灌洋水庫空腹壩化學灌漿技術

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文   摘：永定縣灌洋水庫電站攔河大壩為漿砌石空腹重力壩，大壩經(jīng)過近１０年的運行，出現(xiàn)了涉及水庫正常運行和大壩安全的病險情況。經(jīng)方案比選，空腹內(nèi)壁鋼筋混凝土裂縫防滲加固采用化學灌漿技術，以環(huán)氧樹脂為主劑，嚴格進行配方，使用ＧＩＮ灌漿法，達到抗?jié)B加固的目的。表１個，圖２幅。
    主題詞：病險壩空腹重力壩砌石壩除險加固化學灌漿施工總結(jié)ＧＩＮ灌漿法

    １、概況
     永定縣灌洋水庫位于汀江支流黃潭河上游，尾水流入汀江另一支流永定河，系跨流域引水工程，也是永定河梯級電站開發(fā)的龍頭水庫。壩址以上控制流域面積５０ｋｍ２，水庫總庫容２２２４萬ｍ３，水電站裝機５０００ｋＷ，保證灌溉面積１０２１０畝，同時為永定河沿河兩岸現(xiàn)有小型引水工程的近兩萬畝農(nóng)田補充了灌溉水源，并為下游梯級電站增加了調(diào)節(jié)流量。該水庫對其下游城鄉(xiāng)的防洪、灌溉及永定縣地方電網(wǎng)供電能力的提高起到了重要的作用。
    該水庫大壩為漿砌石空腹重力壩，最大壩高４８ｍ，壩頂溢流。工程于１９８７年８月動工興建，１９９１年１月大壩封堵蓄水，１９９３年９月全面竣工。大壩經(jīng)過近１０年運行，出現(xiàn)了涉及水庫正常運行和大壩安全的病險情況。主要問題有：１）大壩基礎有較大的滲漏，經(jīng)實測年平均滲漏量４８．８ｌ／ｍｉｎ。２）大壩空腹內(nèi)出現(xiàn)兩條裂縫：一條出現(xiàn)在拱頂，長４．５６ｍ，最大縫寬約１ｍｍ；另一條出現(xiàn)在前腹壁，長１５．５３ｍ，寬約１．２ｍｍ的裂縫。３）空腹與廊道交接處有滲漏現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場查勘和了解，我們認為出現(xiàn)裂縫原因系空腹封拱溫度控制不嚴，施工期溫度控制及養(yǎng)護條件差，造成溫度應力過大，在空腹頂拱和前腿壁應力集中所引起的。而空腹廊道交接處的滲漏則由于接縫處理不當所致。
    根據(jù)灌洋水庫大壩封孔蓄水投入運行以來所暴露的工程隱患和存在的問題，通過情況分析和經(jīng)濟比較，提出壩內(nèi)空腹裂縫除險加固方案。壩內(nèi)空腹出現(xiàn)的２條裂縫分布在拱頂及前腿部位，長度分別為４．５６ｍ和１５．５３ｍ，最大縫寬約１．０ｍｍ～１．２ｍｍ，都采用布雙排固結(jié)灌漿孔，孔深１．５ｍ～２ｍ，孔距１．５ｍ～２ｍ，排距１ｍ～１．５ｍ，均用ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧樹脂漿液的化學灌漿，固結(jié)灌漿壓力０．３ＭＰａ～０．５ＭＰａ。裂縫固結(jié)灌漿采用風鉆鉆孔，灌漿設備可置于空腹內(nèi)。
    ２、灌漿方案的選定
    從裂縫成因、發(fā)展部位、寬度及觀測資料等方面分析可以看出，多年來裂縫大小沒有變化，基本為死縫。因此，該種裂縫可以用灌漿充填剛性材料加以處理。
    ３、灌漿材料的選擇
    裂縫灌漿分為水泥灌漿和化學灌漿。漿液材料的選擇應考慮裂縫寬度、處理要求、施工條件及漿液材料的特性。
    水泥灌漿是通過鉆孔用壓力將濃度較稠的水泥漿液壓入混凝土裂縫。其優(yōu)點是造價低、可灌性好；缺點是適用寬度大于５ｍｍ以上的裂縫，粘結(jié)強度低，且水泥漿水化固結(jié)時一般會產(chǎn)生收縮，會降低灌漿效果。
