拉西瓦水电站尾水洞混凝土裂缝化学灌浆.docx

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拉西瓦水电站尾水洞混凝土裂缝化学灌浆

拉西瓦水电站尾水洞混凝土裂缝化学灌浆

陈义刚李得龙宋富芳

摘要本文以拉西瓦水电站尾水洞群局部混凝土裂缝成功使用化学灌浆处理为例，介绍了水工隧洞衬砌混凝土表层、浅层和深层裂缝的处理方法。

化学灌浆处理混凝土裂缝能够满足各强度级别混凝土的工程质量和耐久性要求，特别是对有抗冲耐磨要求的混凝土缺陷表面和裂缝部位内部都有补强作用。

关键词拉西瓦水电站引水发电系统尾水部分隧洞混凝土裂缝化学灌浆

1工程概况

拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界处的黄河干流上，是黄河上游龙羊峡以下的第二个大型梯级电站，也是黄河流域装机规模最大（4200MW）、坝体最高（250m），水能指标最优越的特大型水电工程。

引水发电系统尾水部分土建及金属结构安装工程（厂三标）采用三机一室一洞布置，主要由长度519.09m，衬砌混凝土厚0.8m、直径17.5m，长712.3m；6条延伸段总长943.57m、混凝土厚1m，6条尾闸井衬砌后标准断面为11.3×3.35m、深67m、总长度183.9m；2个调压室衬砌后直径28m、井深51m，尾水出口及尾水渠等组成。

引水发电系统尾水部分土建及金属结构安装工程1＃、2＃尾水洞圆形断面，洞径17.5m；洞间间隔28m，洞底高程2200～2213m，尾水洞部分深埋在右岸地下，洞深段最长埋深520m，一般300～500m，出口覆盖层岩体厚度40～70m。

需要化学灌浆处理的裂缝主要分布在2条尾水洞洞身和施工缝、6条延伸段左右边墙及2个调压室阻抗板，裂缝分布具有情况复杂、缝多、面广、施工难度大、工期紧、任务重的特点。

2裂缝产生原因分析

裂缝产生原因共有四个：

第一个原因是由于隧洞深埋在地下，处于高应力区，围岩断层、破碎带较多，山体应力释放时间长，隧洞混凝土在强度未达到设计值前局部应力破坏，从而形成了深层渗水裂缝；第二个原因是由于青藏高原气候恶劣，昼夜温差大，即使在洞内，混凝土浇筑温度也是不易于控制，从而产生了温度裂缝，表现为表层和浅层裂缝；第三个原因是由于部分施工缝橡胶止水带安装质量差而形成的渗水缝；第四个原因是由于局部混凝土缺陷，而形成了漏水点。

3裂缝分类和定性

经多方和有关资深专家分析后，把引水发电系统尾水部分隧洞内衬砌混凝土裂缝分为五类：

表层裂缝（缝宽﹤0.2mm无渗水）、浅层裂缝（缝宽≥0.2mm无渗水）、深层

裂缝（缝宽≥0.2mm渗水）、渗水施工缝和漏水点、阻抗板裂缝，且这五种裂缝的性质均属有害裂缝。

4施工方案制定

结合施工难度大、工期紧、任务重、裂缝种类多、质量要求高、经济合理以及正式施工前化学灌浆生产性试验等各种情况，经业主、监理、设计、施工四方专题会议研究确定，对有害裂缝、渗水施工缝及漏水点全部进行化学灌浆处理。

表层裂缝采用水泥基渗透结晶材料进行涂刷处理；浅层裂缝采用开槽环氧砂浆封缝，灌注环氧树脂的方法处理；深层裂缝采用堵漏灵封缝，灌注聚氨酯的方法处理；渗水施工缝及漏水点采用开槽涂抹环氧砂浆封缝，灌注聚氨酯的方法处理；阻抗板采用环氧树脂为粘合剂，粘贴玻璃丝布表面封缝，灌注环氧树脂的方法处理。

