化学灌浆技术在水库大坝防渗中的应用

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摘要:细鳞河水库大坝及廊道渗漏严重,渗漏情况复杂。对于坝体廊道内的施工缝、伸缩缝渗漏确定采用化学灌浆防渗技术,防渗效果显著,达到预期目的。文章介绍了此项工程的设计方案,化学灌浆技术在水库大坝防渗中的应用及其施工过程中的质量控制技术要点,以期对相关施工人员提供帮助。

关键词:化学灌浆;水库大坝;渗漏处理

中图分类号:TV543文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0163-02

一、工程概况

细磷河水库位于黑龙江省鹤岗市北,细磷河下游干流上,距鹤岗市35km,控制流域面积564km2,是鹤岗市煤矿集团的最大水源地,水库的主要功能是向鹤岗煤矿供水。大坝坝型为浆砌石重力坝,最大库容3300万m3,细磷河水库属中型水库。细磷河水库大坝全长345m,分为20个坝段,每个坝段长15～20m,其中挡水坝段14个,全长240m,溢流坝段6个,全长105m。最大坝高20m,大坝基础为花岗岩,建基面高程135m,处于弱风化岩的上部。岩石呈块状,节理发育。

水库大坝于1989年工程竣工后,坝体漏水非常严重,因此于1989年进行了水泥灌浆处理,处理效果较好。但随着运行年限的增加,溢流坝渗漏逐渐增多、游离钙大量析出,导致伸缩缝再次严重漏水。2007年对细磷河坝体巡视检查时发现,水库坝体廊道内的渗漏情况进一步恶化,廊道内的混凝土表层游离钙析出面积不断扩大,廊道内出现多处渗漏,并形成连续漏水处,12～13、13～14、14～15坝段伸缩缝处廊道顶部漏水量都达到0.16m3/h,特别是14坝段中间处也出现了渗漏情况。同时,溢流坝下游侧由于渗漏造成了混凝土表层剥蚀并形成深沟,溢流面在冬季还出现多处冰凌现象。

二、设计方案

鉴于大坝漏水对大坝造成的严重损害,为避免漏水的加剧和危及大坝安全;延长大坝的使用寿命,对大坝坝体进行防渗处理,采用水泥帷幕灌浆,使大坝坝体形成防渗帷幕。对于廊道内帷幕灌浆不能处理的部位,如施工缝渗漏、伸缩缝渗漏、混凝土面的点渗、蜂窝麻面等,采用化学灌浆和聚合物砂浆等材料配合相应的施工工艺进行处理。

三、化学灌浆方法

(一)渗漏分类

1.点渗:渗水从一个点渗出,且渗水部位不连续。

2.表面裂缝渗漏。根据裂缝的危害性,结合具体处理措施,对裂缝进行分类如下:

I类裂缝:龟裂缝,平面缝长L

II类裂缝:

II-1类裂缝:表面(浅层)裂缝,缝深30cm≤h

II-2类裂缝:表面(深层)裂缝,缝深100cm≤h

3.伸缩缝渗漏:溢流坝坝段之间的伸缩缝渗漏。

(二)化学灌浆材料

1.LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料。具有良好的亲水性能,水既是稀释剂,又是固化剂。浆液遇水后先分散乳化,进而凝胶固结。可在潮湿或者涌水情况下进行灌浆,对水质适应性强,在pH为3～13的水中均能固化。

2.SBR聚合物水泥砂浆。SBR聚合物水泥砂浆以SBR聚合物乳液和水泥作为胶结料来胶结骨料,是一种有机和无机复合的材料,既具有水泥砂浆较强的物理力学性能,又具有高分子材料粘结强度高、适应变形能力强等特点。

3.HK-96系列增厚型环氧涂料。HK-96增厚涂料是一种新型的、性能优越的系列涂料,可用于混凝土的防水、补强或金属表面的防腐处理。961用于干燥面,强度增长快;962用于潮湿面;963为水下涂料。本次采用962型。

