化学灌浆法在南水北调工程混凝土渠道倒虹吸管身裂缝处理中的应用

毛敏飞

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 工程概述

南水北调中线一期工程叶县段府君庙河渠道倒虹吸地处河南省平顶山市叶县段境内府君庙河道上，承担着总干渠渠道输水任务。府君庙河渠道倒虹吸管身段每节混凝土分两层施工，分仓高度2.75 m，先浇筑底板及掖角部分，后浇筑侧墙和顶板部分，混凝土施工自2011年11月份开始，至2012年12月30日结束。渠道桩号207+337～207+688段，为双联四孔钢筋混凝土箱涵结构，外轮廓尺寸9.5 m×35.2 m，过水断面尺寸6.9 m×6.9 m×4(高×宽×孔数)，中墙厚1.2 m，边墙厚1.3 m，底板和顶板厚度均为1.3 m，管身段主体结构混凝土标号C30W6F150，现浇成型。设计流量320m3/s，加大设计流量380m3/s。

观测统计发现，多数裂缝出现在施工拆模期，在管节侧墙呈规律性竖向分布，位于管节侧墙的1/2至1/4高度。后经凿缝采用WYSK-40X型40倍带光源读数显微镜配合检查裂缝，不同时段检测裂缝没有明显变化，均未发现裂缝渗水，综合显示裂缝为非贯穿性浅层裂缝。为保证工程整体质量，在混凝土倒虹吸管缺陷位置的修补应选用保证力学性能优越且水工特性良好的修补方式，而化学灌浆法具有固化时间短、渗透能力强和较高粘结强度等特点，在本工程缺陷处理中得到了应用。

2 化学砂浆的选择

2.1 化学砂浆

化学灌浆法是使用化学浆材对混凝土缺陷处理的一种新技术手段[1]。化学灌浆以化学聚合物为主剂，无毒、高韧性且便于施工，是一种新型混凝土建筑物修补材料，属于水泥基修补材料，施工与普通水泥砂浆相似，可人工涂抹注浆，施工工艺简单，但与普通水泥相比更易操作和控制施工质量，并适合潮湿面粘结，与基础混凝土温度适应性好。化学砂浆使用寿命与普通水泥砂浆几乎相同，具有优异的粘结、抗裂、防水、防氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能[2]。因此在本次缺陷处理中得到广泛应用。现阶段工程主流的化学砂浆有丙乳砂浆，CW环氧树脂砂浆，CW改性环氧树脂砂浆等。

2.2 化学砂浆的选择

由于化学砂浆的特殊性，化学砂浆的使用不仅能够减少施工用水量，而且由于聚合物在水泥水化时失水形成聚合物膜，与水泥浆体呈连续相，改善了硬化水泥砂浆的物理组织结构与结构内应力，大大减少了微裂缝出现的可能性。同时聚合物纤维越过裂缝，起到了填充与连接作用，限制了裂缝的蔓延，填充了裂缝，阻断了内部结构与外界的通道，从而使化学砂浆粘结强度、抗裂性、抗碳化、抗渗性、抗氯离子渗透能力均得到了显著的提高[3]。

根据实际实际工程经验，本次以普通水泥砂浆，丙乳水泥砂浆和CW改性环氧树脂砂浆做对比试验。试验试件的灰砂比为1∶1，丙乳掺量为30%。CW改性环氧树脂化学灌浆材料双组份A∶B=5∶1。试件放入养护室28 d后检测力学性能结果见表1。

表1 普通砂浆、丙乳水泥砂浆与CW系环氧树脂砂浆性能检测结果

根据力学试验数据可知两种化学砂浆的极限延伸率均高于普通砂浆，且有较小的收缩变形率。虽然丙乳水泥砂浆的抗拉强度优于普通砂浆，但抗压强度略低于普通砂浆。而CW系改性环氧树脂砂浆各项指标均优于丙乳水泥砂浆，且CW系改性环氧树脂砂浆具有良好的流动性和浸透性，能够自发的向缝隙方向流动。因此本缺陷修复工程选用CW系改性环氧树脂砂浆作为缝隙修补剂，对缝隙进行修补。

