化学灌浆“贴嘴法”施工在三峡工程的应用

摘　要: 三峡工程永久船闸地下输水隧洞在洞室浇筑完成后一段时期内,结构混凝土受到内外温差的影响不均匀收缩产生裂缝, , 局部出现渗漏,针对这些渗漏进行化学灌浆处理。文章介绍了目前处理此类裂缝比较先进的设备及施工工艺。

关键词: 三峡工程;地下输水隧洞;化学灌浆;贴嘴法;施工

1 　前言

    三峡工程永久船闸地下输水隧洞温度缝的化学在前期主要采用打斜孔灌浆处理, ,采用EAA 环氧浆材及手摇化灌泵进行化学灌浆。采用该种方法施工后,大部分裂缝进行了复灌处理,仍然存在局部渗水现象。后来,从化灌浆材和施工工艺上进行改进, 并经过现场反复试验,最终使用并推广了贴嘴法灌注LPL 浆材,化灌设备采用从美国引进的Lily CD -15 双组分注射泵,从而圆满地完成了三峡工程永久船闸输水隧洞化学灌浆的施工任务。

2 　施工设备

(1) 打磨设备:砂轮机。

(2) 冲洗设备:冲毛机。

(3) 通风设备:无油式空气压缩机。

(4) 灌浆设备:Lily CD -15 双组分注射泵。Lily CD-15 是从35 年的施工经验中总结而研发的一套用于双组分化学灌浆的施工设备,适用于注射双组分且比例相对固定的的化学灌浆材料,它有效地避免了因人的操纵而产生的配比的不稳定性,可确保施工的高质量。

(5) 钻孔设备及扫孔设备: 手持式工程钻机(SG-100) 、博世钻( GBNH. 4DFE) 、手持式冲击钻(ZIC. QC -22) 、金刚石钻(J -10) 。

(6) 质量检查取芯设备:取芯钻机(HITI-DD-160E , 取芯直径<89 mm) 。

(7) 计量用具:小量杯、温度计。

3 　灌浆材料及封缝材料

3. 1 　灌浆材料

    浆材采用灌注树脂LPL , 它是用于注射灌浆系统的一种双组分(A 双组分和B 双组分) 、无溶剂的低黏度环氧树脂。其性能参数见表1, 浆材配比(体积比) 见表2 。

3. 2 　封缝材料

(1) 堵漏灵胶泥。

(2) ECH 粘胶:ECH 粘胶是高分子聚合物、活性填充料组成。它不含任何有机溶剂,固化时间为24 h, 粘结强度最大限度可承受1.2 MPa 的灌浆压力。ECH 粘胶分为ECH -Ⅰ型、ECH -Ⅱ型、ECH -Ⅲ型三种。ECH -Ⅰ型用于贴嘴,ECH -Ⅱ型用于底胶, ECH -Ⅲ型为面胶。

4 　施工工艺流程

    准备工作→打磨→冲洗→裂缝描述→贴嘴→封缝→通风检查→灌浆→注浆嘴清除→(复灌→嵌缝,此两道工序根据灌后缝面是否仍然渗水而确定是否增加) →质量检查及验收

5 　施工方法

5. 1 　准备工作

    先接电布置照明,并根据裂缝所处的位置,决定是否需要搭设排架或设置挡水围堰。加工注浆嘴: 在外径为6 mm 、长度大于6 cm 的铜管一端焊边长为3～4 cm 、厚度为1.5 mm 左右的方形铁片,铁片中间开进浆孔,直径等于铜管外径,且铁片周边钻有一定数量、排列规则的小孔,使用前需将注浆嘴清洗干净,表面无污垢、铁锈。

5. 2 　打磨

    采用砂轮机沿裂缝的两边各打磨20 cm 的宽度,除去混凝土表面水泥浆皮,碳酸钙沉淀物,苔、菌等各种有害杂物,以免影响注浆嘴的粘贴及封缝效果。

5. 3 　冲洗

    打磨工序完成之后,用冲毛机沿裂缝开口向两边冲洗,以保证缝口敞开,无杂物,裂缝两边无粉尘和其它有损封盖粘接的污物。

5. 4 　裂缝描述

根据现场实际情况,对裂缝走向及缝宽进行描述,并做好记录,用以布置注浆嘴及灌浆压力的确定。

5. 5 　贴嘴

    根据裂缝描述,确定注浆嘴的布置。对于规则裂缝,缝宽小于0.3 mm 时,按间距20 cm 布置注浆嘴,缝宽大于0.3 mm 时,按间距30 cm 布置注浆嘴, 对于不规则裂缝,在裂缝交叉点及裂缝端部均需布置注浆嘴见图1 。

