中国水利水电第十六工程局有限公司，福建福州350000
摘要：化学灌浆是将一定的化学材料(无机或有机材料)配制成真溶液，用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其渗透、扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项加固基础，防水堵漏和混凝土缺陷补强技术,目前在大坝裂缝处理上广泛应用。
关键词：化学灌浆；堵漏；缺陷；补强
1、工程简介
沙沱水电站水库正常蓄水位365.00m，相应库容6.70亿m3，总库容9.10亿m3；电站装机1120MW，多年平均发电量45.52亿KW•h；枢纽由碾压混凝土重力坝、坝身溢流表孔、左岸引水坝段、坝后厂房及右岸垂直升船机等建筑物组成。其中，拦河大坝为全断面碾压混凝土重力坝，坝顶高程371m，坝顶全长631m，河床最低建基面高程260m，最大坝高111m，基础最宽处73.125m，坝顶宽10m。
2、裂缝探查
2.1裂缝描述
碾压混凝土大坝严格按照设计要求和温控措施进行施工，经分析裂缝大多是因温度应力产生的。现列举3#坝段裂缝的调查情况：上游面发现裂缝2条，下游面发现裂缝5条，平面裂缝1条。
图1 3-3#平面裂缝走向
表1 3#坝段裂缝统计表
2.2裂缝探测
大坝上、下游面裂缝深度探测：采用电锤进行钻孔，孔径为14mm的斜孔，采用量角器对角度控制在45°进行钻孔，再使用空压机将孔内粉尘吹除后进行试气，试气压力为0.2～0.3Mpa,通过表面洒水直到直到不冒气泡为止，根据孔口距离裂缝的长度来确定缝的深度，记录好裂缝的长度深度及走向。对于大坝平面裂缝，声波孔采用钻机钻孔，钻机型号为xy-2，孔径为76mm，孔向垂直向下，先向下钻孔15m，用声波探测仪对裂缝深度进行探测。
2.3 压水检测及同步观察
压水检测：压水检测的目的主要是排查深层裂缝渗水通道。压水过程中孔内辅以适量的酸性大红染料（高锰酸钾）。3-3#裂缝压水段长以3m为宜，用橡皮塞堵塞分段压水，发现异常时应进一步缩小段长，找出渗漏位置。在排查和处理过程中，需详细记载钻孔及压水过程坝后渗水颜色、孔内灌浆前后渗漏量变化情况，并及时进行整理，总结规律、经验。
3、施工方法
3.1工艺流程
坝顶：凿槽清洗→钻孔→安装注浆管→止浆孔回填→M30环氧砂浆回填→灌浆→质量检查→防渗涂层涂刷。
上、下游面：凿槽清洗→钻孔→Φ32灌浆孔布设Φ25插筋→安装注浆管→止水布置→M30环氧砂浆回填→灌浆→质量检查→防渗涂层涂刷。
3.2裂缝表面凿燕尾槽
裂缝表面处理按照设计文件凿燕尾槽，燕尾槽尺寸为：上、下游裂缝：开口宽12m，底宽18cm，深度10cm；贯穿裂缝：开口宽20m，底宽30cm，深度15cm。燕尾槽掏槽完成后，裂缝上游面需沿着裂缝再凿一2cm×3cm槽用于膨胀止水条布置。
在坝顶平面上，对3-3#裂缝扣“U”型槽，槽宽15cm，深15cm，圆弧半径7.5cm。
3.3布孔、钻孔
上、下游面裂缝钻孔方式及孔径根据新发现裂缝发育情况及设计要求，孔距与孔深有所调整：灌浆斜孔距为0.8m～1.0 m，孔深为1m～3m，钻孔角度45°～60°控制，钻孔角度可根据现场实际进行调整，钻孔时保证按角度成孔并穿缝。骑缝孔孔深不变，孔距调整为0.5～1.0m。
坝顶平面裂缝钻孔采用XY-2PC地质钻机钻孔，骑缝钻孔布孔孔距：1.0m～2.0m、孔径76mm、孔深根据裂缝实际深度确定。灌浆斜孔按照设改通知布置，孔口距裂缝1m，孔距1.0m～2.0m，孔径76mm、孔深以穿过缝面50~90cm为准。
