回水 变清后结 束。 ( 4 )在 混 凝 土 黏 结 面 涂刷 一 层 丙 乳 净 浆( 丙 乳 浆 液和水泥按 定比例配制而成 ) ；将拌制好的丙乳防水 砂浆嵌填在槽 内，一次嵌 填厚度不能太厚，每嵌填 完 一 道后要抹平 ，嵌填必须密实。u形槽嵌填满后用抹 子 抹平 。 ( 5 )清理表面，用角磨机打磨平整，确保新回填的混 凝土保持平整美观 。 4 7 洗 缝 灌区压水结束后，对相互串通的灌浆孔采用群孑 L 冲 洗。从高层排灌浆孔开始进水，其余 串通孑 L 打开。其他 串通孔 出清水 2 0 mi n结束该 孔 冲洗 ，另换 一个 孔作 为进 水孑 L 重复进行 冲洗。依次类推，直至全部串通孑 L 冲洗 完成。 对 压水检查 不 串通 的孔 或 串通性 较差 的孔 ，采用 单 孔脉动 冲洗 ，冲洗 方法 ：首先 用 高压 水 连续 冲洗 5 rai n ； 再将冲洗压力在极短的时问突然降到零，形成反向脉冲 流 ；当回水由混变清 后 ，再 升 到原 来 的 冲洗 压力 ；持续 5 mi n后，再次突然降到零。如此一升一降，一压一放， 反复 冲洗 ，直 至回水 变清 ，并 不少 于 5个 循环 。冲洗 压 力 为 0 4 MP a 。 4 8 模拟灌浆灌区压水 为更好地掌握化学灌浆时的情况，对于串通性好的 灌 区 ，灌 浆前 用水 进行 模拟 灌 浆。在灌 区封 闭压水 完成 后 ，结合灌区压水施工成果 ，对灌区串通情况进行有针 对性的处理。将已查明灌区外漏封堵完成，灌区灌浆施 工措 施初步讨论 后 ，按 照初 步 确定 的灌 浆施 工措 施 ， 自 裂缝底部 ( 灌区底层灌浆孔)通畅性最好的灌浆孔进水， 在设计灌浆压 力下 ，逐层 上升 进 行模 拟灌 浆 ，进 一步 确 认灌区的封闭性、外漏处理、孔 内或坝体特殊情况孔段 的处理结果是否满足设计要求 ，是否存在新的串漏情况 及特殊情况 、灌 区总 漏水 量 等 ，以便 合 理计 划灌 浆施 工 材料，保证灌浆施工效果。 4 9 压缩空气排水 ( 1 )互相 串通 群孔 压缩空气排水 。压水检查后 ，打开 所有灌浆孔 ，用压缩空气将孔 内积水吹干。自顶层排气 孑 L 进气 ，待 中问 层灌 浆 孔 积 水排 出后 ，依 次 关 闭 阀 门 ， 直至底层灌浆孔积水排干。风压不得超过 0 2 MP a ，吹孔 时间要确保孔内积水尽可能排出。 ( 2 )未互相 串通单孑 L 压缩 空气排水 。不互相 串通 的单 孔压缩空气排水时，空压机连接 回浆管作为进气管，将 孔 内积水 全部从进浆管排 出。 4 1 0 化 学灌 浆 灌浆时选取灌区最底排串通性好 的灌浆孑 L 做为主进 浆孔 ，采用 1 0 1 mi n 左右 的进浆 量对 主进 浆孔进 行充 容 后 ，逐级升压 灌浆 ，注入率不 能大于 2 I rai n 。同排孑 L 返 浆后按返浆次序依次并灌，其他高程的灌浆孔返浆后将 其暂时关闭阀门。每 4 h进行一次排气、排水操作。最 低排 采用从小 泵 逐 级 升压 至设 计 压 力 后 稳 灌 注直 至 该排屏浆结束 ；若最 低排灌 浆孔灌注 时间 已达 1 5 2 0 h后，开始上层灌浆孔充容 。依次类推 ，直至最顶 层灌浆孔灌浆结束 ，遵循 “ 低 压慢灌 、逐级升压”的 原则 。 ( 1 )化学灌浆基本顺序 。互 相串通群孔化学灌浆一孑 L 内有裂缝、有漏量但不串通孔化学灌浆。 ( 2 )灌浆 压力 及升 压 方式 。灌 浆采 用 全 孑 L 纯 压式 灌 浆，灌浆乐力以进浆压力为主要控制指标 ，同时观测 回 浆管压力。回浆压力尽量达到 0 3 0 5 MP a ，使浆液在 压力作用下充分扩散、挤压和浸润。灌浆逐级升压，正 常情况下控制在 0 1 MP a ( 3 0 6 0 )rai n 。但根据灌浆过 程中注入率变化 来进行 升 压速度 ，尽可 能使 注入 量 小于 基础处理工程 l k g mi n或更小时 ，开始逐级升压 。 ( 3 )结束标准 。串 通孔 灌 浆结 束 标准 ：在 灌浆 压 力 0 5 MP a 下，灌浆注入量小于 O 0 1 k g mi n ，保持灌浆压 力屏浆 4 h后 ，结束灌浆 。 单孔灌 浆结 束标 准 ：在 灌 浆乐 力 0 8 MP a下 ，灌 浆 注入量小于 0 0 1 k g mi n ，保持灌浆压力屏浆 2 h后 ，结束 灌浆 。 4 1 1 质量检查孔 灌后质量检查孔孔数按 总灌浆孔数的约 1 O 布置。 检查孔钻到 裂缝部位 时化 灌龄期按大于 6 0 d控制 。 检查孔孔径 均为 9 1 mm，孔 斜偏 差不大 于 1 3 0 ，孑 L 深原则上穿过裂缝 l m后结束钻 进。 检查孔钻孑 L 完成冲洗干净后对裂缝段进行单点法压 水试 验。压 水 试 验 采 用 水 压 式 栓 塞。压 水 压 力 为 0 5 MP a 。每 4 rai n 测读一次压水流量 ，取最后流量值作 为计算流量，并计算 出相对应的透水率。一般情况下透 水 率合 格标 准为 q 4O 2 I U 。 5 文明施工与安全生产 ( 1 )化学灌浆工作人员施工作业时，应穿好工作服， 戴防毒 口罩 、护 目眼镜和防护手套等劳保用品。 ( 2 )化学灌浆施工 应在通 风条件 良好 的环境下 进行 。 在 室内操作 和 廊 道 、孔 、洞 内灌 浆 作 业 时 ，应 布置 鼓 、 排 风设 备 ；在室外 进行 灌浆 作业 ，作业 人 员宜在 上风 处 进 行操作 。 ( 3 )严禁在施 工现 场进 食和吸烟。化灌材料堆放区安 排专人看护，并设置警示标志和灭火设施。 ( 4 )一旦发生中毒 ，应立 即将患者移 至空气新鲜并流动 处静卧、保温。必要时进行人工呼吸 ，并及时送 医院医治。 ( 5 )进入现场戴好安全帽。施工脚手架平台要检查其 安全 ，确保 牢 周。上 下 吊物 品 时人 要 距 吊物 一 定距 离。 施 工部位设置警 示标 志 、防火标 志 ，防止非 施工 人 员进 入施下部位 。 ( 6 )化学灌浆材料的运输 ，应使用专车专运，不得与 其他物品一起混装 。 ( 7 )现场化学灌浆材料应用人专门看护，防止泄漏。 ( 8 )化学灌浆过程中产生的弃浆、废浆及废水集中储 存，待灌浆结束后，对弃浆 、废浆进行胶凝处理并运输 至指定 的地方掩埋 。 6注入量 从最终灌浆成 果资料统计分析 ，实际缝 面注入量 大于理论缝 面注入量 ，说 明裂缝缝面已被化 学浆液填 充饱满，裂缝化学灌浆质量可以保证 。但对其原 因分 析 ，认 为理论缝面注入量很难准确计算 ，以及以下 几 4 1 水利水 电施工 2 0 1 2 第 5期 总 第 1 3 4期 个方 面也 可能 导致 实 际缝 面注 入 量 比 理论 缝 面 注 入 量 偏大 ： ( 1 )坝体裂缝与横缝 串通，虽然横缝 已进行接缝灌 浆，但 由于水泥的干缩产生新的细小裂缝，在裂缝化学 灌浆中对横缝水泥浆干缩缝也进行了补灌。 ( 2 )部分坝段裂缝与坝体排水方钢串通，裂缝化学灌 浆浆液部分灌人预埋在坝体混凝土中塑料盲沟管中。 ( 3 )坝体内预埋冷却水管很多，在化灌孑 L 钻孔过程中 部分冷却水管被打断，虽然冷却水管已进行水泥浆液回 填，但仍有水泥的干缩产生新的细小裂缝，化学灌浆浆 液少部分进入冷却水管 。 ( 4 )从后期化灌质量检查孔可以看出，在整条贯穿性 裂缝周围，存在树枝状细小裂缝，在灌浆过程中，对这 些裂缝也进行了灌注。 ( 5 )孔内数字成像成果显示的裂缝可视宽度，由于钻 孔施工对孔壁的磨损、裂缝内有岩粉微填充诸多因素， 物探显示 裂缝 宽度要 小于实际裂缝 宽度 。 ( 6 )在低高程灌浆过程中，高高程的灌浆孑 L 出现返 浆 ，关闭返浆的灌浆孔的阀门，每隔 4 8 h进行一次排 放浆水混合物 ( 上仰孔不排放) ，这一部分浆液损失量无 法从注入量 中区分 出来 。 ( 7 )为保证化学灌浆质量 ，每个灌浆孔都要在返纯浆 后才能关闭回浆管阀门。