grouting-倒虹吸墙身混凝土裂缝化学灌浆处理技术优化与改进

中国砼易购讯（4008981058）

（中国水电十五局，陕西咸阳712000）

摘要：在导致渠道倒虹吸部分Ⅱ期侧墙混凝土开裂的诸多原因中，Ⅰ期对Ⅱ期混凝土温度应力产生约束力作用是主要原因，造成部分结构面开裂的质量缺陷和工程病害。在化学灌浆缺陷修补工艺试验及灌注过程中，经过对问题的摸索、研究和工艺方法的改进，我们取得了较为成熟合理的工艺技术以及较好的内在质量和外观效果。

关键词：混凝土裂缝；化灌工艺方法；优化;改进；建议

The optimizationand improvement of chemical grouting treatment technology of inverted siphon wall body concrete crack

Zhang Jiyong Zhang Wenxi

(Fifteen Bureau of China’s hydropower,Shanxi Xianyang 712000)

Abstract:In various reasons of causing the cracking of channel inverted siphon part second stagesidewall concrete, first stage had binding force effect on concrete temperature stress ofsecond stage is the main reason,which cause quality defect and engineering diseaseas the cracking of part structural plane.In chemical grouting defect repair technological test and grouting course, we obtained goodmature and reasonable technologyas well as good internal quality and appearance effect bythegropeand researchof the problem and improvement of the technology.

Key Words:Concrete crack;Chemical grouting technology; Optimization; Improvement; Suggestions

1概况

某工程河渠交叉建筑物渠道倒虹吸，总长度849m，管身横断面为3 孔一联箱型钢筋混凝土结构，单孔净空尺寸6.8mX6.8m（高X宽）。结构设计厚度：底板、顶板和边墙均为1.2m，中墙为1.1m，单节长度14.5m—15.61m（见图1）。

图1倒虹吸断面示意图（单位：cm）

2施工方法简述

倒虹吸管身Ⅰ期混凝土浇筑部位包括:底板、下部腋角和0.4m高度的侧墙，高度共2.1m，混凝土方量560 m3；Ⅱ期浇筑部位为侧墙和顶板，浇筑高度7.1m，方量840m3，为大体积混凝土。

混凝土拌合物采用大型布料机入模。I期采用大块定型组合钢模板，Ⅱ期采用大型钢模台车的施工方法。

3混凝土开裂情况

3.1Ⅰ期底板混凝土

最大仓面积362.5m2，浇筑方量560m3，为大体积板型浇筑块。由于拌合物入模后内外温差、基础温差小于25°C，水化热产生及释放基本趋于平衡，尤其是做为倒虹吸管身持力层的砂卵石地基，对于底板浇筑块温度应力作用产生的约束力很小，因而，浇筑49节管身的Ⅰ期底板混凝土，均未产生深度≧2.5cm的裂缝。

3.2Ⅱ期侧墙顶板混凝土

Ⅱ期侧墙、顶板混凝土脱模后检查，发现14#等管节边墙、中墙，基本在管节两伸缩缝间的中部产生裂缝，裂缝特征：起点均从Ⅰ、Ⅱ期混凝土施工缝开始，以垂直向向上延伸，开裂高度2.68m～5.37m，宽度0.02mm～0.34mm。裂缝产状：倾角与水平面呈80°～90°，走向基本与水流方向垂直。开裂部位、走向与倾角呈现出规律性。裂缝开裂状况（见图2）；

图2倒虹吸侧墙混凝土部分裂缝照片

4裂缝成因分析及处理原则

裂缝产生后，采用超声波和压水试验的方法对开裂深度进行检测，判定部分为贯通缝，部分为半缝。裂缝产生原因和处理，形成了专家咨询意见：

（1）混凝土产生裂缝是由多方面原因形成，初步判断倒虹吸管身竖墙裂缝主要是由于Ⅱ期混凝土对Ⅰ期混凝土约束、气候条件变化较大、混凝土早期水化热释放过于集中和混凝土施工工艺等原因引起的。