止浆孔：在3-3#裂缝坝纵0+005.00处分别布垂直孔，孔径90mm，孔深分别为35m。
超细水泥灌浆孔及化学灌浆孔深见表2、表3。
表2 3-3#裂缝EL370.8平面超细水泥孔深表 | |||||||||
灌浆孔 | 骑缝孔 | 合计 | |||||||
孔号 | 坝纵（m） | 距裂缝长度（m） | 垂直深度（m） | 角度 | 孔深（m） | 孔号 | 坝纵（m） | 深度（m） | |
1 | 0+02.00 | 1.0 | 28.3 | 88.0 | 28.3 | a | 0+02.60 | 30.0 | |
2 | 0+03.20 | 1.0 | 22.9 | 87.5 | 22.9 | b | 0+03.80 | 29.8 | |
3 | 0+04.40 | 1.0 | 27.7 | 87.9 | 27.7 | c | 0+06.60 | 29.7 | |
4 | 0+06.00 | 1.0 | 22.7 | 87.5 | 22.7 | d | 0+08.00 | 29.8 | |
5 | 0+07.20 | 1.0 | 27.7 | 87.9 | 27.7 | ||||
6 | 0+08.60 | 1.0 | 22.7 | 87.5 | 22.7 | ||||
小计 | 152.0 | 152.1 | 119.3 | 271.4 | |||||
注：灌浆孔坝横位置随裂缝裂缝位置而定，距裂缝为1m，骑缝孔在裂缝上，坝横位置随裂缝裂缝位置而定。 | |||||||||
表3 3-3#裂缝EL370.8平面化学孔深表 | |||||||||
灌浆孔 | 骑缝孔 | 合计 | |||||||
孔号 | 坝纵（m） | 距裂缝长度（m） | 垂直深度（m） | 角度（°） | 孔深（m） | 孔号 | 坝纵（m） | 深度（m） | |
S-1 | 0+02.10 | 1.0 | 29.3 | 88.0 | 30.3 | S-a | 0+02.50 | 30.0 | |
S-2 | 0+03.30 | 1.0 | 23.9 | 87.6 | 24.9 | S-b | 0+04.00 | 29.8 | |
S-3 | 0+04.30 | 1.0 | 28.7 | 88.0 | 29.7 | ||||
小计 | 85.0 | 59.8 | 144.8 | ||||||
注：灌浆孔坝横位置随裂缝裂缝位置而定，距裂缝为1m，骑缝孔在裂缝上，坝横位置随裂缝裂缝位置而定。 | |||||||||
3.4灌浆管安装
上、下游立面灌浆孔及骑缝孔内埋设两根PU5×8气管，进浆管埋设至孔底，出浆管埋设至距孔口20cm位置处，进出浆管伸出孔口15cm，在埋设管路的同时，灌浆斜孔内布设一根Ф25插筋，插筋长度比灌浆孔短10cm，防止插筋外露，埋设完成后用M30环氧砂浆封堵孔口。
冲洗完成后，坝顶平面孔灌浆孔及骑缝孔内埋设两根Ф20镀锌铁管，进浆管埋设至孔底，出浆管埋设至距孔口2m位置处，进出浆管伸出孔口50cm，铁管与孔壁内填充干净、干燥小石，再用M30环氧砂浆封堵孔口。
灌浆管安装完成后逐一对每孔进行登记编号，做好记录。
3.5止浆孔回填
在化学灌浆及水泥灌浆前，采用M30普通砂浆回填止浆孔，防止CW化学浆与超细水泥在灌浆时相互混淆。
3.6止水布置
