化学灌浆技术在小湾电站坝体混凝土裂缝处理工程中的应用

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水利与特殊构筑物防水化学灌浆技术在小湾电站坝体混凝土裂缝处理工程中的应用陈小华（宜昌瑞派尔特种工程技术有限责任公司，湖北宜昌443002）摘要：云南小湾电站坝体混凝土由于多种原因产生了多条贯通或不贯通、分布无规律的裂缝。针对这些裂缝，通过钻孔、物探、压水进行检查，根据裂缝检查结果编制专项灌浆方案，选用了环氧树脂灌浆材料对坝体混凝土裂缝进行化学灌浆处理，达到了结构加固补强和防水的目的。关键词：小湾电站；混凝土裂缝；化学灌浆；环氧树脂灌浆材料文章编号：1007-497X（2011）-08-0028-05中图分类号：TV543+.2;TU57+9文献标识码：BApplicationofChemicalGroutingTechnologyinConcreteCrackRestorationofXiaowanHydroelectricPowerStationChenXiaohua(YichangRepairSpecialProjectTechnologyCo.,Ltd.,Yichang,Hubei443002,China)Abstract：Therearemanyconcretecracksdistributedirregularly,boththroughandnon-throughcracksinXiaowanhydroelectricpowerstation.Thedambodycrackedwascheckedbydrilling,physicalexplorationandpressurewater.Accordingtothefactaspecialgroutingmethodwasmade.Thearticleintroducesepoxygroutingtechnologyusedtodealwiththedambodycracksintheproject,sayingstructuralreinforcementwassuccessfullydoneasaresult.Keywords：Xiaowanelectricpowerstation;concretecrack;chemicalgrouting;epoxygroutingmaterial1工程概况小湾水电站裂缝化学灌浆工艺流程见图1。小湾水电站是世上少有的巨型工程之一，拱坝钻机就位、锚固、定向[1-2]引坝高294.5m，为目前已建或在建最高拱坝之一。金刚石钻头开孔、寅冲洗该水电站于2005年12月开始浇筑，2007年11月在钻进达到设计深度，终孔引坝体中部EL.1048.5耀1059.25m处横缝灌区压水检物探分段压水引引查时，发现部分坝段之间有互窜水现象。经巡视检有外漏外漏检查寅堵漏查、横缝灌区压水、检查孔压水及数字成像等方法分引无外漏灌区压水析，发现EL.1100m高程以下的坝段分布有多条裂引裂缝分析、描述缝。专家研究后决定，对裂缝进行化学灌浆处理。引压风吹水2灌浆工艺流程引预埋灌浆管及排气回浆管—————————引收稿日期：2011-01-21灌浆寅封孔寅质量检查作者简介：陈小华，男，1973年生，工程师，主要从事化学灌浆、图1小湾水电站裂缝化学灌浆工艺流程混凝土外保温等工作。联系地址：443002湖北省宜昌市西陵经济开发区西湖路12号。