      贴嘴施工时,在漏水大的部位用堵漏灵胶泥做一小围堰,引开流水,将ECH -Ⅰ型粘胶抹在注浆嘴底板上,要求进浆孔周围1 cm2 范围内不能抹胶, 以免堵塞注浆孔。贴嘴时用定位针穿过进浆管,对准缝口插上,然后将注浆嘴压向混凝土表面,1 min 后,抽出定位针,如发现定位针没粘附粘胶,就可以认定注浆嘴粘贴合格。

5. 6 　封缝

    贴嘴工作完成3 h(1～3 h, 用手触碰不动即可) 后,用堵漏灵胶泥将渗水的缝口堵住,2 h 后用烤灯或碘钨灯将混凝土表面烘干,并对烘干的混凝土表面用无水酒精洗抹一遍。待混凝土表面干燥后,刮抹一层ECH -Ⅱ型粘胶(底胶) 。当ECH -Ⅱ型粘胶不粘手时,刮抹ECH -Ⅲ型面胶两遍,厚度大于2 cm , 宽度沿裂缝两边各15 cm 。待12 h 后,ECH -Ⅲ 型面胶基本固化,用堵漏灵再加固,厚3 cm, 宽度超过ECH -Ⅲ型面胶两边各3 cm, 形成中间高,两边低的伞形封盖,具体见图2 。堵漏灵抹完后,及时洒水进行养护。封缝完成后,按照灌浆的顺序给每个孔进行编号,1 、2 、3 ⋯⋯

5. 7 　通风检查

    封缝完成并养护2h 后即可进行通风检查各孔的贯通情况,通风采用无油式空气压缩机供风,通风压力小于0.3 MPa 。检查前先将各注浆嘴接上塑料软管,检查1 号孔时,将2 号孔软管的另一端插入水中,其它孔封闭。当对1 号孔压风,插入2 号软管的水中出现气泡时,表示1 号孔是贯通的。按此方法检查每一个孔的贯通情况,做好详细记录,分析检查结果,并结合原始封面情况,做出灌浆工艺设计,同时封闭所有的注浆嘴。

5. 8 　灌浆

(1) 注浆嘴的封盖:灌浆之前用盖子将除1 、2 号孔外的注浆嘴全部盖上。

(2) 注浆的顺序及原则:从下至上,从一边至另一边,从宽处至窄处。同步多点,逐步推进,以浆赶水,保持足够的压力和足够的进浆时间,稳压闭浆时间充分(裂缝越深,该时间越长) 。

 

(3) 浆液配制:浆液的配制由Lily CD-15 双组分注射泵本身完成,不需人工配制。

LilyCD-15 双组分注射泵操作简单, 施工方便,两种组分和浆液在两个储液罐中始终保持新鲜状态,只在其混合器中混合,保持了浆液的最佳黏度,避免了因灌浆时间过长,浆液的黏度过大而大量弃浆。灌浆压力可设置且稳定。一旦灌浆压力设定,可在该压力下长时间稳定地注射。其工作原理如图3 所示:树脂盛入压力容器(a) 里面,然后各组分浆液通过阀门(b) ,之后进入计量泵(c) 。计量活塞(d) 被推动向上伸展接触到汽缸活塞底面(e) 。当两个活塞都伸展到位时,进浆阀门(b) 关闭,同时出浆阀门(f) 开启,汽缸活塞(e) 开始工作并推动树脂活塞(d) 向下运动,迫使两组分浆液通过阀门(f) 进入混合器(g) 混合,之后通过混合器前的开端输出到注浆接头。当一个冲程结束时,出浆阀门(f) 关闭, 进浆阀门(b) 开启,主汽缸活塞返回,新的一个冲程开始。

(4) 灌浆压力的确定:根据裂缝描述记录中缝的宽度,确定灌浆压力见表3 。

(5) 取样:当浆液从灌浆管管口流出时,排掉一小部分并观察浆液的颜色,当确信浆液已完全混合好后,用一小塑料杯接取约20 ml 的浆液留置以观察浆液的固化情况。

(6) 注浆:注浆采用同步多点(6 孔) 灌注方式。

①开始注浆时,先将1 号孔接上灌浆管,2 号孔打开,其它孔封闭,当浆液从1 号孔灌入时,观察从开启的2 号孔流出的液体,同时测出进浆时的孔口压力,调整无油式空气压缩机的输出压力直到孔口压力达到要求的压力。②1 号孔开始注浆时,从2 号孔流出的液体是水,逐渐有浆液伴水流出,当流出的液体是半浆半水时,将3 号孔打开,释放一部分水。