4.SPC聚合物水泥砂浆:它是以丙烯酸酯及VEA 树脂为主要基料,掺加特种表面活性剂、增塑剂、消泡剂等原料配制合成为高分子聚合物乳液(称为SPC聚合物乳液),再掺到普通水泥砂浆中形成的一种新型复合材料。

(三)施工工艺

根据裂缝的不同类型,其处理措施分为点渗处理、Ⅰ类裂缝处理、Ⅱ类裂缝处理、及伸缩缝处理等。

1.点渗处理方法:采用表面封堵,预埋灌浆管化学灌浆。表面清理后,采用力顿堵漏王封堵,埋设灌浆管,封闭缝面后用手揿式灌浆泵灌注LW水溶性聚氨酯灌浆材料进行防渗堵漏处理。

2.Ⅰ类裂缝处理方法:表面清理:用高压水枪进行冲洗或钢丝刷刷洗,除去表面浮灰、水泥浮浆、油垢等至表面微毛,然后用水充分浸透基层混凝土,不得用酸洗。涂刷面应做到毛、潮、净。

涂刷防水材料:裂缝两侧各0.25m、缝两端各延伸0.50m的范围涂刷HK-962增厚环氧涂料。

3.Ⅱ类裂缝处理方法:对于Ⅱ类裂缝,Ⅱ-1型浅层裂缝采用骑缝贴嘴化学灌浆或沿裂缝两侧斜孔化学灌浆处理方法。骑缝贴嘴化学灌浆,先将裂缝表面进行清理、凿除,钻孔、安装灌浆嘴,进行化学灌浆;也可延两侧打斜孔直接灌浆。钻孔间距一般20～50cm,具体尺寸可视现场实际渗漏情况适当调整。

Ⅱ-2型深层裂缝采用斜孔化学灌浆处理方法。钻孔间距一般40～100cm,具体尺寸可视现场实际渗漏情况适当调整。

4.伸缩缝处理方法:伸缩缝的渗漏采用先表面封堵处理后进行斜孔化学灌浆处理的方法。

该方案的特点是具有三层防水措施,主要采用了SR或GB塑性止水材料、聚氨酯化学浆液和SPC聚合物水泥砂浆。塑性止水材料抗拉强度较高,可承受较高的内水压力;聚氨酯化学浆液能充填混凝土内部缝隙及蜂窝;聚合物水泥砂浆具有较高的抗压、抗拉强度,较高的黏结强度和抗冲刷能力,用于裂缝表面的保护。

处理方法为:沿伸缩缝,视实际情况凿宽8～10cm、深8～12cm左右的“V”形槽,表面清洗干净。

堵漏材料封堵:基面需要牢固、干净,按粉料∶水=1∶0.28～0.35快速搅拌成均匀的腻子,搅拌时间不得超过3分钟,否则会失效,材料凝结后不得加水再用。搅拌均匀,稍硬后塞入渗水口挤实。

水工止水胶条:封堵后,随即下入GB胶条。

SPC聚合物砂浆回填:按水泥∶中砂∶SPC乳液∶水=1∶(2～3)∶0.4∶0.1(重量比)配制,采用人工拌合方式进行拌和。

聚合物砂浆界面剂:按水泥∶SPC乳液=1∶(0.8～1.2)涂抹。潮湿养护7天,自然养护28天即可。

化学灌浆:先将配好的化学浆液倒入罐内,根据不同的部位采用不同的灌浆设备将浆液注入缝中,经3～10min,使聚氨酯化学灌浆材料能充分在混凝土缝隙中扩散和胶凝,待浆液从邻近的灌浆嘴(缝隙)里冒出后,即可停止。然后用同样方法,依次灌注第二、第三……直到最后一个。当灌到最后一个灌浆嘴时,应适当加大压力迸浆。迸浆期间应观察是否还在进浆。灌浆顺序一般由下而上,由深到浅。灌浆压力视裂缝开度、吸浆量、工程结构情况而定(一般不低于0.6MPa)。灌浆结束标准以不吸浆为原则,如果吸浆率小于0.01升/分钟,应维持3分钟左右,可作为结束标准,停止灌浆。