3施工工艺28悦月宰圆园11援8PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn 水利与特殊构筑物防水3.1钻孔“单点法”自孔底向孔口每5m进行分段压水，压水1）灌浆孔直径均为60mm，布置穿过裂缝的间排压力为0.5MPa，压水时间为20min，每5min测读一距基本为6m（高差）伊4m（间距），灌浆孔距离横缝不次压水流量，流量稳定后取最终的流量值作为稳定流小于3m。灌浆孔分为先导孔和后续孔，先导孔钻孔量，计算透水率吕荣值（Lu）。单点法压水流量、压力结束后，立即冲洗钻孔并进行分段压水试验，同时进等数据采用灌浆压水自动记录仪进行自动记录，并辅行孔内数字成像测试。压水和物探完成后，将结果报以手工记录。送监理和设计单位以确定后续孔钻孔参数。3.2.3物探测试2）采用XY-150地质回转型钻机钻孔，其中灌浆钻孔终孔后，采用高压水进行脉动冲洗，确保裂孔采用单管钻具钻进，检查孔使用双管单动钻具钻缝或孔壁不被岩粉或其他杂质污染，冲洗完成后及时进，钻进过程中每5m进行一次测斜和纠偏。通知和配合物探测试单位（由业主委托的第三方）进3）为确保钻孔精度，所有灌浆孔孔位、方位角均行孔内物探测试，以探测钻孔内的裂缝情况。测量放样，并对操作人员进行技术交底。3.3注浆管安装4）灌浆孔开孔前将孔位测量放样数据送大坝监灌浆孔单孔压水试验和物探测试完成后，在各灌测单位审核会签，检查是否与监测仪器冲突。若有冲浆孔内预埋20mm的钢管作为注浆管，注浆管距突，报设计单位调整孔位参数，保证坝内预埋仪器不孔底不大于10cm，孔口外露约20cm，孔口预埋一根被钻孔破坏。回浆管，用快速封堵材料“防水宝”对孔口进行封堵，5）孔位放样完成、标识清楚后，钻机就位进行安然后进行灌区封闭压水检查。装和加固。注浆管安装后，由三检、监理旁站验收合格，方可6）开钻前准备工作完成后，通知现场三检和监进入下道工序施工。理，对人员、设备、钻孔机具、孔位、方位角、倾角等进3.4灌区封闭性压水行检查验收。验收合格签发“开钻证”后，方可开钻。灌区封闭性压水检查至关重要，通过压水检查判7）检查孔直径为91mm，检查孔施工前根据孔位定孔与孔之间或坝段与坝段之间相互串通的情况和相邻原灌浆孔的物探资料，推测和分析裂缝的大致位是否有大的漏点。置，当钻至缝前3m时停钻，重新配好钻具和钻杆，灌区压水具体方法：由底层开始逐孔进行压水，现场三检和监理共同见证穿缝时的整个钻进过程。压水压力为0.5MPa，直至上层的灌浆孔返水、流量穿缝时，“低钻压、低转速、小水量”钻进，避免过缝时压力稳定，并查清外漏情况。以此类推，直至最后一排取出的芯样在裂缝位置处断裂。灌浆孔封闭压水结束。达到设计压力后上层灌浆孔仍3.2冲洗、压水及物探未返水，此时压力、流量稳定30min后可结束。3.2.1冲洗钻孔在压水过程中，仔细记录每层灌浆孔返水孔号、钻孔结束后，对孔壁进行冲洗。具体做法是：首返水时间、稳定流量、压水总量、间隔时间等。先用高压水连续冲洗5耀10min，再将孔口压力在极3.5嵌缝短时间内突然降到0，如此一升一降、一压一放，进行在压水过程中，安排专人对附近的廊道、排水方不少于5次脉动循环冲洗，直至回水洁净。冲洗压力钢、观测间、电梯井等重点部位进行巡视，检查有无渗为灌浆压力的80%。漏点，对渗漏的部位进行开槽、嵌缝等施工处理，有效3.2.2单孔压水封堵渗漏通道。