CN112459010A - 一种水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，确定大坝的渗漏部位，评估渗漏部位的渗漏裂隙：当渗漏裂隙＞0.2mm时，先采用水泥基注浆材料中压注浆，中压注浆压力为最大容许注浆压力的1/2；再采用化学注浆材料低压注浆，低压注浆压力为最大容许注浆压力的1/5和0.6MPa中的最小值；当渗漏裂隙≤0.2mm时，直接采用化学注浆材料低压注浆，低压注浆压力为最大容许注浆压力的1/5和0.6MPa中的最大值；化学注浆材料包括环氧树脂类、丙烯酰胺类或聚氨脂类。该水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法适用于混凝土坝各种宽度的裂缝补漏的注浆施工。

Description

一种水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法

技术领域

本发明涉及水利工程注浆领域，尤其涉及一种水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法。

背景技术

随着经济建设的发展，我国水利工程投资和建设力度不断加大，水利工程大坝设计标准也不断提高。其中，混凝土坝可通过坝身泄水或取水，省去专设的泄水和取水建筑物，施工导流和施工度汛比较容易，安全性较好，被广泛建设和使用。由于混凝土坝的防渗层和混凝土层之间、防渗层的浇筑层之间存在薄弱层，水流冲击侵蚀、季节变更热胀冷缩等，容易诱发结构性裂缝。每个坝段垂直于水流方向的1/2到1/3处极容易形成垂直连续裂缝，这种裂缝一旦贯穿混凝土防渗层，就会形成渗水通道。因此，如何进行修补和加固已成为水利工程研究领域的重要课题。

注浆技术是解决混凝土坝的补漏加固问题最直接的方法。注浆方案的选择、注浆材料的选择具有重要意义，如果选择不当会影响注浆施工的质量，对混凝土坝的安全性带来严重隐患。现有技术中，往往采用水泥-水玻璃双液注浆的方法对混凝土坝进行补漏加固处理，注浆压力往往采用经验值0.8-1.2MPa。这种注浆方法对宽度较大的裂缝具有良好的灌注补漏作用，但不管是普通水泥还是超细水泥都无法处理裂缝宽度小于0.2mm的情况。

发明内容

本发明提供了一种水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，以适用于混凝土坝各种宽度的裂缝补漏的注浆施工。

本发明提供的一种水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，确定大坝的渗漏部位，评估渗漏部位的渗漏裂隙：当渗漏裂隙＞0.2mm时，先采用水泥基注浆材料中压注浆，中压注浆压力为最大容许注浆压力的1/2；再采用化学注浆材料低压注浆，低压注浆压力为最大容许注浆压力的1/5和0.6MPa中的最小值；当渗漏裂隙≤0.2mm时，直接采用化学注浆材料低压注浆，低压注浆压力为最大容许注浆压力的1/5和0.6MPa中的最大值；所述化学注浆材料包括环氧树脂类、丙烯酰胺类或聚氨脂类。

可选地，注浆压力计算方法如下：

其中：P₁₁为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用水泥基注浆材料中压注浆的注浆压力；单位MPa；P₁₂为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用化学材料低压注浆的注浆压力，单位 MPa；P₂为当渗漏裂隙≤0.2mm时，采用化学材料低压注浆的注浆压力，单位MPa； P₃＝0.6MPa；P_max为最大容许注浆压力，单位MPa；γ为地基天然重度，单位KN/m³；σ为混凝土抗拉强度，单位kPa；h为注浆位置以上土柱高度，单位m。

可选地，注浆量计算方法如下：

Q₁₂＝1/2Q₁；

其中：Q₁₁为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用水泥基注浆材料中压注浆的注浆量，单位m3；Q₁₂为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用化学注浆材料低压注浆的注浆量，单位m3； Q₂为当渗漏裂隙≤0.2mm时，采用化学注浆材料低压注浆的注浆量；α为浆液填充系数， 0.4-0.9；β为浆液损耗系数；r为浆液有效扩散半径，单位m；l为注浆段长度，单位m； m为大坝混凝土孔隙率；n为浆液结石率；T为渗漏部位处大坝的最大厚度，单位m；t为渗漏部位处大坝的平均厚度，单位m。

