化學(xué)灌漿在水電站廠房底板混凝土裂縫處理中的應(yīng)用

宋冰

摘 要：針對電站底板混凝土裂縫問題，采用LW/HW化學(xué)灌漿進(jìn)行防滲加固修復(fù)處理。灌漿記錄及鉆芯取樣分析成果表明：水溶性聚氨酯以其良好的親水性、變形適應(yīng)性和膨脹伸展性，可以有效灌填密實(shí)混凝土裂縫，達(dá)到裂縫永久性堵漏與混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固修復(fù)效果。

關(guān)鍵詞：水電站；混凝土裂縫；化學(xué)灌漿；加固修復(fù)

中圖分類號：TV431 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0118-02

Application of Water-soluble Polyurethane in Anti-seepage and

Leak Treatment for Hydraulic Structures Cracks

SONG Bing

Abstract： In order to solve the concrete cracks problems in hydropower station floor， the LW/HW chemical grouting had been adopted for seepage reinforcement and repair. The results of analyzing the grouting records and core sampling showed that the water-soluble polyurethane with good hydrophilicity， deformation adaptability and expansibility could effectively fill the concrete cracks ，which could achieve the anti-seepage effect by cracks permanent plugging and strcture reinforcement.

Keywords： hydropower station；concrete cracks；chemical grouting；reinforcement repair

受當(dāng)時建設(shè)歷史背景、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、施工質(zhì)量和綜合投資資金等因素的制約，我國20世紀(jì)60年代至80年代大量修建的中小型水電站普遍存在壩體結(jié)構(gòu)單薄、防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低等問題，加上幾十年的運(yùn)行，電站存在壩體結(jié)構(gòu)裂縫、電站廠房底板裂縫、消力池底板裂縫等危害，嚴(yán)重制約了電站發(fā)電效益、生態(tài)效益和社會效益的正常穩(wěn)定發(fā)揮。我國從20世紀(jì)60年代初就開始對化學(xué)灌漿展開研究，并在70年代后期開始在水工建筑物裂縫填充領(lǐng)域應(yīng)用，經(jīng)過50余年的發(fā)展，取得了非常良好的應(yīng)用效果[1]。聚氨酯化學(xué)灌漿作為快速有效防滲堵漏材料，以其遇水固化、浸水膨脹、固結(jié)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在水工建筑物裂縫處理工程中得到了廣泛的推廣應(yīng)用。

1 水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料特性

水電站廠房底板混凝土在施工過程中或施工后，由于受澆筑時濕度差、溫差、結(jié)構(gòu)分縫、材料配合比以及水工建筑物體型等因素的綜合影響，會產(chǎn)生一些有危害性的裂縫，必須采取合理防滲加固處理措施予以處理，避免裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，造成嚴(yán)重事故。處理水電站混凝土裂縫時，應(yīng)嚴(yán)格按照滲漏處理原則，即“上堵下排，以堵為主，以排為輔”進(jìn)行防滲消缺處理。LW/HW水溶性聚氨酯作為水利水電工程裂縫處理常用的化學(xué)灌漿材料，其最大優(yōu)點(diǎn)在于以水作為固化劑，遇水固化，不存在如環(huán)氧樹脂等其他化學(xué)材料那樣的憎水性。水電站工程裂縫處理的水溶性聚氨酯，其固結(jié)體在浸水環(huán)境中48h后可以達(dá)到原固結(jié)體的3倍以上，同時可以適應(yīng)pH值在3～13的水質(zhì)環(huán)境，適應(yīng)性非常強(qiáng)。水溶性聚氨酯主要有LW和HW兩種類型，其中LW材料具有彈性好、黏度高等優(yōu)點(diǎn)；HW材料具有黏度低、固結(jié)強(qiáng)度高、可灌性好和親水性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。利用LW/HW水溶性聚氨酯的良好親水性、重復(fù)變形能力，可以有效適應(yīng)水電站廠房底板混凝土裂縫隨溫度、時空變化帶來的裂縫開度變化，始終能夠充填密實(shí)結(jié)構(gòu)裂縫，確保裂縫具有較好的防滲加固效果。水電站混凝土裂縫處理的LW/HW水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿其材料主要特性指標(biāo)，如表1所示。

對水電站廠房建筑物而言，一旦投入使用，如果底板混凝土存在裂縫就會有裂縫，有的甚至則會產(chǎn)生混凝土溶蝕，溶蝕產(chǎn)生游離鈣還會對混凝土裂縫界面產(chǎn)生較大污染。常規(guī)的充填式防滲裂縫稍有變形，就會嚴(yán)重影響防滲效果。而LW/HW聚氨酯化學(xué)灌漿材料以其親水性實(shí)現(xiàn)隨裂縫變形的自動膨脹堵塞，其防滲效果良好。