钻孔冲洗干净后使用气囊式阻塞器阻塞，采用在渗漏点开宽8耀10cm、深3耀5cm的槽，再打磨圆园11援8中国建筑防水29PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn 水利与特殊构筑物防水冲洗并吹干，然后先用“防水宝”封堵，再在表面涂刮表1环氧树脂灌浆材料性能指标一层环氧胶泥。项目性能指标也可使用另一种嵌缝堵漏的施工方法：开槽嵌缝浆液密度（/g/cm3）跃1.00后直接用冲击钻钻骑缝孔，孔深10耀20cm，然后贴上起始黏度（/mPa·s）约20可操作时间/h跃5，并能满足现场灌浆施工需要灌浆嘴，灌注水溶性聚氨酯浆材快速堵漏。抗压强度/MPa逸45由三检、监理再次旁站进行压水检查，验收合格抗拉强度/MPa逸10后进入下道工序。拉伸剪切强度/MPa跃53.6灌浆方案编制及审核粘结强度/MPa干粘结跃3湿粘结跃2.5根据各灌区灌浆孔单孔压水、物探测试、封闭压抗渗压力/MPa跃1.0水等检查成果，由施工单位编制专项灌浆施工方案渗透压力比/%跃300上报监理单位，再由监理单位组织业主、设计、物探、施工等单位联合对灌浆方案工艺参数和可行性进行1）EL.1061m以下区域讨论，然后由施工单位根据讨论意见对灌浆方案进行淤灌浆压力：相互串通的化学灌浆孔以0.5MPa修改和完善，报监理单位审核批复，按照监理审核后的灌浆压力进行灌注；相互不串通的化学灌浆孔采用的方案组织施工。0.8MPa单孔纯压式灌注。灌浆压力从0.1MPa开始，3.7模拟灌浆压水采用分级升压方式，逐渐升压至上层进浆孔或回浆孔为了验证灌浆方案的正确性和可操作性，按设计返浆为止，分级升压速度为0.05MPa/5min。技术要求在灌浆前进行了一次灌区模拟灌浆压水。于灌区升压方式：选取底层串通性最好的孔作为模拟灌浆压水整个过程以最下排作为进水孔，进主进浆孔，起灌压力为0.1MPa，若相邻孔依次返浆，水压力控制在0.5MPa内，进水流量约为20L/min，则按返浆先后次序依次并灌（单排灌浆孔并联个数不待与之串通的化学灌浆孔返水后，测出漏量，关闭回超过5个），该层所有孔均进浆后，逐渐升压至设计压浆管。在压水过程中，仔细记录每层灌浆孔返水时的力；若30min后相邻孔仍未返浆，则逐渐升至设计压压水总量、间隔时间及稳定流量。力，相邻孔返浆后按返浆先后次序依次并灌。按此逐3.8灌浆层实施，直至顶层回浆孔返浆。经专题会议讨论通过，再经监理检查满足开灌要盂灌浆结束标准求后，施工单位向监理申请签发“准灌证”，实施灌浆。单孔灌浆：对于单孔灌浆，待孔口排气管回纯浆3.8.1灌浆材料后，封闭回浆管。在灌浆孔充满并达到设计灌浆压力1）原材料的选定：按设计要求：“环氧树脂化灌材时，当浆液注入量小于0.01L/min后，保持设计压力料可操作时间不小于18h或更长，可操作时间调整再屏浆120min，即可结束灌浆。后，化灌浆材其他指标仍满足设计要求”，本工程的完全封闭的灌区：当最后一孔返纯浆起压后，在灌浆材料选用了CW环氧树脂灌浆材料。设计压力下，当浆液注入量小于0.01L/min后，则保2）灌浆材料性能：工程所用环氧树脂灌浆材料的持设计压力再屏浆120min，即可结束灌浆。性能指标见表1。灌区顶部无法完全封闭的灌区：当顶层回浆孔出3.8.2灌浆施工工艺参数纯浆后，按该孔回浆压力不大于0.05MPa的要求，控为确保化学灌浆质量，不同灌浆区域采用了不同制所有进浆孔的进浆压力及注入量，继续灌浆直至最的灌浆参数。后一个进浆孔浆液注入量小于0.01L/min，然后再屏30悦月宰圆园11援8PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn 水利与特殊构筑物防水浆120min结束该排串通孔灌浆。