5施工日期、完成工程量及材料消耗

尾水部分化学灌浆从2008年11月12日开工至2009年2月11日完工。

主要完成工程量及材料消耗见表1。

表1主要完成工程量及化学灌浆材料消耗

主要完成工程量

材料消耗

裂缝长度（m）

出水点（个）

聚氨酯（ml）

环氧树脂（ml）

环氧砂浆（kg）

赛帕斯（kg）

玻璃丝布（m2）

丙酮（mL）

弃浆（ml）

1196.8

16

557369

4500

95.9

215

9

115300

2084

6主要材料性能指标（见表2）

表2主要材料性能指标

材料

名称

初凝

时间

终凝

时间

比重

粘结强度（MPa）

抗拉/折强度（MPa）

抗压强度（MPa）

抗渗压力（MPa）

渗透

压力比

施工适用

时间

黏度/25℃

XYPEX水泥基渗透结晶材料

≥30min

≤24h

/

/

（7d）2.8

（7d）18

（28d）0.7

（28d）

/

/

（28d）3.5

（28d）20

（56d）0.8

300%

NE-IV环氧结构胶

/

/

1.0～1.1

≥3.0或大于砼本体抗拉强度

≥10

≥50

/

/

≥120min/20℃

100～200MPa.s

HW聚氨酯

/

/

/

≥2.1

/

≥20

/

/

/

40～70MPa.s

7相应裂缝使用材料及配比（见表3）

表3相应裂缝使用材料及配比

裂缝类型

使用材料名称

施工配比

备注

表层裂缝（缝宽﹤0.2mm）

XYPEX水泥基渗透结晶材料

成品

无机防水材料

浅层裂缝（缝宽﹥0.2mm无渗水）

NE-Ⅱ环氧砂浆

A组份：

B组份=12.4：

1

质量比

NE-Ⅱ环氧砂浆基液

A组份：

B组份=2.2：

1

质量比

NE-IV环氧树脂

A组份：

B组份=5：

1

质量比

深层裂缝（缝宽﹥0.2mm渗水）

HW聚氨酯

成品

亲水性材料

出水点及其施工缝

HW聚氨酯

成品

亲水性材料

阻抗板裂缝

NE-IV环氧树脂

A组份：

B组份=5：

1

成品玻璃丝布封缝

8化学灌浆施工

8.1施工工艺

8.1.1表层裂缝

表层裂缝的处理是用电动角磨机将裂缝两边各约10cm宽的混凝土表面清理干净，确保无灰渣、污垢、乳皮、脱模剂及其它松脱外层等物质，后用干净水浸润混凝土表面，使混凝土面达到面干饱和状态。

按给定的配比称量、配制水泥基渗透结晶材料，使配置好的材料色泽均匀，无粉团结块。

用刷子把拌制好的渗透结晶材料均匀的涂刷在混凝土表面上，做到不漏刷、不流淌，待第一次涂刷的材料初凝后再涂刷第二遍水泥基渗透结晶材料，共涂刷两遍即可。

涂刷好的涂层终凝后，采用农用喷雾器喷出雾状水进行人工养护，为了保证质量养护时间定为七天。

8.1.2浅层裂缝

浅层无渗水裂缝的处理是用电动角磨机将裂缝两边清理干净，沿裂缝方向凿成5cm、深2cm的U形槽，沿裂缝对称布置。

绘制裂缝示意图，标出裂缝的宽度、走向、长度等基本数据，以及裂缝相对位置。

采用电锤打孔，当缝宽大于1mm时骑缝打孔，小于1mm时打斜角孔，孔距为20～30cm，孔径为14mm。

孔中心，距裂缝为5～10cm，深度为20～40cm，孔向向上与混凝土面成45°～60°夹角，穿过裂缝。

用高压风将孔内灰渣清理干净后，压微型专用灌浆塞（嘴），采用NE-Ⅱ高强度环氧砂浆封缝。

用大于灌浆压力的高压风对各灌浆孔之间的串通情况及封缝密闭效果进行检查。

灌浆材料采用NE-Ⅳ环氧树脂。

灌浆前，将灌浆孔全部打开，用压缩空气将孔内、缝内的积水吹挤干净，灌浆压力一般控制在0.3～0.5MPa，灌浆顺序为从下至上，从深至浅。

灌浆过程中，当浆液溢出临近灌浆孔或稳压5min且进浆量趋于零时，即可结束该孔的灌浆。

灌浆结束后12小时，即可拆除灌浆塞（嘴），并用环氧砂浆封孔，最后用电动角磨机将缝面溢出的灌浆材料清除干净。

8.1.3深层裂缝

深层裂缝的处理是对表面水流擦拭、清理，确定裂缝的宽度、走向、长度等基本指标。

采用电锤在裂缝中心线两侧10～15cm打斜角孔，孔距为20～30cm，孔径为14mm，孔深为30～40cm，孔向向上倾角45°～60°。

钻孔总顺序为自下而上（高度），自大到小（渗水量）。

先钻1～2个孔为基础，灌浆后再视具体情况加钻以防止在灌浆过程中发生串浆。

在裂缝和孔口处涂少量肥皂水，采用压力为0.3MPa的风进行通风检查，对于盲孔在附近重新钻孔。

用高压水将孔清洗干净，将专用灌浆塞（嘴）压入孔内，外露长度为3～4cm，用扳手将灌浆塞（嘴）下部的橡胶阻塞压紧，用堵漏灵封闭灌浆塞（嘴）周边的渗水缝面及漏水孔洞。