按设改通知要求，在裂缝上游2cm×3cm槽内布置膨胀止水条，膨胀止水条布置完成后，贯穿裂缝需紧贴2cm×3cm膨胀止水条再布置一道2cm×10cm膨胀止水条，2cm×10cm膨胀止水条外围再布置一道止水铜片。膨胀止水条采用水泥钉固定，止水铜片采用膨胀螺丝固定。安装完成后，需对止水密封性进行检查，验收合格后进行下一步工序。
3.7灌浆
3.7.1主要材料
表4 环氧砂浆材料主要性能
序号 | 检测项目 | 检测结果 | 备 注 | |
指标 | 单位 | 数值 | ||
1 | 抗压强度（1d） | MP | 10.2 | |
2 | 抗压强度（3d） | MP | 29.8 | |
3 | 抗压强度（7d） | MP | 46.2 | |
4 | 抗压强度（28d） | MP | 75.9 | |
5 | 抗拉强度 | MP | 17.6 | |
6 | 弯曲强度 | MP | 26.4 | |
7 | 粘结强度（7d） | MP | 3.0 | |
8 | 抗渗性能 | MP | 3.0 | |
表5 “壩道”牌超细水泥主要性能
序号 | 检测项目 | 检测结果 | 备 注 | |
指标 | 单位 | 数值 | ||
1 | 细度0.08mm | % | 0 | |
2 | 细度0.045 | % | 0.2 | |
3 | 比面积 | m²/kg | 630 | |
4 | 初凝时间 | 时：分 | 1：45 | |
5 | 终凝时间 | 时：分 | 2：28 | |
6 | 抗压强度（3d） | MP | 34.5 | |
7 | 抗折强度（3d） | MP | 6.2 | |
表6 CW改性环氧灌浆材料主要性能
序号 | 检测项目 | 检测结果 | 备 注 | |
指标 | 单位 | 数值 | ||
1 | 密度 | g/cm3 | 1.03 | |
2 | 浆液粘度（20℃） | 厘泊 | 14 | |
3 | 可操作时间（20℃） | h | 4 | |
4 | 抗压强度（30d） | MPa | 55 | |
5 | 抗拉强度（30d） | MPa | 20 | |
6 | 抗渗压力 | MPa | 1.5 | |
7 | 粘接强度（30d） | MPa | 3.0 | |
8 | 渗透压力比（%） | MPa | 400 | |
3.7.2制浆
改性环氧树脂与环氧固化剂配合比A:B=6:1，因灌浆周期较长，气温温度变化较大，改性环氧灌浆材料分A液及B液两种材料配合比需在灌浆前由试验确定。制浆时，用电子称按配合比称取适量A、B材料，混合后用搅拌机将搅拌均匀，制浆完成后立即灌浆，即随制随灌，保证浆液停留时间不超过30min。
超细水泥灌浆采用的水灰比为0.8：1，由制浆时采用婆梅氏比重计随时检测，以保显、水灰比的准确性。
3.7.3超细水泥灌浆技术要求
(1)水泥灌浆采用一泵一孔，单孔孔口封闭，孔内循环式灌浆工艺。
(2）灌浆压力：灌浆压力初设为0.3～0.5Mpa，灌浆过程中应逐级提升灌浆压力,最大上限压力为0.5Mpa。
（3）灌浆结束标准：在设计压力下，不吸浆，继续灌注30min，即可结束。并闭浆2小时以上。
（4）灌浆设备：QC-QD-Ⅱ型气动单液化学灌浆泵。
3.7.4化学灌浆技术要求
(1)灌浆顺序：自下而上、由深孔到浅孔、自一端向另一端进行。
(2)灌浆方法：采用钻孔灌浆法，相邻多孔出浆时可并联灌浆。灌浆方式为多点同步，依次灌浆。
(3)灌浆压力：灌浆压力初设为0.3～0.5Mpa，灌浆过程中逐级提升灌浆压力，最大上限压力为0.5Mpa。当坝顶排气管出浆浓度与灌浆相同时，立即关闭阀门。