（2）建议从原材料、气候条件、施工工艺和安全监测资料等方面，进一步分析裂缝产生原因，加强对裂缝发展趋势的观测，对于裂缝深度和初步判断为贯穿性裂缝，通过进一步手段进行确认。

（3）按照“防渗补强、外表美观”的原则进行裂缝处理。

5裂缝处理依据

依据裂缝处理原则，根据《水工建筑物化学灌浆施工规范》条文“裂缝稳定，不再发展（死缝）；处理时段宜选择在裂缝开度最大的冬季低温季节进行修补”的规定，由专人严密监测裂缝变化，在裂缝起点和终点画横细线明显标识，采用钢尺、电子测缝计对裂缝长度和宽度进行定时量测，

为确定裂缝是否不再发展具备处理条件提供依据。

6化灌施工队伍和灌注料的选用

6.1选择原则

（1）选择综合素质高和技术能力强的施工队，是做到合同履约和质量履约的重要条件，尤其是进行混凝土裂缝化学灌浆处理专业性较强，应用范围相对狭小的施工项目，要选择专业门类对口、同类施工业绩突出和施工技术能力强的队伍，且现场工长经验丰富、技术精通；

（2）设备性能先进，施工工艺科学合理；

（3）灌浆材料符合施工规范质量标准。

6.2灌注料

选用的德美牌“混凝土裂缝处理环氧树脂灌浆料”，由主剂和固化剂组成，材料性能指标见表1.

环氧树脂灌浆料特点：其结构中含有环氧基团，能与环氧树脂中的活性基团反应，生成稳定的高分子结构。具有强度高、收缩小、粘结力强、耐老化、流动性和渗透性强的特点。

表1环氧树脂浆材性能技术指标

材料性能

技术指标

材料性能

技术指标

外观

A、B组分均匀不分层

固化物抗拉强度mpa

≧28

浆液密度g/cm3

1.025

固化物抗压强度mpa

≧55

初始粘度mpa.s

固化物干粘结强度mpa

≧3.5

可操作时间

2～3h

固化物湿粘结强mpa

≧2.4

7工艺试验及灌注过程对出现问题的研讨和对工艺方法优化与改进

在化学灌浆施工规范指导下，通过工艺试验和灌注过程中出现问题的研究讨论，对工艺方法多次进行优化改进和对灌注参数的优选调整，确定了较为成熟的裂缝化灌处理工艺技术、方法、材料，以及基本实用的设备选型，积累了一些经验。

7.1工艺流程

钻灌浆孔→清洁灌浆孔→清洁树酯胶与混凝土结合面→粘贴封缝树酯碳纤维布→安装注浆咀→封缝布待强度→灌注浆液→浆液待强度→质量检测→外观处理

7.2微细缝化灌应优先采用斜向灌注孔

生产性工艺试验，开始采用方案初拟的“钻骑缝孔加黏贴注浆嘴”法，因此方法对0.02mm～0.3mm的微细裂缝不能保证骑缝准确，几次灌注未成功。结合《化灌施工规范》“钻孔分为骑缝孔和斜孔两种形式，斜孔应根据裂缝产状布置在裂缝两侧或一侧，一般情况下，应以孔深最浅和最有利于浆液扩散的原则进行布置，钻孔孔径不小于12mm”的要求。最终采用了钻斜向孔，钻孔长度30cm、孔径14mm、孔距20cm-25cm、钻孔斜度45。-50。。孔位沿裂缝两侧各10cm-12cm，梅花型布孔。保证了注浆孔与裂缝之间的通畅性和浆液的可灌度，为成功灌注奠定了基础（见图3、图4）。

