浅谈水工隧洞混凝土化学灌浆工程中材料与施工工艺的合理选择

摘要化学灌浆是一项专业性较强的技术，它包括了浆材、化灌工艺和灌浆设备，它是混凝土缺陷处理的一项非常有效的施工方法。在施工过程中，针对不同的裂缝类型，能够选用合理的化学灌浆材料和施工工艺，将大大地提高化学灌浆工作效率，缩短工期，降低处理的成本，具有良好的经济和社会效益。本文结合工程实际，对水工建筑物化学灌浆工程常用的浆材、施工工艺及设备进行了介绍，为类似工程提供了有价值的参考、借鉴。

关键词水工隧洞 混凝土 化学灌浆工程 材料 施工工艺 选择

中图分类号： TV672+.1 文献标识码： A 文章编号：

前言

根据2010年10月01日开始实施的我国第一部关于化学灌浆施工的规范DL/T 5406-2010 《水工建筑物化学灌浆施工规范》的定义，化学灌浆是利用钻孔、埋管、贴嘴等设施，将化学浆液注入基岩、覆盖层（砂层）、混凝土裂缝、结构缝等需处理的工程部位，使其充填、扩散、胶凝、固结，达到防渗堵漏、补强加固目的的工程措施。化学灌浆是在水泥等粒状灌浆材料应用基础上发展起来的，其所用灌浆材料为真溶液，与颗粒性石灰、粘土和水泥灌浆材料相比，可灌性好、胶凝时间可按工程需要调节、粘结强度高，因此，某些用水泥灌浆不能解决的工程问题，采用化学灌浆材料处理或进行复合灌浆，基本上都可以获得满意的解决。目前，运用化学灌浆技术解决工程中防渗堵漏与加固补强两大方面的工程问题取得了卓越成效。今后，随着DL/T 5406-2010 《水工建筑物化学灌浆施工规范》、JC/T 2037-2010《丙烯酸盐灌浆材料》及JC/T 2041-2010《聚氨酯灌浆材料》等一系列规范的实施以及我国经济建设的快速发展，化学灌浆将会在水利水电、交通、采矿、建筑行业和文物保护方面的得到越来越广泛的应用。本文结合四川泸定水电站2#泄洪洞的混凝土裂缝及施工缝渗水等缺陷的试验研究处理，对如何合理选择水工隧洞混凝土化学灌浆工程材料及施工工艺进行了探讨，对不同类型的混凝土缺陷选用了针对性化学灌浆材料及施工工艺，对今后类似工程的处理具有一定的指导意义。

正确选用化学灌浆材料是保障化学灌浆工程效果和耐久性的关键

成功的化学灌浆处理工程应是能满足设计或使用要求与保证化学灌浆处理工程的耐久性两个方面。水利水电行业是我国应用化学灌浆技术最早的行业，由于工程的重要性，对化灌浆材施灌效果和耐久性的要求十分重视，一般都必须经过现场工艺性试验并进行各项试验检测，以选出性能效果最好的材料进行工程应用，下面结合泸定水电站施工实际进行相关介绍。

四川泸定水电站为大渡河干流水电梯级开发的第十二级水电站，位于甘孜藏族自治州泸定县境内，2#泄洪洞位于大渡河右岸, 长1431m，纵坡约11.23‰，为特大断面水工隧洞。隧洞衬砌厚度140～160cm，衬砌后过水断面为13×19m，该洞室底板迎水面及边墙采用了C40HF抗冲耐磨混凝土衬砌。在施工过程中，由于温度应力及基础约束等多方面因素影响，墙拱C40HF抗冲耐磨混凝土衬砌范围内发生了较多裂缝。根据统计，裂缝总长4811m，其中2459m为渗水裂缝，其余为干缝。渗水裂缝宽度均大于0.2mm（大部分集中在0.2～0.4mm之间）、与水平夹角大部分大于45°，且主要集中在局部地段、渗水量较大。此外，在部分施工缝位置，也出现了少量渗漏水流淌的现象。通过分类调查统计显示，本工程出现的裂缝类型为小于0.2mm的浅表裂缝、大于0.2mm的干裂缝、大于0.2mm的渗水裂缝（渗水量小，未出现明显流淌现象）、大于0.2mm的渗水裂缝（渗水量大，出现较大流淌现象）等四种类型。由于裂缝类型的不同，并结合水工隧洞工程耐久性的要求，需要对不同类型、不同特性的化学灌浆材料进行合理选择。

