微山南四湖二级坝三闸上游铺盖砼裂缝处理.docx

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微山南四湖二级坝三闸上游铺盖砼裂缝处理

微山南四湖二级坝三闸上游铺盖砼裂缝处理

施工技术总结

沂沭泗水利管理局二级坝三闸加固工程建管处

河南省水利科学研究所

二OOO年五月

1、工程概况

2、方案实施过程

3、施工中出现问题与解决办法

4、结论

5、附件

南四湖二级坝三闸上游铺盖砼裂缝处理

施工技术总结

一、工程概况

南四湖二级坝三闸改建加固工程于1999年9月20日开工，上游铺盖砼板共有29块，清淤后发现有23块砼存在垂直水流方向通长裂缝（见附件1）。

裂缝宽度一般为0.5~2mm，多数为0.5~1mm，并有明水涌出。

2000年2月28日，经专家会诊论证，为保证闸体安全，需进行处理。

确定处理方案为：

裂缝表面采用砂浆封闭，内部采用化学灌浆。

经设计与业主代表商定，指定河南省水科所提供灌浆材料和技术指导，由中国水电第十三工程局施工。

二、方案实施过程

河南省水科所提出采用水溶性聚胺脂灌浆封堵裂缝处理方案，获得业主、监理的批准。

2.1工作原理

2.1.1水溶性聚胺脂的特点：

水溶性聚胺脂是为了克服油溶性聚胺脂灌浆材料存在的成本高、弹性差、毒性大等缺点而研制的换代产品，具有以下特点：

2.1.1.1该产品具有良好的亲水性，在水中容易分散，遇水后发生化学反应生成不溶水的弹性胶凝体。

2.1.1.2止水性能好，水溶性聚胺脂浆材是化学灌浆材料中止水性能、特别是堵塞流动水的效果非常奏效的产品，它在水下所产生的胶凝体具有弹性，特别适用于还未彻底稳定的“准活缝”，不会因为裂缝的微小活动而龟裂。

2.1.1.3该产品对土基具有良好的渗透性，浆液能够渗透到土基浅层的土粒孔隙中，与水反应所生成的胶凝体减小了土基表面的渗透系数，组成了另一道阻水屏障。

2.1.1.4水溶性聚胺脂与稀释剂混合成不同的比例，能够改善浆液的可灌性。

因此在工程中可以根据裂缝的大小及可灌性的情况灵活地配制不同比例的浆液，使施工很方便。

2.1.1.5水溶性聚胺脂对水质的酸、碱性不敏感，有很强的适应性，当水质PH值在3—12范围内均可正常使用，不影响浆液的灌浆质量。

2.1.2水溶性聚胺脂的堵漏机理：

当水溶性聚胺脂的浆液与水混合后，浆液中的游离异酸脂和水立即发生反应，生成二氧化碳和脲，游离的异酸酯又和脲进行反应生成缩二脲，这时化学链迅速增长，并支化出氨基甲酸酯，它也与游离异氰酸脂反应形成脲基甲酸酯。

聚合物在这种交联反应下，生成了“架桥”结构，逐渐形成了三元网状的胶凝体，浆材从液态转变为固态，达到堵塞裂缝、消减渗流压力的作用。

由于胶凝体含有亲水基因，大量吸收多余的水份，使自身体积膨胀；这种亲水基因还能够自由旋转，因此胶凝体也具有弹性特征。

裂缝灌浆就是利用聚胺脂衍生物的这两个特征，达到了弹性止水和膨胀止水的双重效果。

2.1.3材料特性

灌浆选用水溶性聚氨酯，由河南省四达公司生产。

该材料的具体技术指标如下：

粘度：

100~400p.c.（25℃）

凝胶时间：

数秒—数+分钟

粘结强度：

0.6~1.7Mpa

抗拉强度：

≥2.1Mpa

延伸率：

≥200%

渗透系数：

10-6~10-8cm/s

遇水膨胀率：

2~3倍

2.2施工方法

施工工序：

查缝→埋管封缝→压水试验→配浆→灌浆→清理→检验

2.2.1查缝

裂缝在处理前，首先要对裂缝进行全面调查，查明裂缝的宽度、深度、走向及漏水情况，结合技术指导的意见，确定处理方案。

2.2.2埋管封缝

将裂缝周边清理干净，沿缝凿成“V”型槽，上口宽

5~10cm,深5cm,根据缝宽和缝深埋设灌浆管，灌浆管采用φ10的耐压胶管,管距20~30cm。

封缝使用聚合物速凝水泥浆，表面用普通砂浆抹平。

聚合物水泥浆液由河南省四达技术有限公司提供，其性能具有速凝、抗渗、早强的作用。

2.2.3压水试验

埋管封缝完毕，待砂浆凝固后，做压水试验。

通过压水试验检查裂缝内部通畅情况和外部封闭效果，并初步确定灌浆量。

若出现没有封闭好或灌浆管堵塞的情况应该将砂浆凿开重新封闭。

2.2.4配浆

水溶性聚氨酯为单液型灌浆材料，出厂时已配制完毕，现场灌浆时只需根据缝宽的大小及可灌性，用稀释剂调节其稠度。

配制灌浆时，以能够在0.2~0.3Mpa压力下顺畅地把浆液压入缝隙为准则。

2.2.5灌浆

灌浆选用专用灌浆泵，将水溶性聚氨酯浆液从注浆管中缓慢地压入砼裂缝中。

考虑到砼板仅30cm厚，上部无约束，要求灌浆压力控制在0.1~0.5Mpa范围内，小压力能进浆，就不要提高压力，避免将浆液压入板底，与水膨胀后对底板造成更大的破坏。