灌浆采用HW聚氨酯浆材，灌浆压力在0.3～0.5MPa，灌浆顺序为从下至上，从深至浅。

灌浆过程中，当浆液溢出临近灌浆孔或稳压5min且进浆量趋于零时，即可结束该孔的灌浆。

灌浆结束后及时检查堵漏效果，若发现新的渗水点时需补钻、补灌，直至漏水停止外渗，缝面干燥。

灌浆结束后12小时，即可拆除灌浆塞（嘴），采用堵漏灵封闭灌浆孔，最后用电动角磨机将缝面溢出的灌浆材料清除干净。

8.1.4出水点及其施工缝渗漏

出水点的处理采用聚氨脂灌浆材料对出水点进行高压化灌堵漏处理完毕后，再用电动切割机沿渗漏点切凿宽10×10cm、深2cm的矩形槽，涂抹环氧砂浆进行封闭处理。

施工缝的渗漏处理为在裂缝中心线10～15cm两侧钻斜角孔，孔径14mm，孔距40cm，倾角约50°，孔深的确定以在上下两层止水之间和缝相交为原则，采用聚氨脂灌浆材料进行灌注，灌浆压力在0.3～0.5MPa，灌浆时自下而上（高程）逐孔灌注，当浆液溢出临近灌浆孔或稳压5min且进浆量趋于零时，即可结束该孔的灌浆。

在灌浆过程中如有吃浆量较大，连续灌注时间较长不能结束时，应进行间歇、待凝处理，在渗漏量较大、裂缝较宽的特殊部位，先用3：

1水泥浆进行灌注，钻孔孔深、灌浆压力根据实际情况确定，待灌注的水泥浆液初凝后，再在该部位做化灌处理。

灌浆结束后12小时，即可拆除灌浆嘴，然后再用电动切割机沿渗漏点切凿宽10×10cm、深2cm的矩形槽，涂抹环氧砂浆进行封闭处理，最后用电动角磨机将缝面溢出的灌浆材料清除干净。

8.1.5阻抗板裂缝

1#和2#调压井阻抗板裂缝主要是由深层干裂缝组成，处理方式与浅层裂缝基本相同，唯一不同的地方是缝面封堵方法。

具体施工工艺概括为：

骑缝打孔→压灌浆嘴→缝内风水冲洗→缝面清理→缝面涂刷环氧树脂→等强30min粘贴第一层玻璃丝布→等强30min对第一层玻璃丝布表面涂刷环氧树脂→等强30min粘贴第二层玻璃丝布→等强24h通过灌浆嘴向缝内灌注环氧树脂→等强12h拆除灌浆嘴→灌后缝面清理及环氧砂浆封孔。

在实际应用中，要求操作精细，控制严格，否则难以取得令人满意的结果。

8.2施工布置

该工程化学灌浆具有工程量大、难度大、点多、面广、工期紧的特点。

拉西瓦水电站业主制定了2009年2月底前引水发电系统过水试运行目标，目标能否顺利实现，主要看引水发电系统化学灌浆能否按期完成施工任务。

因此科学、合理的布置化灌现场施工作业面，是其中非常关键的环节。

为了争取时间，原则是尽可能把施工作业全面铺开，加大施工投入，确保人工、材料、机械的供应，按照不同的部位采用交叉和流水作业。

8.2.1按照高度分区作业

1、整个化学灌浆工程距地面4m以下的位置均采用铝合金梯子或人站地进行钻孔和灌浆作业。

2、1#～6#延伸段工程量小，距地面4m以上的以及距地面19m高的阻抗板均采用吊车进行化灌处理；1#和2#尾水洞化学灌浆工程量大，且都是近距离操作，因此对原固结和回填灌浆时用的轮胎行走桁架式台车进行了改造加工，变为化灌台车，其中1#尾水洞改造两台、2#尾水洞改造两台，均投入化灌施工中，集中处理距地面4m以上的裂缝、渗水施工缝及漏水点，而对于少量延长渗水缝、灌后拆嘴和缝面清理等采用灵活多便的吊车进行处理。