    化學灌漿的漿材很多，有環(huán)氧、甲凝、丙凝、彈性聚氨脂等材料，其中環(huán)氧和甲凝適用于補強加固。甲凝有粘度低，可灌性好，低溫可聚合固化，耐久性等優(yōu)點；缺點是漿液配比復雜、價格昂貴和聚合時體積收縮較大。ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧樹脂漿液針對以往的環(huán)氧灌漿材料粘度高、怕水及高溫固化等弱點加以改進而成。ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧灌漿材料具有粘度小、強度高、雙組份、操作方便等優(yōu)點，可以對微細的混凝土裂縫和巖基縫隙進行灌漿處理，從而達到防滲補強加固之目的。ＨＫ－Ｇ－１和ＨＫ－Ｇ－２是不同稀釋劑組成的環(huán)氧灌漿材料，ＨＫ－Ｇ－１由于韌性好，因此有較好的抗折和抗沖性能。ＨＫ－Ｇ－２的粘度較小，粘結(jié)強度較高。
    ３．１ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧樹脂漿液特點
    １）粘度小，可灌性好，可以灌注０．５ｍｍ以下的裂縫；２）和混凝土的粘結(jié)強度高，一般都大于混凝土本身的抗拉強度；３）漿液固化后的抗壓強度和抗拉強度都很高，因此有補強作用；４）漿液具有親水性，對潮濕基面的親和力好；５）漿液由Ａ組分和Ｂ組分組成，凝固時間可由固化劑Ｂ來調(diào)節(jié)，范圍可在數(shù)１０ｍｉｎ到數(shù)１０ｈ之內(nèi)；６）操作方便，不需繁雜配制，只需將Ａ組分和Ｂ組分按比例混合均勻即可灌漿。
    ３．２ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧樹脂漿液主要性能指標（見表１）

    ３．３適用范圍
    ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧樹脂灌漿材料可用于水工建筑的基礎和壩體裂縫的防滲補強加固；高速公路、橋梁、橋墩、地鐵、隧道、渡槽、渠道及工業(yè)民用建筑中的各種混凝土裂縫和基礎的防滲補強加固處理。因此，本工程灌漿材料選用ＨＫ－Ｇ環(huán)氧樹脂漿液。
    ３．４ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧樹脂灌漿配方
    防滲、防漏化學材料較多，我們將按廠方提供的配比將Ａ組份和Ｂ組份混合均勻，溫度控制在３０℃以下。氣溫低時，為加快固化速度，可適當增加Ｂ組份的用量。根據(jù)以上配方進行小型試驗，確定膠凝時間和最終配方。
    ４、化學灌漿工藝
    １）清理縫面：去除表面的鈣質(zhì)分解物或其他雜物。
    ２）造孔：孔位根據(jù)裂縫位置布孔（見圖１、圖２），造孔采用風鉆鉆孔。
    ３）縫面止封：為了防止漏漿，縫面直接用高強度的環(huán)氧膩子或砂漿止封。也可沿縫鑿成淺槽，先用高強度水泥砂漿或９０３聚合物水泥砂漿嵌槽，抹平，干燥后可再涂一道環(huán)氧增厚涂料。
    ４）沖洗：化學灌漿前，將灌漿孔沖洗干凈，是提高灌漿效果條件之一，同時可以了解孔與孔之間串通情況，以便采取灌漿措施。在壓力２ｋｇ／ｃｍ２下，采用清水沖洗，直至回水呈現(xiàn)清潔后大約１ｈ，延續(xù)１０ｍｉｎ即結(jié)束。然后進行壓水試驗，確定漿液配量。
    ５）吹孔：用ＪＡ－０．５／７型空壓機把各孔內(nèi)積水吹干凈，吹孔壓力與沖洗縫壓力相同，直到孔口沒有水霧后連續(xù)吹風１０ｍｉｎ止。然后又進行第２次吹干，大約每１個孔２０ｍｉｎ～３０ｍｉｎ，即可吹干凈。