灌浆的顺序是沿缝一端向另一端逐步灌注，先从第一孔开始灌，当第二孔出浆后封闭第一孔，再从第二孔灌浆。

以此类推，直到最后一个灌浆孔出浆，并保持压力5~15分钟后扎紧封闭，结束灌浆。

2.2.6清理

每次灌浆完毕，用稀释剂清洗灌浆泵，防止浆液干燥后把机件粘死，以利下次灌浆时使用。

清洗后的废液应集中处理，不要随地废弃。

待浆液凝固后，将外露的灌浆管切除，用砂浆抹平。

2.2.7检验

施工完毕后，应对该项工程进行检查验收，方法：

a、如果裂缝处干燥，个别地方出现湿印、无积水为合格。

b、如果出现积水，应将此段水泥砂浆凿掉重新封缝灌浆，直到不出现积水现象为止。

2.2.8注意事项：

2.2.8.1用速凝水泥浆封缝时，应封严密，特别留意与混凝土的结合面及灌浆管处，不可漏水漏气。

2.2.8.2灌浆前一定要做压水试验。

压力试验的目的有两个：

a、检查灌浆管是否畅通；

b、根据进水压力的大小确定聚胺脂浆液的稠度。

2.2.8.3灌浆过程应一气哈成，中间不要停顿，否则不能形成完整的连续的止水带，影响止水效果。

2.2.8.4灌浆时应从裂缝一端开始，到另一端结束，这样可以将裂缝中的水体及气体排除干净，避免产生灌浆盲点；切不可中间开花向两边灌，或从两端向中间灌。

2.2.8.5灌浆结束前应保持压力0.2Mpa5~15分钟：

目的是使用高压浆液将残余的水、气排干净，并由浆液来填充其空隙，提高灌浆质量。

2.2.8.6加强排水工作，尽可能降低排渗沟的水位，减弱扬压力对裂缝的影响，待撤除围堰时，才能停止抽水工作。

三、实施过程中问题的出现与解决

此方案从三月十五日开始实施，到4月15日止，对20条裂缝进行灌浆处理。

灌浆压力控制在意0.1~0.5Mpa平均灌浆量在30Kg左右,灌浆时间为3~4小时。

处理过的裂缝，多数经过一段时间，最短3天，最长为15天，在封好的砂浆面上重新出现裂缝，局部出现阴湿，个别部位重新渗水。

4月15日以后渗水增多，对这些裂缝凿开检查，发现裂缝内浆液饱满，成膜良好，灌浆效果是好的。

分析原因，认为是裂缝仍在活动，导致已封闭的部分裂缝重新开裂、渗水。

在这种情况下，建管处在4月18日又召集第二次专家会议，有沂沭泗水利管理局、山东省水利勘测设计院、河南省水科所、中国水电十三局的专家参加。

大家经过讨论，认定裂缝属于活缝，扬压力是造成重新裂缝、渗水的主要因素之一。

建议采取减压措施，决定以水科所的建议三种形式做试验，哪一种形式止水效果好，就按那一种方案施工。

3.1方法一：

内置止水，留管减压

3.1.1把已封闭的裂缝内砂浆清除干净。

3.1.2用速凝水泥封缝，并每隔1—2米埋设预留管。

3.1.3沿槽帮（每边帮长2厘米）及下口刷1—1.5毫米厚的集油聚氨脂，用于两次止水，刷前应保持被刷混凝土面干燥。

3.1.4用补偿收缩砂浆（1：

2砂浆掺U型膨胀剂）将“V”字槽填平。

3.1.5待拆除围堰的前三天，

封闭预留管。

3.2方法二：

改性环氧树脂灌浆，预设减压孔如图

3.2.11把已封闭的裂缝内砂

浆清除干净。

3.2.2用速凝水泥封缝，每隔20—30厘米埋设灌浆管。

3.2.3沿槽帮（每边帮长2厘米）及下口刷1—1.5毫米厚的焦油聚氨脂，用于两次止水。

操作中应保持被刷混凝土表面干燥。

3.2.4用补偿收缩砂浆将“V”字槽填平。

3.2.5进行压水试验，检验裂缝是否通畅，并确定灌浆量。

3.2.6改性环氧树脂浆液的甲、乙液以2：

1的重量比进行混合。

3.2.7使用灌浆泵将混合均匀的环氧液灌入裂缝。

灌浆压力保持0.2—0.4Mpa，当相邻灌浆管出浆后再移入下一个灌浆管继续灌浆，直至整条裂缝灌完。

最后一个灌浆管在“屏浆”10—15分钟后，结束灌浆。

