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环氧树脂灌浆在地铁渗漏水治理中的应用

    本文提出了修复性堵漏的理念及该理念对渗漏水治理灌浆材料的要求,并在这一理念的指导下,采用高强度堵漏环氧树脂灌浆材料解决了重庆地铁5号线车站和暗挖区间存在的裂缝、施工缝、蜂窝等部位的渗漏水,该材料在有水的条件下既能够对混凝土缺陷导致的渗漏水长期有效的封堵,较高的强度又能修复混凝土缺陷,使建筑物混凝土结构安全性、可靠性、耐久性的保持和恢复。

    地下交通为城市节省了大量的空间,且方便快捷,运送能力更强大,目前已经有近30个城市进行地下交通的建设,地下交通越来越成为人口众多的大城市必选的交通方式之一,因此地下交通线的安全和耐久性越来越引起人们的重视。但是目前的轨道交通施工情况由于防水问题、混凝土浇筑和养护等问题往往存在裂缝渗漏水的情况,渗漏水的存在会严重的影响地下混凝土结构的耐久性。据新闻媒体报道,至2002年底,我国共有铁路隧道5711座,总延长2833千米出现渗漏,其中严重渗漏水的隧道有1620座、23400处,占总座数的28.4%。至2002年底,共有公路隧道1700座,总延长704千米出现渗漏,其中严重渗漏水隧道达500余座,约占总座数的30%。我国北京、上海和广州的城市地下铁道中,渗漏水情况已在30%左右。中铁西南研究院对广州、沈阳等铁路局管辖的地区部分隧道进行抽样调查:隧道结构渗漏水达50.4%,有的区段高达94%,严重渗漏水的约占调查数量的1/3。

01渗漏水治理现状

   
地铁渗漏水治理的方法主要有化学浆液灌浆法、速凝水泥封堵法、水泥灌浆法、水泥-水玻璃灌浆法等。其中化学灌浆法是当前处理地铁混凝土结构渗漏水的简单快速有效的方法,隧道、地铁、煤矿、大坝、地下室等地下工程都大量采用水性或油性聚氨酯灌浆材料进行裂缝或各种缺陷的渗漏水处理,每年用量3万多吨。聚氨酯灌浆材料的注浆工艺简单,遇水发泡、见效快,在渗漏水治理材料中占据主导地位,但在渗漏水治理的实践中逐渐发现聚氨酯遇水产生的发泡体临时性堵水效果较好,但是往往持续不长时间就会重新出现渗漏水,永久防渗效果差,经常大量返工,浪费了大量的资源。水性聚氨酯采用亲水性聚醚遇水发泡膨胀后止水,失水后收缩易导致脱离混凝土的界面形成复漏,油性聚氨酯采用疏水型聚醚遇水发泡膨胀止水,但疏水型聚醚在潮湿界面对混凝土的粘接较差,若惰性溶剂过多则也会产生收缩导致复漏。如国家电力公司大坝安全监察中心管理的五强溪混凝土大坝坝体横缝渗漏水治理采用水性和油性聚氨酯灌浆材料进行处理,由于聚氨酯灌浆材料的耐久性较差导致2年后处理的横缝又全线滴水,失去堵漏作用。另外,丙凝、丙烯酸盐灌浆材料作为弹性凝胶体在某些渗漏水部位也有大范围使用,这两类材料与水反应后形成吸水性凝胶体,因此能够在用于含水的渗漏水部位,但是该类型的材料无强度,不建议用于混凝土结构病害部位,可用于预制混凝土构件、预留伸缩缝等部位渗漏水治理。

02地下工程耐久性要求

   
水也是多数地下混凝土结构出现耐久性问题的核心因素,不仅物理劣化过程与水有关(如抗冻性、冲刷);同时作为传输侵蚀性离子的介质,水又是其化学劣化过程的一个根源(侵蚀、碳化、钢筋锈蚀)。裂缝的出现给水直接面对钢筋的机会,混凝土中钢筋锈蚀,引起体积膨胀2~7倍,导致混凝土保护层开裂破坏。同时,水中溶解的CO2会侵蚀混凝土,若混凝土中CaO被溶出25%时,混凝土强度将降低60%,当CaO被溶出33%时,混凝土将变得疏松而失去强度。