可选地，当渗漏裂隙＞0.2mm时，先采用水泥基-水玻璃双液中压注浆，再采用环氧注浆材料低压注浆；当渗漏裂隙≤0.2mm时，直接采用环氧注浆材料低压注浆。

可选地，包括复合水泥基-水玻璃双液注浆材料和环氧注浆材料，其中：所述水泥基-水玻璃双液注浆材料包括以下组分：硅酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、氯化铝、钠沸石、水玻璃。所述环氧注浆材料包括以下组分：环氧树脂、呋喃树脂、丙三醇缩水甘油醚、碳酸乙烯酯、乙二胺、蛋白胶、NaOH、氯化镁、戊二醛。

可选地，当渗漏裂隙＞0.2mm时，还分为：当渗漏裂隙＞1mm时，先采用水泥基 -水玻璃双液中压注浆，再采用环氧材料低压二次注浆；当0.2mm＜渗漏裂隙≤1mm，先采用活性炭纤维改性水泥基-水玻璃双液中压注浆，再采用环氧材料低压二次注浆。

可选地，所述水泥基-水玻璃双液注浆材料包括以下组分：硅酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、铝酸钠、钠沸石、水玻璃；所述活性炭纤维改性水泥基-水玻璃双液注浆材料包括以下组分：硅酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、氯化铝、钠沸石、水玻璃、活性炭纤维粉；所述环氧注浆材料包括以下组分：环氧树脂、呋喃树脂、丙三醇缩水甘油醚、碳酸乙烯酯、乙二胺、蛋白胶、NaOH、氯化镁、戊二醛。

本发明具有以下有益效果：

(1)根据混凝土坝裂隙宽度分情况选择不同的注浆材料组合，以0.2mm为分界点：当渗漏裂隙＞0.2mm时，先采用水泥基注浆材料注浆，再采用化学注浆材料注浆，这样先用水泥基注浆材料对裂隙进行初步填充，但受到水泥基注浆材料本身性质的影响，仍会留下细小裂隙，这时再采用环氧树脂类、丙烯酰胺类或聚氨脂类等化学注浆材料进行二次注浆填充，利用化学注浆材料韧性强、可灌性好的特点，将细小裂隙填充。而当渗漏裂隙≤0.2mm时，直接采用化学注浆材料注浆，直接将细小裂隙进行填补修复。这样不仅可以将原有裂隙进行补漏，而且进一步连接防渗层和混凝土层之间、防渗层的浇筑层之间存在薄弱层，增强坝体的防渗强度，对坝体防渗层具有优越的加固作用，保证补漏防渗加固施工的质量。

(2)根据不同的注浆材料组合，选择不同的压力，注浆压力的确定是保证浆液顺利注入的重要环节，以0.2mm为分界点：当渗漏裂隙＞0.2mm时，水泥基注浆材料采用中压注浆，压力为最大容许注浆压力的1/2，这个压力下浆液既能保持扩散范围覆盖裂隙所在位置可能的渗漏范围，又能节约浆液，保证注浆作业的经济性；化学注浆材料采用低压注浆，低压注浆压力为最大容许注浆压力的1/5和0.6MPa中的最小值，保证注浆压力尽可能的小，使化学注浆材料不仅尽可能得扩散到裂隙可能到达的范围，而且扩散到防渗层和混凝土层之间、防渗层的浇筑层之间存在薄弱层。当渗漏裂隙≤0.2mm时，直接采用化学注浆材料低压注浆，低压注浆压力为最大容许注浆压力的 1/5和0.6MPa中的最大值，这时没有采用最小的压力，是因为裂隙较小的情况下，往往渗漏程度较低，使用相对稍高一些的压力就能满足补漏防渗加固的效果，同时还可保证施工的效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