3.2.8距裂缝上游50—100厘米处钻孔，孔径为40—50毫米，间距为5米，孔底设无纺布反滤。

3.2.9待拆除围堰的前三天，使用速凝水泥将减压孔封填密实。

3.3方法三：

水溶性聚氨脂灌浆，预设减压孔

基方法同第二种，只是灌浆材料改为水溶性聚氨脂。

3.4试验材料的工作原理

3.4.1U型膨胀剂控制砂浆收缩的机理

三种试验形式的关键就是设计了减压措施。

另外考虑到封缝砂浆的裂缝现象可能与温差和砼收缩有关，砂浆中掺10%的U型膨胀剂，用于抵消砂浆收缩的影响。

我们从水泥制品的干缩理论中知道，水泥石中存在有极细的毛细管，当水从中逸出后，在这些毛细孔中产生毛细管张力使水泥制品产生变形，造成干缩。

U型膨胀剂是一种富含硫铝钾铝的复合型膨胀剂，它与水泥砂浆混合后可生成钙矾石等结晶体，堵塞毛细管，起到补偿收缩的作用。

限制膨胀率可达0.2‰~3‰，同时也起到了提高砂浆强度和防渗等级的作用。

3.4.2改性环氧树脂灌浆材料的特点

改性环氧树脂灌浆材料的特点具有粘结力强、收缩小，能够在潮湿、低温环境下固化，起始粘度低（可达10-2Pa·s），可灌0.1mm以上的裂缝。

但是它也有缺点，浆液粘度增长速度快，对施工造成不便；硬化周期长，需三个月以上的时间才能硬化，强度优势需较长时间才能发挥出来。

在本工程中试用，目的是利用材料的这两个缺点：

浆液迅速增稠，可起到阻水防渗的作用；硬化周期长，浆液长期处于弹塑性状态，对裂缝变形不敏感，能够适应裂缝的频繁活动。

3.5试验效果

展开三种形式的试验性封缝施工从4月25日开始至28日结束。

同时在第4、15、24跨裂缝设置裂缝活动观测点，观察裂缝活动幅度。

从5月3日开始，裂缝表面的砂浆陆续出现纵向开裂。

个别点在早晨出现阴湿，但没有形成积水。

这说明用上述三个方案防渗效果是奏效的，方法是成功的。

但是已经采取了降压措施后砂浆体为什么还会开裂呢？

从裂缝活动观测记录看（见附件2），裂缝昼夜活动范围在0.1~0.2mm，最大0.28mm，与温差很大关系。

这就是说，如果按裂缝平均宽度1.0mm计算，每天的伸缩活动达到了10%~20%，我们知道普通砂浆的抗拉强度是很低的，只有抗压强的1/10左右。

如果砂浆无法约束因裂缝的剧烈活动而产生的应力，当然要开裂了。

3.6

在工程中，对待应力无非是两种方式：

一种是采取强制抵抗的约束应力的办法，你强我更强；另一种就是顺势而为的疏导方法，即四两拨千斤，根据工期要求和工地的实际条件，河南省水科所提出了新的方案：

由于砂浆的抗拉强度很低，无法约束裂缝因活动产生的应力，干脆就象做伸缩缝那样，预留一条缝，允许裂缝的活动。

其方法是：

首先将裂缝封闭，用干硬性砂浆封顶，中间预留一条1.5cm宽的伸缩缝，缝内灌嵌缝材料焦油聚胺脂如图。

由于焦油聚胺脂固化后形成具有弹性的固体，两侧的砂浆粘结牢固，允许砂浆随着伸缩缝活动，防水防渗效果极佳。

根据上述办法，施工中采取灌浆止水——封缝止水——焦油聚胺脂止水的综合止水措施，裂缝渗水的可能性小多了。

3.7伸缩缝法施工的工序

凿“V”型槽→清槽→封缝埋灌浆管→灌浆→槽底刷焦油聚胺脂→砂浆封顶（预留伸缩缝）→灌焦油聚胺脂。

焦油聚胺脂是憎水物质，必须保证砂浆干燥，它才能和砂浆粘结牢固，因此工程能够成功的关键：

（1）、对封堵裂缝工序要求很严，要精心施工，不能产生渗水。

（2）浇灌焦油聚胺脂时必须保证砂浆面干。

（3）整个施工过程必须一气哈成，在3~4天内做完。

拖延时间可能会因为裂缝活动将底部封闭裂缝的快凝水泥拉裂，引起渗水，焦油聚胺脂这道关键工序的质量就要打折扣或失败。

因此封缝效果不理想时，可把灌浆这道工序拖后，由于水溶聚胺脂可灌性好，可灌入0.05mm以下的缝隙，在灌浆中可以把砂浆体、焦油聚胺脂弹性体中可能产生的细小孔隙封闭起来。