③当2 号孔流出的是纯浆时,暂时封闭2 号孔。④当1 号孔注浆时间达到15 min 后,并联2 号孔注浆。如1 号孔注浆时间达到15 min 后,2 号孔仍未出现纯浆液时,可直接接上2 号孔并联注浆(经多次实验确定,第11～15 min 进浆量很小,低于1 mlΠmin) 。

⑤如上述步骤重复进行直到1～6 号孔同时进浆。当7 号孔有纯浆液流出并已满足时间的要求时,封闭1 号孔,并将注浆接头移至7 号孔注浆,同时将8 号孔打开。⑥如上依次换嘴直到从最后6 个孔进浆,观察注射泵上的进浆量显示器,当进浆量为0, 将压力调回到设计要求的最大压力值(因为进浆量大于0 时,此时的浆液最深面的压力和输出压力一致),并稳压30 min 结束。

5. 9 　注浆嘴的清除

    灌浆结束48 h 后,铲除注浆嘴,将不平整的部位及孔洞采用环氧胶泥封堵平整。

5. 10 　灌浆质量检查及验收

灌后质量检查在注射树脂LPL 灌浆结束7d 后进行。

(1) 压水检查:由现场监理骑缝布孔,冲击钻造孔(孔径18～20 mm, 孔深10～15 cm) 后,采用单点法压水,压水检查压力为0.3 MPa 。压水试验结束标准:在稳定的压力下,每3 min 测读一次压入流量,连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10 %, 或最大值与最小值之差小于1 mlΠmin 时, 本孔段压水结束,取最终值计算,测记漏量,计算透水率(Lu) 。

(2) 钻孔取芯:采用HITI -DD -160E 型钻机钻

孔并取芯(取芯直径89 mm) ,并进行岩芯鉴定、描述,绘制钻孔柱状图。(3) 合格标准:压水检查透水率不大于0. 1 Lu 。5. 11 　特殊情况处理(1) 注浆嘴未贯通时的处理:在注浆嘴贯通检查到某个孔(如11 号孔) 时,如果发现该孔未贯通(如此时有两种情况: ①该孔本身未贯通; ②该段裂缝与相临一段裂缝未贯通) ,先检查12 号孔是否贯通,如12 号孔贯通了,说明属于①种情况;如12 号孔仍未贯通,对12 号孔压风,检查13 号、14 号、15 号⋯⋯, 如均贯通了,说明属于②种情况。对于①种情况,首先检查注浆嘴粘贴时注浆孔是否被封堵,如被封堵, 将封堵物清除干净;如注浆嘴未被封堵,说明注浆嘴粘贴的位置不正确,此时铲除注浆嘴重新粘贴。对于②种情况,不需处理。(2) 渗漏点的复灌:对于有规律的渗漏点,即一段裂缝仍渗水,采用前面施工方法中5. 2～5. 9 条进行复灌。对于单独的渗漏点采用打辅助孔的方式进行复灌,具体如下: ①按前面施工方法中5. 2～5. 6 条在渗漏点贴嘴、封缝; ②采用冲击钻在距渗漏点10 cm 左右沿原裂缝的方向钻3 个辅助斜孔并预埋外径为6 mm 的铜管(详见图4) 。钻孔:孔径16～18 mm , 孔深10～20 cm , 倾角50°左右,孔深25 cm (斜长:超过裂缝5 cm) ;埋管的封堵:埋管采用堵漏灵, 深度2～3 cm 。③渗漏点贴嘴及封缝、辅助孔埋管及封堵完成后,按前面施工方法中5. 7～5. 9 条进行复灌。(3) 浆液配比出现问题的处理:灌浆时间如出现长时间不进浆,且浆液黏度增加,即浆液出现问题。处理方法是打开机箱盖,清理两活塞杆运行系统,直至两活塞杆运行同步后,排出部分混合液,然后重新注浆。

6 　结束语

    采用贴嘴法灌注LPL 浆材,并采用LilyCD-15 双组分注射泵进行混凝土温度缝的化学灌浆处理, 操作简单,施工方便,能较好地保证施工质量,并且浆材凝固较快。经灌后取芯检查,浆液充填密实,裂缝灌浆效果较好。实践也证明:三峡工程永久船闸地下输水系统采用该方法较好地解决了温度缝的渗水问题,达到了处理的目的,确保了工程质量。