8.2.2按照钻孔和灌浆分序作业

采用双班作业，每班共分三大工段，即钻孔工段、灌浆工段、辅助工段。

钻孔工段为先峰，主要负责钻孔作业；灌浆工段紧随其后主要负责灌浆作业；辅助工段主要负责环境加温、灌前准备工作、灌后养护、拆嘴及缝面清理等工作。

基本上呈现出流水作业状态，互不干扰、不窝工，且大大提高了施工进度。

8.3施工质量控制

每班配置3名经验丰富的专业技术员，每个人负责一个工段，来回巡视检查并进行旁站指导，一经发现问题现场及时解决，若发现重大问题及时上报项目部研究解决；钻孔和灌浆工段每班每个作业点配置一名记录员，主要负责裂缝普查测量记录、钻孔参数记录和灌浆记录等工作。

由项目领导现场值班，负责全面协调工作，每班任用两名经验丰富的老师傅做调度员，负责施工生产调度工作，要求不可拖泥带水，及时解决生产工段中的各种问题，做到生产和技术密切配合，这样基本上杜绝了窝工现象，大大提高了化学灌浆的施工质量和生产效率。

8.4施工特殊情况处理

（1）钻孔时若遇到钢筋时需另换孔，尽量避开蜂窝面，若遇到蜂窝需及时清渣并放慢钻进速度，防止破坏混凝土表面。

（2）灌浆过程中，当浆液溢出裂缝，通过短时间停泵工作，阻止浆液的持续外流而延长裂缝中浆材的反应时间，待流出的浆液发泡变硬后灌浆工作可持续进行。

灌浆结束后及时对外漏浆液进行清理和收集。

（3）灌浆过程中，当浆液的注入量已超过10L以上或灌注时间已达10min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应间歇45min待凝，后对该孔继续灌注。

（4）浆液配比出现问题时，灌浆时可能会出现长时间不进浆，且浆液粘度增加的现象，这时可打开电动化灌泵的头部机箱盖，清理活塞杆运行系统，直至观察活塞杆运行正常后，排弃部分浆液，即可重新灌注。

（5）灌浆泵钢桶、活塞杆、密封胶圈磨损严重、逆止钢球阀或球状阀座外表粘有不均匀物质时，都会出现灌浆压力提升不上来的现象，这时需要及时打开化灌泵机箱进行检查清洗或更换处理，完成后，即可正常灌浆。

（6）当化灌后表面色差明显时，采用白水泥对混凝土表面进行涂刷装饰处理，处理后色差明显改善，从而大大提高了外观质量。

（7）当洞内化学灌浆环境温度低于零上4℃时，将会影响化灌材料性能，同时也会影响灌浆质量和施工进度，因此施工过程中，在灌浆区悬挂温度计测量环境温度，如果低于零上4℃时，采用灌浆区预先围堵局部环境加温的办法处理。