虽然各灌区在灌前都严格进行 压风排水，但孔内和缝内积水难以吹排干净，故浆水混 合物的排放时间会比预期的时间要长。浆水混合物的排 放量无法区分出纯浆液含量 ，这部分浆液仍计人缝面注 入量 中，导致注入量较大 。 ( 8 )由于化学灌浆材料属高渗透环氧系列材料，化灌 浆液渗透性好，从取出的芯样结石看，一部分化学浆液 已浸人裂缝两侧的混凝土内部，增大了灌注空间。 7 结束语 总之，根据混凝裂缝分布的实际情况，采取了相应 的施工措施 和施工方法，经过实践检验是行之有效的。 同时 ，也为 以后 同类 电站的施工积累了宝贵的经验。 ( 上 接 第 3 8页) ( 5 )随时检查钻孔机具 ，如发现有弯 曲的钻具或有磨 损较严重的立轴钻杆，应及时更换。在浅孔钻进阶段 ， 一 般情况下，使用的岩心管长度较大一些为宜。 ( 6 )孔深在 9 0 O m 以后 ，开 始减 压钻 进 时 ，要特 别 注意钻压的调整 ，同时要注意提升吊环必须与立轴及钻 孔中心线在一条直线上。 ( 7 )钻进中，勤检查钻机有无移动，立轴钻进的方向 有无变化 ，发现问题应及时纠正 。 ( 8 )为防止孔斜发生，必须熟悉所使用机 械性 能 和钻 孔方 法 的特 点 ，经 常 研究 ，总 结 经 验 。在 深 孔 帷 幕的钻孑 L 中，特别对前 2 0 m孔深 的孔斜及时测量，准 确地 掌握 钻孔 的偏 斜 情况 ，以利 于尽 早 及 时 处 理 ，防 止废 孑 L 产 生 。 6 2 孔斜的处理措施 ( 1 )扩孔 纠偏法 。该方法适用 于浅孔 阶段 ( 一般不超 过 l O m)钻孔 已偏斜严重的情况。采取加长粗径钻具， 并使用 比原钻 具直径 至少 大一级 的钻 具 ，从孔 口或从孔 口管底部位置扩下去，及时矫正钻孔的方向，防止在继 续钻进 中该孔偏斜越加严重 。 ( 2 )短钻 具法 。在断层破碎 带地层中钻进 时 ，当钻 孔 产生一定偏斜后，可利用较短的粗径钻具进行矫正。通 过用低压慢速的操作方法，钻具会因 自重铅垂 向钻进。 使用的岩心管长度一般可为 1 1 5 m，钻进 3 5 m后进 行钻孔测斜。如果孔斜度已减少 ，则可使用正常钻具 钻进 。 ( 3 )变径法。变径法主要是用比原正常钻进用的粗径 钻具直径小一级或二级且长度短于 1 5 m 的粗径钻具钻 4 2 进 。因为短细的粗径 钻具 可在较 大 的孔径 内有 调整 的余 地。在进行矫正前，先把孔内岩心取净。钻进时要轻压 慢速控制给进 。钻进 3 5 m后 进行测 斜 。如果 孔斜 没有 减少，可用原正常钻具扩下去，待条件成熟后再进行矫 正。如果新孑 L 孔斜度有所减少，可换用带有导向装置的 钻具进行扩孔，扩完后换用正常钻具钻进。 ( 4 )扫孔法。扫孔法是在某一灌浆段钻孑 L 结束时进行 孔斜测量，发现偏斜值超过允许值时，先不进行纠偏处 理 ，按正常程序继续进行灌浆。当达到灌浆结束标准后， 用 比例 为 o 5( 或 o 6 ) ：1 的浓浆 ( 可加适量 的速凝 剂) 置换出孔内稀浆 ，并待凝 2 4 4 8 h后再扫孔。扫孔时注 意控制钻压并 随时检 测孔斜 ，可使 已偏斜 的钻 孔段 得 到 有效 的纠正 。 7 结束 语 小湾水电站高程 1 1 9 0 m以下河床坝段 5 2 3号坝段 坝基帷幕灌浆已全部完成 ( 承受最大水头约 3 0 0 m) ，共 完成灌浆孑 L 总数 4 1 6孑 L ，钻孔 3 6 6 3 9 4 5 m，基岩灌 浆 3 1 5 5 0 7 5 m。施工过程中严格按设计要求精心施工，实行 “ 三检制”验收程序。根据已完成的孔斜成果统计 ，孔深 1 5 0 m钻孔孔斜偏距最大值为 1 9 8 m，其余孔孔斜成果、 钻孔偏距全部满足设计要求。检查孔压水透水率全部合 格，表明小湾大坝基础已形成 了连续、完整和密实的防 渗帷幕，帷幕钻孔孔斜控制 良好。本工程所采取的深孔 帷幕钻：f L L 斜控制工艺和预防措施可为后续类似工程提 供借鉴经验。