5.蜂窝、麻面处理。对于裂缝化学灌浆渗出浆液凝固后,进行表面凿除,混凝土表面的蜂窝、麻面等可采用SBR聚合物砂浆或力顿水泥进行局部薄层修补。

利用钢丝刷和清水将基面清理干净,清除表面松动的砼;按配比拌合聚合物砂浆;将聚合物砂浆抹在要处理的部位上,潮湿养护。表面涂刷HK-962增厚环氧涂料。

四、质量控制技术要点

(一)钻孔

使用电锤等钻孔工具沿裂缝两侧进行钻孔,钻头直径为14mm,钻孔角度在45°～60°之间,钻孔穿透裂缝,一般超过10～20cm。

(二)灌浆材料

化学灌浆采用LW水溶性聚氨酯灌浆材料。

(三)化学灌浆主要工艺流程和技术参数

1.清缝:钻孔完成后采用高压水清理表面裂缝(水压0.20MPa,以下同),保证裂缝清晰可见,缝口无充填物。

2.注水:干燥的钻孔,钻孔完毕将冲洗枪头与灌浆嘴连好,采用高压水灌注,孔内达到饱和状态。

3.灌浆:进行化学灌浆时,坝体混凝土温度应达到接缝灌浆温度,结构表面以内3m范围可适当提高,浆液温度应根据选定的灌浆材料确定,浆液温度应有利于延长其凝结时间、降低浆液粘度,并不得高于20℃。灌浆压力结构缝或缝宽大于0.5mm的较宽裂缝采用0.5MPa,缝宽小于0.5mm细裂缝宜采用高压灌浆(压力大于1.0MPa或在保证不对原混凝土结构产生劈裂破坏情况下尽量采用较大压力)。灌浆压力应逐级升级至设计压力值。灌浆顺序按“由里及表,自下而上,由一端至另一端”的原则有序进行,以单孔或多孔并灌的进浆方式进行,灌浆压力不得超过设计压力,灌浆结束标准为孔内不吸浆后结束。

对于先期已经埋设了灌浆管的仓面裂缝,应先通过预埋管对裂缝进行化学灌浆,再进行斜孔裂缝的化学灌浆。

4.嵌填及表面处理:裂缝灌浆完成3d后,除去缝隙外溢材料进行表面处理。

(四)灌浆效果检查

化学灌浆结束7天后,对裂缝表面进行外观检查,或采用压水试验的方法进行灌浆质量检查,压水检查压力0.2MPa,合格标准为:透水率不大于1.0Lu。

五、结语

1.经过化灌处理后,廊道内的渗漏状况全部消失,防渗效果显著, 达到了预期目的。

2.水库坝体廊道内的施工缝、伸缩缝渗漏处理的最佳季节是在一、二月份,即建筑物温度最低时,伸缩缝处于最大渗漏量。化学灌浆会达到最佳防渗效果。

3.灌浆工艺流程比较重要,施工中应严格遵循“从下至上,从一边至另一边”的基本原则。

4.施工要选好化灌材料,化灌材料的好坏是影响施工质量的关键因素。化灌材料应避免受冻受潮,防止暴晒,贮存在5℃以上阴凉通风处。聚合物水泥砂浆要随配随用,防止聚合物砂浆性能下降。

5.必须保证连续稳定的灌浆压力。稳定的灌浆压力是保证浆液能否使裂缝充填饱满的关键。

6.裂缝灌浆时应通过有效措施把孔中及缝面的水气排出,提高可灌性。采用在孔中埋双管或在裂缝的缝口处埋排气嘴的方法可有效地排除裂缝中的水和气。

作者简介:王剑,男,辽宁省水利水电勘测设计研究院勘察分院副院长,高级工程师,研究方向:水利水电勘察。