2 底板混凝土裂縫化學(xué)灌漿防滲處理

2.1 滲漏現(xiàn)狀

水電站廠房總長75m，底板混凝土厚1～1.8m，底板高程為1 641.80m，共裝3臺5 000kW水力發(fā)電機(jī)組。水電站廠房于2015年6月竣工，9月并網(wǎng)發(fā)電。工程并網(wǎng)投運(yùn)以來，電站廠房整體運(yùn)行工況良好。2016年3月，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)廠房底板存在裂縫，共9條。通過現(xiàn)場采用超聲波及鉆芯取樣檢測，初步判斷為深度開裂，個別裂縫屬于貫穿性裂縫。結(jié)合現(xiàn)場及鉆芯分析成果，初步判斷造成水電站廠房底板混凝土出現(xiàn)裂縫的原因主要有兩個。①溫差大引起混凝土表面裂縫。工程所在地地處新疆北部，晝夜溫差變化較大，在澆筑混凝土?xí)r由于結(jié)構(gòu)體內(nèi)外溫差作用產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)整體性不佳。②凍融破壞。2016年初，工程所在地出現(xiàn)長時間、極端低溫環(huán)境，加上廠房底部臨近建基面，受基礎(chǔ)約束較強(qiáng)。在溫度和基礎(chǔ)約束等因素的共同作用下，春季消融破壞導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)在膨脹和收縮拉伸破壞作用下產(chǎn)生裂縫。為了提高底板結(jié)構(gòu)整體受力性能，避免裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，急需盡快采取合適的防滲加固措施，達(dá)到永久堵漏兼補(bǔ)強(qiáng)加固的雙重效果。

2.2 裂縫防滲加固修復(fù)方案

考慮到水電站廠房底板混凝土裂縫才剛產(chǎn)生，尚未完全穩(wěn)定，常規(guī)防滲材料很難適應(yīng)裂縫變形特性，要求所灌防滲材料既能實(shí)現(xiàn)滲漏封堵，又具有較強(qiáng)黏結(jié)和自適應(yīng)變形堵塞性能，以達(dá)到防滲補(bǔ)強(qiáng)且兼顧一定延伸率，以適應(yīng)裂縫變形的防滲效果。經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的綜合對比分析，決定采用高分子聚氨酯材料對水電站廠房底板混凝土裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿加固修復(fù)處理，如圖1所示。

灌漿壓力選擇在35MPa以下，根據(jù)底板混凝土裂縫部位進(jìn)行點(diǎn)壓式灌漿。從Φ16灌漿管中注入漿液，以高壓將漿液注入結(jié)構(gòu)縫中并不斷向裂縫四周擴(kuò)張。灌漿結(jié)束后采用80mm厚的丙乳砂漿對灌漿孔和排氣孔進(jìn)行封孔。在整個灌漿過程中，詳細(xì)記錄灌漿時間、灌漿壓力、注漿量等特性參數(shù)，確保灌漿具有較高的質(zhì)量。

2.3 化學(xué)灌漿防滲加固修復(fù)成果

2.3.1 裂縫灌漿記錄。水電站底板混凝土防滲化學(xué)灌漿，共處理裂縫9條，總長度115.78m，共灌入漿液258.5kg，平均每米灌入化學(xué)漿液量達(dá)2.23kg，表明水溶性聚氨酯灌漿材料已灌入到混凝土裂縫深處。同時，在灌漿過程中發(fā)現(xiàn)在裂縫周圍的混凝土微孔處有少量出漿現(xiàn)象，說明在高壓條件下漿液已滲入裂縫四周，可灌性好，對裂縫周圍不密實(shí)混凝土也起到了較好的密實(shí)充填加固作用，底板結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提高。

2.3.2 鉆芯取樣分析。為檢測化學(xué)灌漿效果，現(xiàn)場在業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位的專業(yè)技術(shù)人員的監(jiān)督下，對指定裂縫進(jìn)行鉆芯取樣，共鉆取直徑Φ100mm混凝土芯樣7個，其中，長120cm芯樣3個、50cm芯樣4個。芯樣外觀完整密實(shí)，裂縫處已全部被漿液填實(shí)，說明灌漿質(zhì)量較好。經(jīng)試驗(yàn)檢測，芯樣試驗(yàn)塊最高抗壓強(qiáng)度為28.2MPa，最低為26.7MPa，平均抗壓強(qiáng)度為27.65MPa，為設(shè)計(jì)C25混凝土抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的110.6%。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在電站廠房底板典型部位做壓水試驗(yàn)，共做6組，經(jīng)檢測最大透水率為2.93Lu，最小透水率為1.21Lu，平均透水率1.57Lu，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求的3Lu指標(biāo)，防滲效果較好。

3 結(jié)論

以LW/HW為主的水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿在水電站裂縫防滲處理中應(yīng)用時，要充分掌握灌漿材料的特性，并制定合理的施工質(zhì)量監(jiān)控，確保防滲加固修復(fù)具有較高的質(zhì)量。水電站底板混凝土裂縫防滲加固修復(fù)工程中，結(jié)合裂縫現(xiàn)狀和工程特性，采用聚氨酯材料對裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿防滲加固修復(fù)處理。經(jīng)灌漿記錄資料和鉆芯取樣分析，證實(shí)灌漿后裂縫混凝土密實(shí)飽滿，強(qiáng)度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求且透水率非常低，達(dá)到裂縫永久性堵漏與補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)的效果，有效提高了電站廠房底板混凝土結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性和耐久性。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁元國，方彩霞.化學(xué)灌漿在白川水電站水工建筑物防滲堵漏中的應(yīng)用[J].廣西水利水電，2012（3）：49-51.