    因此,渗漏水的存在将会严重威胁混凝土结构的耐久性和安全性,导致混凝土结构的设计寿命无法有效保障。目前,混凝土结构的渗漏水的治理焦点集中于堵漏,堵漏只是解决了水的问题,解决了混凝土建筑物使用和舒适美观的问题,但是混凝土开裂、蜂窝等带来的渗漏水导致的混凝土结构的耐久性、整体性、安全性的下降尚未引起行业足够重视。

    混凝土结构本体的耐久性越来越引起相关部门的重视,相继出台了GB/T 50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》、TB10005-2010《铁路混凝土结构耐久性设计规范》,推动从源头上控制混凝土的耐久性问题。地铁隧道的混凝土结构设计寿命为100年,混凝土建筑物建设完成以后因为裂缝、蜂窝、施工缝等导致渗漏水造成混凝土耐久性的下降尚未引起行业的重视,因此混凝土结构渗漏水的处理就显得尤为重要,选用的处理措施和材料必须经得住耐久性考验,既能够解决渗漏水满足美观舒适的要求,又能够起到对混凝土裂缝的修复作用满足耐久性的要求。

03修复性堵漏理念及要求

   
在渗漏水治理材料、工艺以及长期效果的基础上,以及行业发展对混凝土结构耐久性的重视程度越来越大,我们提出了修复性堵漏的理念,修复性堵漏是指采用能够在水中较好固化的高分子灌浆材料,在低压下注入混凝土结构渗漏水的裂缝、蜂窝等混凝土缺陷部位,灌浆材料固结后成为高强度的固结体,对混凝土界面具有较高粘接力且灌浆材料本体具有超低渗透系数的一种灌浆综合技术。修复性堵漏遵循的原则:堵漏是手段,修复耐久性才是目的。修复性堵漏的应用范围为混凝土结构裂缝、施工缝、蜂窝等渗漏水的治理;修复性堵漏对渗漏水治理的灌浆材料提出了更高的要求,需要满足三大指标才能成为修复性堵漏材料:灌浆材料固结体本体渗透系数小于10 -7m/s、灌浆材料固结体本体抗压强度要大于40MPa、灌浆材料固化后对混凝土的粘接强度大于2MPa。灌浆材料固结体本体渗透系数必须要小于混凝土本身的渗透系数,因为灌浆材料固结体本体就是不抗渗的材料,灌入混凝土裂缝后在水压下逐渐会发生渗漏。灌入混凝土裂缝的灌浆材料固结体如果不大于混凝土抗压强度则会削弱混凝土整体性和耐久性,因此要想实现对混凝土结构的修复必须满足灌浆材料固结体本体抗压强度要大于40MPa(即大于一般建筑物混凝土需要的强度)。灌浆材料灌入裂缝后对混凝土界面的粘接是整个灌浆成功的关键,要想实现对混凝土裂缝渗漏水的长久封堵,灌浆材料固化后对混凝土的粘接强度必须大于混凝土自身的抗拉强度,才能够有效的阻止灌浆材料和混凝土界面的脱离,导致封堵渗漏水失效,因此要求灌浆材料固结后对混凝土界面的粘接强度大于2MPa(即大于一般素混凝土的抗拉强度)。修复性堵漏是一门基于材料的综合技术,修复性堵漏要求灌浆必须在低压力下实现对混凝土裂缝的注浆饱满,只有注浆饱满才能有效的解决混凝土耐久性的问题,降低流动渗漏水对混凝土本体的侵蚀和钢筋的修复。因此,修复性堵漏既要实现对渗漏水封堵,又要修复混凝土裂缝满足混凝土耐久性的要求。