7.3封缝材料和封缝方法的劣汰与优选

工艺试验的封缝材料和封缝方法，先试验方案初拟的环氧胶泥封缝料和“表面黏贴法”。因当时环境温度低，使环氧胶泥成软塑状，与母体混凝土粘结力变差，勉强形成封闭层后，层内空隙多、层高紊乱不平，注浆给压后表面漏浆，采取５０２密封胶封闭仍然不成功。同时，由于裂缝宽度本身细微，胶泥封缝过程注浆嘴极易受扰动位移，很难保证注浆嘴“骑缝”准确。

另外，在外观处理清除混凝土面的环氧胶泥粘结物时，也出现了损坏混凝土表面和外观很难修复问题。随后，又采取了“凿槽贴咀法”试验，同样出现“密封不严和骑缝不准”问题。实践证明，在低气温条件下，不适宜采用环氧胶泥料和上述两种方法封缝。

经再次试验，封缝方法采用“布液相间粘贴法”，材料采用了碳纤维布和ＤＭ-900型树脂水泥防水密封料。材料特点是：粘结剂和碳纤维布结合使用，与基面混凝土渗透粘结强度大，固化层强度高。材料优点是：涂层薄、平整，能够控制在0.5mm～1mm。尤其是拆除后不伤母体混凝土表面，而且操作简单易行。具体为：将树脂胶凝材料，均匀“一布一涂”涂刷在碳纤维布上面，然后将布中线与裂缝开裂线重合，平整均匀的将其黏贴压实，基本保证与混凝土面粘结牢固，封缝效果显著。

胶结料由液料和粉料双组份组成（有机高分子树脂和水泥填料助剂），

材料技术性能指标见表2。

表2树脂水泥密封料技术性能指标

材料性能

技术指标

材料性能

技术指标

液料

棕色液体

粘结强度(Mpa)

1.5～2.0

粉料

灰色粉体

凝结时间

表面干≤4h

抗渗压力(Mpa)

0.6

表面湿≤24h

7.4注浆咀优点与改进建议

选用的裂缝化学灌浆专用注浆嘴，具有安装、拆除方便，封闭性能好的优点。但是，仅开启注浆嘴浆压力就达０.８Mpa，直接影响规范化灌注。所以，建议在制造时应将逆止球的压力弹簧力调至最小。

7.5灌注泵选型

按照规范规定和工艺试验方案拟定的0.2Mpa～0.4Mpa灌注压力标准，灌浆泵开始选用与工作压力相匹配的手摇式低压注浆泵，表压力Pmax=1.0Mpa、最小分度值为0.05Mpa的压力表，试验后该泵不能满足工作压力，不具备灌注条件。后改用D512型电动灌浆泵试验，由于微细缝内浆液扩散和浆压力释放均慢，致使泵、表压力升压过高过快，为防止混凝土产生二次开裂，除对注浆嘴逆止球阀进行了改进，也对泵的加压、降压操作提出严格要求和保证措施，这样，基本满足灌注压力要求。根据实践结果，进行同类化灌裂缝处理，优选低压力、小流量和慢灌速的泵型，对提高化学灌浆质量能起到重要的作用。

7.6化灌过程中低环境温度与材料及可灌性矛盾的解决

按照裂缝处理宜在开度最大的冬春低温季节进行的要求，化学灌浆全过程低环境温度与主材、辅材和可灌性之间始终存在两个矛盾：1）因环氧树脂主材和树脂水泥封缝的辅材，均为高分子结构的化学成份配制，不论其粘度、触变性、可灌性和固结时间，都对环境温度要求较高且对低温敏感，会随着温度降低致使粘度增大而可灌性显著衰减。2）微细缝对浆材的可灌性在低温时要求更高，但是浆材随着环境温度的降低可灌性反而变差。7.6.1解决环境温度与材料和可灌性矛盾的措施

（1）浆液灌注时，将导热快的浆液盆置于通电加热的水中，通过2～3个电热器，使水和水中盆内浆液持续升温保温至30℃以上后及时灌注。注浆泵储浆杯内的浆料视温度情况，必要时倒入加热盆内二次升温，这样，基本解决了低温环境下浆材高粘稠度、低触变性和可灌性变差的矛盾。