    ５、灌漿方法
    用單液法灌漿，在壓力下進漿。一般灌漿壓力在０．２ＭＰａ～０．４ＭＰａ，最高壓力不要超過結(jié)構(gòu)允許值。豎直裂縫從最低處開灌，逐漸向上。平縫從一端向另一端進行。待鄰孔出漿時，關閉并結(jié)扎管路，繼續(xù)進漿，一直到整個縫面都灌滿漿液為止。也可在鄰孔出漿后，關閉原灌漿孔，移到鄰孔繼續(xù)進漿?？傊趬毫ο?，使?jié){液充分飽和整個縫面。用ＨＢ６－３型單缸灌漿機壓送到孔內(nèi)，為了確?；瘜W灌漿質(zhì)量，采用純壓式，使各孔灌飽，不再吸漿為結(jié)束標準?？蛇_到預定效果。
    ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧樹脂化學灌漿采用分序孔方法，先將各孔編號，選擇中間孔作為灌漿孔，其余各孔用閘閥控制。若是串漿則關閉閘閥，若無串漿則后序孔補灌，直到全部灌漿孔灌滿為止。
    ４３ｈ后，去掉灌漿管，用樹脂砂漿封填平整，修整縫面。用有韌性的９６４環(huán)氧增厚涂料沿縫面涂刷１道～２道。
    ５．１灌漿壓力控制
    灌漿壓力控制采用ＧＩＮ灌漿法，ＧＩＮ灌漿法由瑞士的灌漿專家隆巴迪（Ｌｏｍｂａｒｄｉ）提出，在國外許多工程應用。ＧＩＮ（ＧｒｏｕｔｉｎｇＩｎｔｅｎ－ｓｉｔｙＮｕｍｂｅｒ）即灌漿強度值，含水量意為單位消耗的灌漿能量，以灌漿孔段的灌漿壓力Ｐ和單位灌段長度注漿量Ｖ的乘積表示，即ＧＩＮ＝Ｐ×Ｖ。ＧＩＮ法以穩(wěn)定的濃漿液，采用超塑性來增加滲透性，以穩(wěn)定的中低流速進行灌注，當灌入量或壓力達到限值，Ｐ×Ｖ達到ＧＩＮ值，即可結(jié)束灌漿。
    ５．２灌漿過程中需注意的幾點
    １）配方上要嚴格按照不同化學材料進行配方，配方前必須進行小型試驗。一方面了解漿液膠凝時間；一方面取得合理數(shù)值，避免材料浪費，在施工中根據(jù)數(shù)據(jù)確定灌漿速度，以此確保灌漿效果。
    ２）溫度要掌握好，因為化學材料有些是膠體狀，需要加熱溶化呈液體，然后加入稀釋劑，增韌劑，才能攪拌均勻。溫度要降到１５℃～１８℃條件下進行，按混漿材料配制順序每摻一種藥品，即進行充分攪拌，直到均勻后，再摻入另一種藥品，如違反配制順序，會引起局部遇熱導致爆聚。
    ３）要做好防毒準備工作，因為化學灌漿材料大部份具有毒性，因此防毒面罩、膠手套必須具備齊全，嚴格按操作規(guī)程施工，以免中毒，余下廢漿液應倒在遠離水源的施工指定地點，妥善處理，以防污染。
    ４）結(jié)束后，要立即沖洗管路和泵體，使其保持潔凈，否則影響下一次施工灌漿程序。
    ６、結(jié)束語
    化學灌漿在水工建筑上用于堵漏已廣泛應用，特別細微縫隙都能灌入，經(jīng)化學反應生成聚合體后，在高壓水頭下也不易擠出來，它具有抗?jié)B性強，還有抗沖性，抗氣蝕性等特點。因此，化學灌漿完全能夠達到預想效果。永定縣灌洋水庫漿砌石空腹重力壩，空腹內(nèi)拱頂鋼筋混凝土裂縫采用ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧樹脂化學灌漿技術處理后，起到了很好的效果，裂縫表面不滲水了。既增加了強度，又增加了抗?jié)B性。大壩基礎和空腹與廊道交接處經(jīng)過同樣的方法灌注ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧樹脂漿液，也處理好了滲漏。實踐表明采用ＨＫ－Ｇ系列環(huán)氧樹脂灌漿材料用于基礎的防滲和各種混凝土的裂縫補強加固處理是可行的，可供類似工程參考借鑒。