04重庆地铁5号线渗漏水修复性治理

(一)工程概况

   
重庆地铁5号线5107标为线路长度2.185km,包含两站两区间,分别为石桥铺站~石新路站区间、石新路站、石新路站~巴山站区间、巴山站及站前配线段。石新路站总长211.8m,为上、下两层结构,标准段隧道开挖宽度23.60m,高度20.39m,车站利用施工通道进入车站主体施工。石桥铺站~石新路站区间采用钻爆法施工,长度895.897m。石新路站~巴山站区间采用钻爆法施工,长度613.942m。巴山站为越行站,采用双岛四线的形式,全长283.6m,基坑深度为17~33.2m,主体结构采用地下两层或三层矩形框架结构形式,主体标准宽度37.1m;站前配线段全长147.9m,基坑深度为16.7~18.5m,采用单层矩形框架结构。地层主腰围砂质泥岩和砂岩互层,为IV~V级围岩,岩体较完整,为软岩~软硬岩,透水量大由于工期较紧张施工速度快,导致车站混凝土结构产生的了大量蜂窝、裂缝,出现大量渗漏水,同时矿山法施工的隧道存在环向施工冷缝、腰线一下施工冷缝渗漏水。

    根据地铁方面禁止使用聚氨酯灌浆材料的要求,在修复性堵漏理念的指导下,我们选择了改性环氧类灌浆材料对混凝土结构的渗漏水进行治理,既实现了对渗漏水的封堵,有实现了对混凝土病害的修复。

1、渗漏水治理设计

   
根据裂缝的形态及裂缝的成因,不同类型的裂缝采取不同的施工工艺和材料进行处理,渗漏水情况主要分为如下几种类型:

    ①对于明挖车站顶板施工缝已经预埋注浆管部位处理:灌注XT-高渗透环氧灌浆材料,因为施工缝宽度较小,高渗透环氧的低粘度、高渗透性能有利于浆液在微细裂缝内部中的渗透。

    ② 车站或隧道小于0.2mm以下混凝土裂缝渗漏水处理:采用表面封闭压力灌浆法,采用快固水泥封缝,打斜孔埋设止水针头灌注高渗透环氧灌浆材料,该高渗透环氧灌浆材料为地铁专用型,能够在有明水的情况下固化良好。

    ③车站或隧道0.2mm以上或渗漏水较大的裂缝处理:采用深孔注浆法,打斜孔埋设止水针头灌注XT-环保型堵漏环氧灌浆材料。该种工艺着重解决渗漏水治理过程中,只注重表面渗漏水的封堵,未考虑水长期对混凝土的侵蚀的问题,封缝有助于堵漏环氧在压力下沿着渗漏通道反向将水压出,在裂缝中充填满环氧树脂类的灌浆材料,固化后有效的封堵裂缝,并对混凝土的裂缝起到加固作用。

    ④蜂窝及大面积湿渍的处理:凿除表面的混凝土,找到渗漏水通道,对准渗漏水通道埋置灌浆管引水,采用快固水泥砂浆对凿除部位进行封闭修复,再在压力下进行灌注堵漏环氧灌浆材料。

2、灌浆材料性能

   
根据修复性堵漏对灌浆材料要求的三大技术指标,选择环氧类灌浆材料为渗漏水治理的主要材料,同时配以各种辅料综合治理。

    ⑴XT-高渗透环氧灌浆材料的性能

    ①渗透性能优异,表面张力远小于水,因此在混凝土表面能够很好的铺展,高强的渗透性可渗入混凝土表面的微孔、裂缝等,固化后堵塞混凝土内部的各种微细孔隙。

    ②机械强度高、粘结力强,能够在混凝土裂缝内部形成一个完整的高强度粘接带,对裂缝起到加固和封堵作用。

    ③采用了特定的疏水组分及特制的固化剂,能够在水下或有明水的地方完整固化。

表1 XT-高渗透环氧灌浆材料的基本性能

           