3 化学灌浆法的工程应用

在工程中，观测统计发现，多数裂缝出现在施工拆模期，在管节侧墙呈规律性竖向分布，位于管节侧墙的1/2～1/4高度。后经凿缝采用WYSK-40X型40倍带光源读数显微镜配合检查裂缝，缝长0.9 m～4.0 m，缝宽0.08 mm～0.4 mm，缝深1.0 cm～3.9 cm（钢筋保护层8 cm），不同时段检测裂缝没有明显变化，以及经过汛期强降雨造成基坑积水深度约7.0 m，均未发现裂缝渗水，综合显示裂缝为非贯穿性浅层裂缝。则使用化学灌浆法对其缺陷进行修补。

在修补过程中由于缝口封闭需要，首先对裂缝两侧的混凝土，以缝为中线，用角磨机进行抛磨处理，打磨宽度15 cm～20 cm，打磨深度为1.5 cm～2 cm，至露出新鲜混凝土面。对裂缝两侧表面打磨、冲洗干净、晾干后，即可对裂缝缝口进行封闭[4]。用手持角磨机沿裂缝缝口切割10 cm左右深切口，然后对裂缝两侧各3 cm的范围采用的环氧胶泥（与混凝土同色）进行多层涂刮，涂刮时用环氧胶泥将裂缝切口内填充密实，以确保缝口密封严实，保证灌浆效果。环氧胶泥要求严格按照比例进行配置。裂缝深度穿过侧墙则需要在侧墙两侧进行封闭，外侧墙裂缝已用裂缝封闭膏封闭。布注浆孔孔距为25 cm～30 cm、孔径2.7 cm～3.0 cm，孔深不少于5.0 cm。采用取芯钻造孔，见图1。

图1 骑缝钻孔布置图

化学砂浆材料选用CW双组份改性环氧灌浆材料，A液为改性环氧树脂，B液为固化剂，配比按厂家提供的配比操作，A∶B=5∶1。在混凝土表面纵向面竖向裂缝从低处向高处进行灌浆，从最底部一个灌浆嘴开始，自下而上逐嘴上移灌注。随着灌浆过程的进展，浆液在缝隙内逐步向纵深、向上充填，当最后一灌浆材从浆嘴出浆时，表明浆液基本将缝隙充填饱满，此时将顶部的灌浆孔接上输浆管。灌浆压力控制在0.2 MPa～0.3 MPa继续灌浆，直至灌浆压力达到限压标准，稳压5 min停止灌浆[5]。待浆液凝固后，切除注浆嘴，用角磨机打磨，使表面平整光滑，用高压水冲洗表面，烘干，涂刷一层渗透型水泥基涂料，宽20 cm，厚0.2 cm。

在灌浆结束7天后，在裂缝表面钻骑缝孔取芯检查灌浆质量[6]。钻孔直径为φ60 mm，由于侧墙混凝土内有结构钢筋，钢筋保护层厚度为8 cm（按照规范要求，保护层厚度不大于12 cm），钻孔取芯的深度控制在10 cm以内，用钢筋扫描仪扫出钢筋位置，尽量不损伤结构钢筋。经钻芯取样检查，芯样视检浆液填充饱满，并做渗透试验，所有芯样均不渗水，说明缝隙修补后整体抗渗性能良好。钻孔取芯检查完成后采用环氧补砂浆回填取芯孔，取芯孔回填至与侧墙表面混凝土平齐。

4 结语

此次南水北调中线工程叶县段府君庙河渠道倒虹吸裂缝修复工程中的裂缝位于管节侧墙的1/2～1/4高度，缝长0.9 m～4.0 m，缝宽0.08 mm～0.4 mm，缝深 1.0 cm～3.9 cm，共有 7条纵向裂缝，且为非贯穿性裂缝。此次修复工程已于2013年9月全部处理完成，处理效果良好，达到了预期效果。于2014年5月8日通过国务院南水北调办公室通水验收。

本次修补工程，通过对几种化学砂浆与普通砂浆的力学性能综合比较，最终选择CW系改性环氧树脂砂浆为此次修补工程的修补剂，对府君庙河渠道倒虹吸裂缝进行修复。成功的解决了灌浆材料对混凝土裂缝的修复问题，本次修复工程为化学灌浆法在水利设施混凝土裂缝修复工作中的应用提供参考。