图5 裂缝注浆后保温

（2）提高缝内灌入浆液料早期强度、缩短固化时间：工艺试验结束后，因低气温影响浆液早期强度而延长固化时间，导致压水检测、数据分析整理、试验报告编审和全面化灌工作

推后，不符合宜在低温期施工的技术要求。

7.6.2浆液固化期采取的升温保温措施

（1）倒虹吸进出口采取加厚篷布挡风御寒。

（2）开始采用的单层电热毯和棉被通电加热升温，外侧采用竹架板和小支撑方木固定方法，因其存在升温保温性差、支撑稳定性差和不易操作等问题，后改进为双电热毯四层热源和双层棉被升温保温，胶带纸粘接固定的方法，确实简单易行，升温保暖效果明显，使裂缝表面及混凝土内部部分温度达19℃～23℃，解决了试验和处理阶段低环境温度与浆液材料之间的矛盾（见图5）。

7.7注浆孔布孔形式及效果

实践证明针对微细缝化灌处理，采用钻斜向注浆孔和裂缝两侧梅花形布孔型式效果好。减少了浆液流动辐射范围不到位形成缝内灌注盲区的质量缺陷，避免了加大注浆压力会造成二次开裂的工程病害。7.8注浆压力的合理调整

在裂缝化学灌浆处理工艺试验和灌注过程中，受低环境温度、灌浆设备、主副材料性能和裂缝宽度因素的影响，如控制在0.2Mpa～0.4Mpa的标准灌注压力，实践证明无法保证浆液灌注的饱满度，不能达到对混凝土结构“防渗补强”的目的，鉴于此情况，遵照既要保证缝内浆液的充盈度饱满，又要保证不造成二次开裂的原则，结合现场实际，经过工艺试验，依据纯进浆量对比分析，将注浆压力调整到0.6Mpa～1.3Mpa。

7.8.1操作方法

间歇加压按0.2－0.3Mpa逐级提升，注浆时缝内浆压力受现场条件的限制，不能够进行实时监测，仅能通过观测表压力控制，达到压力立即关闭、降压后及时打开注浆泵开关，以保证缝内浆液充分扩散和压力释放后及时升压。

8混凝土裂缝化学灌浆质量检测

8.1内在质量

裂缝处理完成后，依据《水工建筑物化学灌浆施工规范》DL/T5046-2010中12.4.3条“检查孔压水试验其压力宜采用0.3Mpa,并稳压10-20min结束”的规定，由第三方试验室对处理后裂缝随机抽样，进行防渗压水检测，结果均达到质量控制标准。

8.2外观质量的控制与检测

8.2.1 外观处理原则

裂缝两侧要平整光洁，要求与母体混凝土颜色接近或保持一致，达到美观的视觉效果。

本次化学灌浆，由于采用“布液相间黏贴”法封缝和造斜向注浆孔，因而，处理后母体混凝土每个孔仅出现0.4cm2面积需填压补平，对混凝土处理后表面呈现平整、光洁的效果十分有利；溢浆对于混凝土表面污染，经采取打磨、涂刷和抛光等措施治理后收效显著，达到了与母体混凝土外观颜色接近或一致的视觉效果。

9几点建议

通过裂缝化学灌浆工艺试验及处理过程中出现许多问题的研究讨论，对工艺方法多次优选改进和对灌注参数的优化调整，取得了较为成熟的化灌处理工艺技术、方法和参数。结合应用后经验和教训，提出以下建议：

（1）灌浆泵工作性能，是保证裂缝内灌注浆液饱满度的关键之一，特别是对＜0.2mm的微细缝，深度为0.5m以上的深层缝或贯通缝，建议厂家生产低压力、小流量、慢灌速的自动调压电动注浆泵。