束标准后，屏浆时间不小于4h或更长时间。若进浆2）EL.1061m以上区域最终压力和回浆最终压力不一致，则按进浆压力控制淤灌浆压力：鉴于小湾拱坝混凝土裂缝情况复灌浆。灌浆过程中，已返浆的孔每隔4h打开孔口的杂，裂缝化灌处理极端重要，为确保化灌质量，裂缝化排气管，进行排气和排浆水混合物，待返出纯浆后立灌采用“低压慢灌”。串通性好的灌区以及多坝段同即关闭排气管阀门。上仰孔及正在屏浆或接近屏浆时灌浆时，进浆压力为0.5MPa，回浆压力为0.3耀0.5条件的孔不执行排水、排气程序。MPa，二者不一致时按进浆压力来控制；串通性差的灌浆顺序：先灌注相互串通的灌浆孔，后进行单灌区，进浆压力为0.8MPa，回浆压力为0.5耀0.8MPa，孔纯压式灌浆。物探有缝、无渗漏或有缺陷的单孔采二者不一致时按进浆压力来控制；灌区顶排孔按0.3用化学浆液灌封；无缝、无串漏的单孔采用0.45颐1的MPa的灌浆压力屏浆结束，防止压力过大对裂缝上普通硅酸盐水泥灌封。缘造成劈裂。无裂缝、无缺陷、压水也无渗漏的灌浆3.8.3浆液配置孔暂时不做处理。浆液按配合比A颐B=（4~6）颐1进行配制，现场技术于灌区升压方式：选取最下排串通性最好的孔作人员根据进浆流量、灌浆压力、灌注时间等综合因素，为主进浆孔，起灌压力为0.1MPa，逐级升压，升压速报现场三检和监理批准进行适时调整。浆液配合比度不得快于0.1MPa/30耀60min。先用大泵（排量大于多选用5颐1的比例。2L/min）进行灌注，灌浆流量控制在10L/min以内，专用制浆及储浆桶采用双层设计，外层连接系统若相邻孔依次返浆，则按返浆先后次序依次并灌（单冷却水在灌浆过程中对浆液进行循环冷却；高温下系排灌浆孔并联个数不超过5个）。若上排孔有返浆现统冷却水不能满足要求时，向桶内加冰块对浆液进行象，但最低排主进浆孔的相邻孔在主进浆孔进浆3耀4冷却。按设计技术要求，浆液温度控制在5耀35益，现h后仍不返浆，则将其充容后并灌，逐级升压至设计场抽检测试的浆液温度一般在19耀33益。压力；待第2层的进浆孔返浆后，关闭阀门，改用小泵3.8.4灌浆过程（排量小于2L/min）对低排孔逐级升压至设计压力灌浆时根据灌浆区域在相应的平台如EL.1070后，稳压灌注直至该排孔屏浆结束；若最低排孔灌注m、EL.1085m等地点布置输送化灌材料A液的供时间已达15耀20h，但第2排孔仍有个别串通孔未返应站，然后在相应的坝面排架上或廊道内设置灌浆浆，则利用大泵将其充容直到第2排串通孔全部返站；A液用泵输送到灌浆站后，加入B液进行配浆制浆，按此逐层实施，直至灌区顶排孔达到设计屏浆结浆。同时安排专人进行记录。束标准后，屏浆结束。灌浆采用齿轮灌浆泵及美国原装智能电动灌浆盂灌浆结束标准机。首先投入1台大泵（排量大于2L/min）进行充容，单孔灌浆：当孔内进浆、孔口排气管回纯浆后，封灌浆泵采用无级调速电机，可以很方便地进行灌浆压闭回浆管，逐级升压，当达到单孔设计灌浆压力0.8力调整和灌浆流量控制，然后再投入2台小泵（排量MPa、注入量小于0.01L/min时，保持设计压力，再屏小于2L/min），同时对本层的灌浆孔进行稳压补灌。浆2h结束该孔灌浆。使用变频器来控制齿轮灌浆泵电机的转速，从而达到群孔灌浆：逐层进浆并达到结束标准，进浆最终稳定控制进浆流量和压力的目的，避免压力流量陡升压力必须控制在0.5MPa，上层回浆最终压力控制在造成爆管或浆液渗漏等现象。