具体实施方式

本发明提供了一种水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，以适用于混凝土坝各种宽度的裂缝补漏的注浆施工。下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例1提供了一种补漏加固注浆方法，首先要确定大坝的渗漏部位，评估渗漏部位的渗漏裂隙，以渗漏裂隙0.2mm为界：当渗漏裂隙＞0.2mm时，先采用水泥基注浆材料中压注浆，中压注浆压力为最大容许注浆压力的1/2，再采用化学注浆材料低压注浆，低压注浆压力为最大容许注浆压力的1/5和0.6MPa中的最小值。当渗漏裂隙≤0.2mm时，直接采用化学注浆材料低压注浆，低压注浆压力为最大容许注浆压力的 1/5和0.6MPa中的最大值。化学注浆材料包括环氧树脂类、丙烯酰胺类或聚氨脂类。

其中，注浆压力计算方法如下：

上式中：P₁₁为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用水泥基注浆材料中压注浆的注浆压力；单位MPa；P₁₂为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用化学材料低压注浆的注浆压力，单位 MPa；P₂为当渗漏裂隙≤0.2mm时，采用化学材料低压注浆的注浆压力，单位MPa； P₃＝0.6MPa；P_max为最大容许注浆压力，单位MPa；γ为地基天然重度，单位KN/m³；σ为混凝土抗拉强度，单位kPa；h为注浆位置以上土柱高度，单位m。

注浆量计算方法如下：

Q₁₂＝1/2Q₁；

上式中：Q₁₁为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用水泥基注浆材料中压注浆的注浆量，单位m3；Q₁₂为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用化学注浆材料低压注浆的注浆量，单位 m3；Q₂为当渗漏裂隙≤0.2mm时，采用化学注浆材料低压注浆的注浆量；α为浆液填充系数，0.4-0.9；β为浆液损耗系数；r为浆液有效扩散半径，单位m；l为注浆段长度，单位m；m为大坝混凝土孔隙率；n为浆液结石率；T为渗漏部位处大坝的最大厚度，单位m；t为渗漏部位处大坝的平均厚度，单位m。

上述各参数的取值范围根据浆液的具体情况而定，一般地，β为1.15-1.30；m为1％-5％；n为0.5-0.95，且浆料水灰比越高其取值越低。关于T的确定和t的计算，可按照需要补漏的裂隙部位设置的注浆孔的分布区域，确定此裂隙部位坝体的最大厚度，即为T，计算此裂隙部位坝体的平均厚度即为t。

在当渗漏裂隙＞0.2mm时，将坝体厚度作为其中的两个参数，经过申请人反复实验验证，发现这种方法计算得出的两次注浆的注浆量更为准确合适，适合作为混凝土坝防渗加固的注浆施工。

其他的具体实施步骤均按照行业技术规范进行，可参照SL62-2014《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》的要求。放线确定孔位，搭建固定钻机进行钻孔，在钻机安装时确保牢固平稳和主轴方向竖直，孔距误差控制在10cm以内，孔底偏差值控制在 25cm以内。注浆孔孔距15-20mm，间距150-200mm，采用梅花形排布，注浆段长5-10m。注浆设备采用双液注浆泵，同时配备高压注浆管路系统。压力表安装在注浆口进浆部位并在使用前进行标定。注浆过程中要坚持“少注多复”的方法，每个注浆孔都需要反复多次注浆，以提高注浆效果。具体注浆次数根据坝体的裂隙渗漏情况和注浆孔的深度决定。当注浆孔的注入率低于0.3L/min时为水泥基注浆材料注浆结束的标准，可结束注浆，当注浆孔的注入率低于0.5L/min时为化学注浆材料注浆结束的标准，可结束注浆。达到注浆结束标准后结束注浆并进行封孔，其中，水泥基注浆材料注浆结束后要预留注浆孔或在化学注浆材料注浆时再重新开口。