(4)闭浆：在设计压力下，不吸浆，继续灌注30min，即可结束。并闭浆2小时以上。
(5)浆材及配比：CW改性环氧树脂与环氧固化剂配合比A:B=6:1。
(6)灌浆设备：QC-QD-Ⅱ型气动单液化学灌浆泵、SNS-10/6、SL-808高压注浆泵电动化学灌浆泵，SL-808高压注浆泵主要用于上、下游面裂缝灌浆。
3.7.5 大坝盲管灌浆
因大坝横向裂缝与坝体排水盲管存在交叉，在裂缝灌浆处理时浆液可能灌入盲管，为避免不必要浪费，在大坝裂缝灌浆前，先将坝体内盲管进行 P.O42.5普通水泥灌浆封堵。封堵方案如下：
（1）将廊道内的竖向排水盲管管口清理干净；
（2）根据坝体内的水平排水盲管及裂缝的位置，采用 2.4 型手风钻在大坝坝段上游立面裂缝两侧的水平排水盲管垂直钻孔，孔径 32mm，孔距 6m（局部8m），孔深以钻至盲管为准；
（3）清洗灌浆孔，埋设 Ф15 镀锌管，进浆管长度 0.5m；
（4）采用 M25 砂浆封堵孔口，廊道内盲管管口填补 1m，上游立面灌浆孔填补 30cm；
(5）灌浆：灌浆采用 P·O 42.5 普通硅酸盐水泥，先进行竖向排水盲管灌浆，再进行横向排水盲管灌浆，廊道内竖向盲管灌浆压力根据竖向盲管长度的不同而采用不同压力 , 上游立面横向盲管灌浆最大压力为 0.5MP。
为满足坝体排水需求，待裂缝处理完成后，需在坝体内重新布置排水孔。排水孔钻孔采用xy-2型地质钻，从坝面EL370.8开始，钻至廊道顶部，孔径为76mm，孔距3m。
3.8质量检查
灌浆结束28d后，在裂缝位置进行钻孔取芯、压水试验，检查裂缝灌浆成果。取芯及压水均在大坝立面进行，芯样骑缝（当裂缝布有铜止水时，在距裂缝50cm处打斜孔）钻取，芯样直径110mm，长度1.0m～1.2m之间。压水孔布置在裂缝两侧，孔径32mm，孔深1.0m，保证穿过裂缝，钻孔完成后冲洗压水孔，埋设一进一出两根PU5×8灌浆管后封孔，用化学灌浆泵进行压水。根据最新设计要求，芯样以裂缝被灌浆材料填充密实、压水检查透水率防渗区≦0.5Lu合格、其它区域≦1.0Lu为合格。经压水检查均达到要求。
3.9水泥基渗透结晶防渗涂层施工
裂缝灌浆完成3d后，对上游坝面进行表面处理，具体要求如下：
（1）沿裂缝两侧各延伸50cm进行坝面打磨，用高压水将表面冲洗干净；
（2）裂缝两侧各两侧各1m、缝端各延伸1m的范围内涂刷水泥基渗透结晶防渗涂料，涂刷前需打磨涂刷面干燥，防护涂层共涂刷二层，底层涂刷干燥后再涂刷第二层，每层厚度1.0mm。
3.10骑缝钢筋网铺设
在坝顶混凝土浇筑前沿裂缝铺设骑缝钢筋，主筋Ф28@20，L=3m（裂缝两边各1.5m），铺筋Ф25@50。
图2 3#坝段上面裂缝处理照片
4、结论
化学灌浆是化学与工程相结合，应用化学科学、化学浆材和工程技术进行基础和混凝土缺陷处理(加固补强、防渗止水)，保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项技术。该大坝处理效果良好，工程长久运行，满足设计要求，可供类似工程参考和借鉴。
参考文献：
[1] 《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》. (JC/T 1041-2007.
[2] 《水工砼建筑物修补技术及应用》.黄国兴、陈改新.
[3] 《水工建筑物化学灌浆施工规范》.（DL/T5406-2010）.
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