化学灌浆材料品种很多，分类方法也很多，除按照组成化学灌浆材料主要材料的成分进行分类外，也可按灌浆目的分为防渗堵漏、固结补强两类，这些材料都有一定的独特性能，使用的针对性强，使用时应根据工程处理的要求加以选用。常见的两大类型化学灌浆材料见下表。

常用的两大类型化学灌浆材料

类型 名 称 特性及使用条件 备注

防渗堵漏型 丙烯酰胺

（丙凝） 固化体具有弹性，抗渗性能好，凝固速度快，有失水干缩和再次遇水膨胀性能，适于防渗堵漏，是曾经普遍使用的化学灌浆材料，但由于毒性较大，目前国外已禁止使用，我国已不提倡使用。

聚氨酯 分为水溶性聚氨酯和油溶性聚氨酯：其中水溶性聚氨酯又分为高强度（HW）、低强度（LW）两类，两者能以任意比例互溶，以得到不同性能的固结体。其特点是与水反应迅速，并能与水形成凝胶体，呈柔性弹性体，适用于大流量的快速堵水与潮湿裂缝的防渗处理，但由于其强度低，不具备对混凝土的补强作用，且其泡沫易破裂而产生收缩，耐久性较差，主要用于各种防渗堵漏工程；油溶性聚氨酯与水不相容，只能溶于有机溶剂，并与水或其他活性氢基团反应而固化，其反应速度较快，形成的固结体呈刚性，一般强度较高，既可用于防渗堵漏工程，也可用于补强加固工程。

丙烯酸盐 性能与丙凝类似，目前研制出的第二代丙烯酸盐灌浆材料已达到实际无毒级别，是取代丙凝的理想材料，多使用在地基处理和防渗堵漏上，成本较水溶性聚氨酯高。

水玻璃 最早使用的化学灌浆材料，具有无毒、价廉、黏度小等特点，是多数防渗堵漏材料的首选，特别是水泥－水玻璃体系在工程中得到了广泛的应用，但由于强度低、耐久性差，一般只在临时性工程中使用。

固结补强型 环氧树脂 结构中含有环氧基团，能与活性基团反应，生成稳定的高分子结构。具有强度高、收缩小、粘结力强、耐老化性能好的特点，常用于混凝土结构和地基基础的补强、加固与防渗处理，是使用最为广泛的化学材料之一。但由于其属于固化时间比较长的灌浆材料，因此对于有流动水的场合，不宜采用。

油溶性

聚氨酯 与水不相容，只能溶于有机溶剂，并与水或其他活性氢基团反应而固化，其反应速度较快，形成的固结体呈刚性，一般强度较高，可用于补强加固工程，但不适用于混凝土结构裂缝。

甲基丙烯酸甲酯

（甲凝） 黏度低（低于水），可灌性好，但固化过程中体积有收缩。比重低于水，不能灌注有水裂缝，适于灌注δ＝0.05～0.1mm的发丝裂缝，常用于混凝土干细裂缝和文物修复处理。

然而以上两种类型的化灌浆材的功能并非绝然分开。第一种类型中的水玻璃，亦可单独或与水泥混合用于强度要求较低的土基的半永久性补强材料，聚氨酯中强度较高的油溶性聚氨酯也可用于非结构性混凝土裂缝补强。而少数亲水性较好且固化较快的改性环氧浆材对渗流量小的混凝土结构裂缝具有排水补强功能，但出水量较大的工程不能用作堵水材料。所以，在实际应用中应根据工程实际情况合理地选用浆材。对于混凝土裂缝化灌处理的合理选择原则一般应考虑以下几个方面：

1）要根据工程使用要求选择浆材

首先应考虑工程要求是防渗堵漏还是补强加固，亦或是既要防渗堵漏又要求进行加固补强；要根据渗漏量大小和补强的要求在上述两类材料中进行选择，补强要求不高，可选择聚氨酯；对渗漏量小而补强要求高的可选择亲水性的改性环氧浆材；对伸缩缝、变形缝、活动性裂缝及出水量大、有流动水的化灌应选择聚氨酯材料。

2）要考虑工程应用的环境情况来选择浆材

考虑化灌工程所处的环境条件是正确选择浆材的重要因素。对于在高寒地区使用的材料，其抗冻融性要好，温差变化大，其韧性或弹性要好。对处于腐蚀介质环境中的工程，要求耐腐蚀性要好，如地下工程处于有腐蚀性地下水地段的混凝土结构裂缝等，可选择改性环氧中韧性好、无溶剂或使用活性溶剂而收缩性更小的环氧浆材。