在灌浆过程中不可用明火加温，可采用草地灯保持2m安全距离对灌浆周围烘烤，从而达到提高环境温度的目的。

8.5施工安全事项

（1）增强文明施工、安全生产的意识，操作人员要穿戴好化灌专用防护用品，正确配带使用安全“三宝”，现场严禁吸烟和点明火。

（2）有些化灌材料有微毒且易燃，应存放在阴凉、干燥、通风良好的地方，特别注意防火、防毒，确保安全，在化灌仓库及化灌台车上备好防火器材，并悬挂醒目的安全警示牌。

（3）施工现场要加强通风、排毒，保证施工人员身体健康。

（4）设备、器皿、工具用完要及时清洗，统一摆放。

（5）化灌垃圾装袋、弃浆装桶，集中指定地点存放和销毁，专人看护，严禁乱丢、乱排。

9人力资源和设备配置（见表4）

表4高峰期人力资源和主要设备配置表（双班作业）

序号

名称

单位

数量

型号

备注

1

管理、后勤人员

人

8

2

质技人员

人

6

3

技术工人（灌浆）

人

24

4

技术工人（钻孔）

人

20

5

辅助工

人

16

6

电动化灌泵

台

8

德美812

灌浆

7

冲击电锤

把

8

钻孔

8

空压机

台

2

1m3/min

零星部位供风

9

空压机

台

1

VHP750E

集中部位供压

10

电动角磨机

台

8

缝面处理

电动切割机

台

6

挖槽用

11

手压泵

台

1

灌后压水

12

喷雾器

台

4

养护

13

化灌台车

台

4

9×17×15

1#、2#尾水洞钻孔灌浆

14

汽车吊

台

2

25T

打孔灌浆及辅助

15

装载机

台

1

夏工ZL50

托化灌台车

16

工具车

台

1

东风小霸王

材料设备转用

10灌后检查及效果分析

（1）经过两次涂刷水泥基渗透结晶材料处理的表层裂缝，通过外观检查可看到，其表面形成了水泥基防水结晶涂层，效果较为明显，满足设计要求。

图1（图中为L19裂缝灌后取芯芯样照片）

（2）经过开槽环氧砂浆抹缝，采用NE-Ⅳ环氧树脂灌浆材料进行化学灌浆处理的浅层裂缝及阻抗板裂缝，缝面干燥，按照1%缝长进行了钻孔取芯检查，共计布置了11个检查孔，孔深为15cm，孔径为50mm，从取出的混凝土芯样可看出，混凝土裂缝均被化学浆材充填密实、饱满（以其中的L19裂缝取芯芯样照片为例，说明灌浆效果，详见图1），经NE-Ⅱ环氧砂浆填充的开槽区域，NE-Ⅱ环氧砂浆与混凝土接合牢固，强度满足施工设计要求，化灌效果非常明显，满足设计要求。

（3）经过HW聚氨脂灌浆材灌处理过的深层裂缝、渗水施工缝及漏水点，外观缝面干燥，按照1%缝长进行了钻孔压水效果检查，检查段各布置了1个骑缝孔，共布置了11个压水检查孔，其孔径为50mm、孔深为15cm，采用单点压水法进行压水实验，压水检查压力为0.3MPa，持续时间为30min，经压水实验，各检查孔吸水率均为0L/min，检查全部合格，化灌效果明显，满足设计要求。

（4）化灌后的混凝土表面经涂刷白水泥装饰处理后，色差有明显改善，未达到无色差，但达到了基本上与混凝土表面颜色相似。

经多方评定，外观质量也满足了设计要求。

11结束语

拉西瓦水电站引水发电系统尾水部分隧洞混凝土裂缝化学灌浆，采用了多种施工工艺对裂缝进行了综合处理，经过全体员工整整三个月的努力奋战，圆满完成了施工任务，为业主制定的过水目标提供了有利的保障。

（1）施工中采用了国际上先进的德美812化学灌浆泵，其具有体积小、质量轻（单人轻松提携）、排量大、耐高压、拆卸方便、维修率低、价格低廉等诸多优点，施工时从很大程度上降低了工人劳动强度、大大提高了工作效率，为工期赢得了一部分宝贵的时间，今后可在多种化学灌浆工程中推广使用。

（2）施工中采用了国内最先进的集膨胀螺栓和黄油枪嘴原理为一身的微型灌浆塞（嘴），该灌浆塞有两块各2cm长橡胶阻塞器，用专用内六角或其它扳手拧紧膨胀止浆（其结构组成详见图2），灌完浆后自动闭浆，避免了传统工艺中的预埋灌浆嘴法的诸多麻烦，施工时边

图2化学灌浆专用微型注浆塞（嘴）组成结构示意图

灌边压灌浆塞，起到了事半功倍的效果，使其为工期赢得了一部分有利的时间。

其具有个头小、便于携带、安装拆除简便、耐高压、价格低廉等特点，今后可在类似化灌工程中大面积推广使用。

3、施工中采取的提高环境温度的办法操作难度低，即安全又有效，确保了化灌浆材在低温环境下能够充分发挥出其原有性能，大大提高了浆材在低温环境下的固化速度，这样一方面保证了放工质量，另一方面为工期赢得了一部分有利的时间。

4、经过灌后检查验收，本次化学灌浆施工质量等级评为优良。

5、在进行化学灌浆实际工程中，如果薄壁钢筋混凝土出现裂缝，且裂缝宽度小于0.2mm、裂缝深度又浅、裂缝不贯穿的情况下，可以考虑用无损贴嘴法进行化学灌处理，无损贴嘴法最大的优点一是可以避免在钢筋混凝土上钻设灌浆孔对钢筋混凝土的结构造成破坏，二是解决了难于保证钻孔穿过细微浅裂缝的难题，三是避免了钻孔时的粉尘堵塞细微裂缝影响灌浆效果，四是可以节省化学灌浆材料，从而可降低工人的劳动强度、降低施工成本、提高工作效率。

我们将在今后的化学灌浆工程中不断的探索和发现更加优越合理的化学灌浆技术，并使其更好的为工程建设服务。