实施例2

本实施例2提供了上述补漏加固注浆方法中注浆材料的选择方案。

关于中压注浆中的水泥基-水玻璃双液注浆材料。为了最大限度提升注浆后坝基的强度和稳定性，选择水泥基-水玻璃双液注浆材料最为合适。水泥可选择普通的硅酸盐水泥，也可选择超细水泥。本实施例中选择硅酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、氯化铝、钠沸石、水玻璃的组合。以质量份数计，硅酸盐水泥50-70份、粉煤灰20-30份、膨润土5-10份、钠沸石5-10份，氯化铝溶液(1moL/L)0.5-1份，混合得到水泥浆。水泥浆和水玻璃的体积比为1：(5-6)。在一个优选方案中：以质量份数计，硅酸盐水泥 65份、粉煤灰20份、膨润土7份、钠沸石7份，氯化铝溶液(1moL/L)0.7份，混合得到水泥浆。水泥浆和水玻璃的体积比为1：5。钠沸石由于孔丰富，具有巨大的比表面积，表面活性点活跃，可以起到负载作用，保证水泥浆流动性的前提下，可提高水泥浆的强度。除此之外，还其表面活性位点可以和部分氯化铝中的铝、水玻璃中的钠和硅结合，提高彼此之间的联结性，进一步增强注浆后坝体的强度。

关于低压注浆中的环氧注浆材料，包括以质量份数计的以下组分：环氧树脂50-70份、呋喃树脂20-30份、丙三醇缩水甘油醚30-80份、碳酸乙烯酯20-50份、乙二胺 20-50份、蛋白胶5-15份、NaOH3-8份、氯化镁3-8份、戊二醛5-10份。在一个优选方案中上述环氧注浆材料的组分为：环氧树脂60份、呋喃树脂30份、丙三醇缩水甘油醚50份、碳酸乙烯酯30份、乙二胺30份、蛋白胶10份、NaOH溶液(1moL/L)5 份、氯化镁溶液(1moL/L)5份、戊二醛8份。环氧树脂材料由于其优异的力学性能、耐水性、耐腐蚀性、抗冻性能、抗阻尼性能而被广泛应用于各种领域。环氧注浆材料是指以环氧树脂为主要成分，配以稀释剂、固化剂以及其他助剂而制成的低粘度浆液。环氧注浆材料易于注入坝体的裂隙中，通过原位聚合反应固化成性能优异的固结体，从而达到补漏加固作用。现有技术中，为追求环保，往往只将环氧树脂以低分子缩水甘油醚类稀释剂稀释，这种情况下，其稀释效果欠佳，会导致环氧树脂难以保持低粘度，远远不及糠醛丙酮稀释体系。

本发明的环氧注浆材料以环氧树脂和呋喃树脂为主要成分，以丙三醇缩水甘油醚和碳酸乙烯酯的混合物为稀释体系，较之于传统的糠醛丙酮稀释体系更加环保，碳酸乙烯酯的加入使得丙三醇缩水甘油醚的渗透性进一步提升，且能同时保证环氧树脂和呋喃树脂注浆材料的低粘度，可灌时间充裕，可灌性得到保障。呋喃树脂可提高注浆后固结体的耐腐蚀性，但是其固化困难。本发明中，呋喃树脂在环氧树脂和乙二胺的固化体系下，不仅固化反应速率大大提高，而且该固化体系还能对呋喃树脂进行改性，增强注浆后固结体的耐腐蚀性、韧性。戊二醛是一种在常温下无挥发性的醛类，被称为是无毒醛。戊二醛、蛋白胶、NaOH、氯化镁体系作为该环氧注浆材料中的调控助剂，蛋白胶在该体系下，可被环氧树脂和呋喃树脂进行改性，使得其胶黏性质更适用于环氧树脂的低粘度体系，对细小裂隙尤其是经过一次注浆后仍留下的细小裂隙，补漏加固效果明显，经其注浆后的混凝土坝的防渗层和混凝土层之间、防渗层的浇筑层之间稳定性、强度、耐腐蚀性都得到进一步提升。

除此之外，当渗漏裂隙＞0.2mm时，还分为：当渗漏裂隙＞1mm时，先采用水泥基-水玻璃双液注浆材料中压注浆，再采用环氧材料低压二次注浆。当0.2mm＜渗漏裂隙≤1mm，先采用活性炭纤维改性水泥基-水玻璃双液注浆材料中压注浆，再采用环氧材料低压二次注浆。

对于活性炭纤维改性水泥基-水玻璃双液注浆材料，其包括以下组分：硅酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、氯化铝、钠沸石、水玻璃、活性炭纤维粉。作为该尺寸的中度裂隙，超细水泥浆能起作用的范围大约为0.5mm，有时还需要搭配高压瞬间灌浆施工。经过活性炭纤维粉的改性，该水泥浆更适用于渗漏裂隙大于0.2mm，但小于1mm的情况。经过反复实验结果发现，其渗透扩散效果要好于直接采用超细水泥-水玻璃双液注浆，可适用于中压注浆，补漏加固效果好，且经济性优。

以上的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在实施例中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，其特征在于，确定大坝的渗漏部位，评估渗漏部位的渗漏裂隙：

当渗漏裂隙＞0.2mm时，先采用水泥基注浆材料中压注浆，中压注浆压力为最大容许注浆压力的1/2；再采用化学注浆材料低压注浆，低压注浆压力为最大容许注浆压力的1/5和0.6MPa中的最小值；

当渗漏裂隙≤0.2mm时，直接采用化学注浆材料低压注浆，低压注浆压力为最大容许注浆压力的1/5和0.6MPa中的最大值；所述化学注浆材料包括环氧树脂类、丙烯酰胺类或聚氨脂类。

2.根据权利要求1所述的水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，其特征在于，注浆压力计算方法如下：

其中：P₁₁为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用水泥基注浆材料中压注浆的注浆压力；单位MPa；P₁₂为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用化学材料低压注浆的注浆压力，单位MPa；P₂为当渗漏裂隙≤0.2mm时，采用化学材料低压注浆的注浆压力，单位MPa；P₃＝0.6MPa；P_max为最大容许注浆压力，单位MPa；γ为地基天然重度，单位KN/m³；σ为混凝土抗拉强度，单位kPa；h为注浆位置以上土柱高度，单位m。

3.根据权利要求1所述的水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，其特征在于，注浆量计算方法如下：

其中：Q₁₁为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用水泥基注浆材料中压注浆的注浆量，单位m³；Q₁₂为当渗漏裂隙＞0.2mm时，采用化学注浆材料低压注浆的注浆量，单位m³；Q₂为当渗漏裂隙≤0.2mm时，采用化学注浆材料低压注浆的注浆量；α为浆液填充系数，0.4-0.9；β为浆液损耗系数；r为浆液有效扩散半径，单位m；l为注浆段长度，单位m；m为大坝混凝土孔隙率；n为浆液结石率；T为渗漏部位处大坝的最大厚度，单位m；t为渗漏部位处大坝的平均厚度，单位m。

4.根据权利要求1所述的水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，其特征在于，

当渗漏裂隙＞0.2mm时，先采用水泥基-水玻璃双液中压注浆，再采用环氧注浆材料低压注浆；

当渗漏裂隙≤0.2mm时，直接采用环氧注浆材料低压注浆。

5.根据权利要求4所述的水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，其特征在于，包括复合水泥基-水玻璃双液注浆材料和环氧注浆材料，其中：

所述水泥基-水玻璃双液注浆材料包括以下组分：硅酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、氯化铝、钠沸石、水玻璃；

所述环氧注浆材料包括以下组分：环氧树脂、呋喃树脂、丙三醇缩水甘油醚、碳酸乙烯酯、乙二胺、蛋白胶、NaOH、氯化镁、戊二醛。

6.根据权利要求4所述的水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，其特征在于，当渗漏裂隙＞0.2mm时，还分为：

当渗漏裂隙＞1mm时，先采用水泥基-水玻璃双液中压注浆，再采用环氧材料低压二次注浆；

当0.2mm＜渗漏裂隙≤1mm，先采用活性炭纤维改性水泥基-水玻璃双液注浆材料中压注浆，再采用环氧材料低压二次注浆。

7.根据权利要求6所述的所述的水利工程混凝土坝补漏加固注浆方法，其特征在于，

所述水泥基-水玻璃双液注浆材料包括以下组分：硅酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、铝酸钠、钠沸石、水玻璃；

所述活性炭纤维改性水泥基-水玻璃双液注浆材料包括以下组分：硅酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、氯化铝、钠沸石、水玻璃、活性炭纤维粉；

所述环氧注浆材料包括以下组分：环氧树脂、呋喃树脂、丙三醇缩水甘油醚、碳酸乙烯酯、乙二胺、蛋白胶、NaOH、氯化镁、戊二醛。