   
(2)XT-环保型堵水环氧灌浆材料的性能

    ①固化速度快。渗漏水的封堵需要灌浆材料在渗漏水通道中能够较快的进行固化,才能实现封堵的目的,否则易被渗漏水稀释、分散降低堵水效果,浪费灌浆材料。

    ②固化时间可调,室温下固化速度可以在10min-1h之内调节。灌浆材料的可操作时间必须能够满足施工机械和施工环境的要求,才能够顺利的实施灌浆施工,并保障一定的渗透深度,才能够起到较好施工优势和效果。

    ③较高的粘接强度和机械性能。快速固化的堵水环氧不仅有效的封堵渗漏水,还具有较高的抗压强度和拉伸强度,保障了对裂缝、蜂窝等混凝土缺陷部位的加固补强。同时,良好的粘接性能是堵水效果的有力保障,该产品特有的亲水组分,保证了堵水环氧灌浆材料与混凝土结构表面的浸润性,确保对混凝土表面的粘接强度。

表2 环保型堵漏水环氧灌浆材料的基本性能

           

3、主要施工工艺

   
①裂缝清理

    裂缝清理应沿一端一直到另一端,不能只清理漏水部位,否则即使漏水部位不在渗漏水,其他地方在地下水的压力下也会慢慢的渗漏出来,因此应清理整条裂缝,不遗漏混凝土已开裂的部分。

    ②钻孔埋管沿裂缝每隔30-40cm钻斜孔,钻孔应在10cm左右深度贯穿裂缝,埋设前止水型止水针头,因为前止水型灌浆嘴进料口的逆止阀门设在进口处,可将前端拧下来进行泄压排水,泄压后有利于封缝工序的顺利进行,封缝完毕待灌浆时再拧上去进行灌浆。

    ③裂缝封闭

    因为环氧类灌浆材料遇水不会马上反应,因此须对裂缝进行封闭,将灌注的环氧类材料保持在裂缝内部,等达到固化时间后自行固化。裂缝封闭后,有利于灌浆压力有效的传递到混凝土内部最薄弱的部位,压迫浆液反向推水,原则上在一定压力和足够时间内可以使环氧浆液完全充满裂缝内部,固化后形成的高强度固结体有效的修复混凝土裂缝,起到一个永久封闭和修复的作用,不会再出现二次渗漏。

    裂缝封闭可采用堵漏王等快固水泥,较短时间内可以进行灌浆且漏浆部位较容易修复。

    ④压力灌浆

漏水量大的部位固化剂可以稍加多一点,裂缝较小的部位减少固化剂的用量以增长操作时间,增加灌浆深度。灌浆材料的配置以少量多次为准则,防止灌浆材料在注浆泵中固化。注浆完毕后,清洗注浆泵,防止残留的浆液固结在灌浆泵系统内。

4、效果检查

效果检查主要是查看渗漏水是否再继续渗漏如图  

           

    钻孔抽芯查看浆液在裂缝中的充填情况,芯样连接较好,钻孔过程未断,固化粘接良好。如图。

           

五、结语

   
1、水性或油性聚氨酯灌浆材料在渗漏水治理过程中存在施工方便快速,见效快的优点,也因为存在收缩和粘接强度低导致耐久性不足的问题。

    2、渗漏水只是混凝土病害的呈现形式,钙质的流失和钢筋的锈蚀将会大大降低混凝土的耐久性,难以满足设计年限100年的要求,因此在处理渗漏水时不仅仅关注渗漏水治理,也要关注对混凝土的修补和加固。

    3、提出了修复性堵漏的理念,该理念是以灌浆材料为基础的综合治理技术,它以渗漏治理为手段,修复为目的,同时该理念对灌浆材料本体抗渗系数、抗压强度、和粘接强度提出了具体要求,通过低压灌浆实现对混凝土裂缝饱满注浆,固化后修复混凝土病害。

    4、应大力提倡修复性堵漏,在修复性堵漏的理念下选择材料,纠正当前渗漏水治理的错误指导和材料使用的乱象,对于混凝土裂缝和蜂窝应尽量采用环氧类的灌浆材料,以实现既封堵渗漏水满足外观和舒适的要求,又实现修复混凝土结构的耐久性和整体性的要求。

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