0.3耀0.5MPa，进浆孔浆液注入量小于0.01L/min后，3.9特殊情况处理按设计要求进行操作，即：每个灌区化灌达到设计结1）灌浆期间，安排专人在坝面及廊道对灌浆孔、圆园11援8中国建筑防水31PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn 水利与特殊构筑物防水原化灌检查孔、裂缝检查孔、廊道壁、观测间、方钢、排艺控制（如：浆液配比及浆液温度控制、灌浆方法、灌水沟等重点部位进行24h不间断巡视，发现外漏及浆程序、灌浆压力控制、屏浆和闭浆时间等）、灌浆成时暂停灌浆并采用快速封堵材料对渗漏点进行堵漏果记录等进行综合评定。处理。经监理和设计审批，方钢采用0.45颐1水泥浆灌4.2检查孔布置情况封。4.2.1布孔原则2）对于长时间灌注、流量和压力无明显变化的化通过孔内数字成像发现检查孔内有裂缝，或钻孔灌孔，采取“低压力、小流量、慢升压”的方式直至灌浆芯样时发现有化灌浆液结石的检查孔为有效检查孔。结束。只有有效检查孔，才能参与化灌质量评定。3）灌浆时，底排孔灌浆结束后依次移至上排孔进有效检查孔按总孔数的10%进行控制，孔位选行灌浆，个别孔有不吃浆或少量进浆的，采用上排已择在串通性较好的部位或灌浆质量有问题的部位。返浆的孔间歇灌浆或充容保孔的灌浆工艺。底排孔单排串通孔布置在两孔连线中点附近，多排串通孔布灌浆时，上排已返浆的孔每隔4h打开回浆管闸阀，置在矩形孔或菱形孔中心附近。进行排气和排浆水混合物及间歇式地灌浆冲刷管路，4.2.2钻孔孔径避免已返浆的孔及管路被堵。检查孔钻孔孔径为91mm，钻孔采用双管单动钻4）灌浆过程中，发现特殊情况，应及时上报监理具钻进取芯。和设计单位，召开现场专题讨论会探讨合理灌浆工4.3灌浆成果分析艺，保证灌浆效果。1）施工各工序质量均受控，钻孔及冲洗、压水、灌4灌浆成果分析及质量检查浆工艺控制、灌浆记录等均满足设计技术要求。4.1单元工程质量评定标准2）灌浆结果的各项指标均满足设计要求。取芯检根据设计下发的本项目化学灌浆质量检查及验查结果表明：取芯率达到95%以上，充填率和充填良收标准进行工程质量标准评定。评定标准如下：好率都在80%以上，芯样粘结良好率达到70%以上。1）裂缝化学灌浆单元工程质量评定以分析检查从物探成果分析，充填率为100%，充填良好率孔裂缝充填情况、芯样粘结情况及压水试验成果为100%。从裂缝段压水成果分析，透水率合格率为主。裂缝化灌充填标准分为粘结良好、有化灌浆液充100%。填和无化灌浆液充填3类，按表2进行统计。5结语表2裂缝化灌单元工程质量检查情况云南小湾电站通过钻孔、压水、物探对裂缝进行检查，根据裂缝检查结果编制专项灌浆方案，对坝体裂缝化灌孔内数字成像芯样检查情况效果分类检查情况混凝土裂缝进行了化学灌浆，达到了结构加固补强的粘结良好粘结良好（裂缝两侧均粘结有混目的。对于类似坝体混凝土出现的裂缝，该灌浆工艺—凝土芯样）的经验值得借鉴和推广。脱开有化灌浆液充填良好芯样、充填良好、局有化灌浆液充填脱开有化灌材料局部充填芯样部充填参考文献：无化灌浆液充填无化灌浆液结石无充填[1]刘红学，汪克广.小湾水电站拱坝横缝接缝灌浆施工技术[J].西北水电，2010（5）：35-37.2）裂缝段（段长5m）压水试验透水率应达到：[2]朱启贤.小湾水电站工程质量管理及经验[J].贵州水力发臆0.2Lu。电，2004（2）：79-81.3）工程质量标准评定应结合钻孔及冲洗、灌浆工32悦月宰圆园11援8PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn