－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液应用的工程实例

何 巍，谭日升，何跃峰，闵 峰

(北京朗巍时代科技有限责任公司，北京，100022)

作者简介: 何巍(1973—)，女，北京人，高级工程师，主要从事化学灌浆材料研究。

【摘 要】 本文用表格简述了AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液的性能，重点介绍了AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液在高水头、大涌水压力、大漏量的微细裂隙防渗帷幕灌浆和混凝土变形缝、施工缝、裂缝防渗堵漏灌浆中的应用实例。上述部位单纯用水泥灌浆往往是事倍功半，甚至是有劳无功。在坝基帷幕灌浆中，采用水泥+AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液复合灌浆; 对混凝土缝的防渗堵漏，采用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液灌浆，均取得了很好的灌浆效果。

【关键词】 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液; 化学灌浆; 坝基帷幕灌浆; 混凝土缝防渗堵漏

1 前言

为了进一步降低防渗材料丙烯酸盐化学灌浆液的毒性，使之达到实际无毒，满足环保的要求，北京朗巍时代科技有限责任公司在前人工作的基础上，于2007年开始研究开发第二代丙烯酸盐化学灌浆液(AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液)［1］，经北京大学公共卫生学院毒理学系检测，按联合国世界卫生组织(WHO)推荐的外来化合物急性毒性五级分级，为最低一级(五级)——实际无毒; 按照我国《食品安全性毒理学评价程序和方法》提出的急性毒性分级的六级指标分类，也是最低一级(六类)——无毒。AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液项目的科研工作，得到了北京市科学技术委员会创新基金的资助。AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液2008年在水电、地铁等工程中应用成功后，被北京市科学技术委员会、北京市发展和改革委员会、北京市住宅和城乡建设委员会、北京市经济和信息化委员会、中关村科技园区管理委员会等五个单位认定为自主创新产品，并颁发了证书。AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液及其制备方法已被中华人民共和国国家知识产权局授予发明专利权。几年来AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液在水电、地铁等工程的防渗、堵漏灌浆中得到了广泛应用。下面举例说明AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液的应用效果。

2 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液的性能

AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液的主要性能指标如表1。

表1 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液的主要性能指标

注: 如果客户需要，可提供固砂体湿抗压强度大于1MPa的AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液。

3 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液在坝基防渗帷幕工程中的应用

3．1 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液用于南水北调工程高水头的帷幕补强

丹江口水利枢纽是南水北调中线的水源工程，大坝加高后，坝顶高程由162.0m提高到176.6m，正常蓄水位由157.0m提高到170.0m。对40年前施工的灌浆帷幕进行检查，结果表明:3～18坝段全部满足大坝加高工程设计防渗标准(q≤1Lu);19～32坝段局部区域存在透水率超标现象，主要位于幕体下部原水泥灌浆区。该部位有如下特点:

①基岩多为变质闪长玢岩，位于地质构造发育区(断层构造带、集中渗流带、裂隙密集带等)，细微裂隙发育;

②由于上游水头高达65～80m，超标区普遍存在涌水现象，全孔最大涌水量7.2L/min，最大涌水压力0.3MPa。受地下渗流及动水压力影响，浆液将被不断稀释、渗流冲刷及涌水反向挤出，成幕困难;

③水源工程，环保要求高，有毒的化学材料应限制使用。

为了对超标区的帷幕补强灌浆，进行了两种浆材、几种复合方式的灌浆试验。帷幕补强灌浆孔均为单排布置，孔距2.0m。两种灌浆材料分别是湿磨细水泥和AC－Ⅱ丙烯酸盐化学灌浆液。湿磨细水泥采用长江科学院生产的新型GSW高效水泥湿磨机现场湿磨，现场两次取样检测，平均粒径D50分别为9.73μm和9.36μm。浆液开灌水灰比3 1。B1区5个孔，全部灌湿磨细水泥浆。A1区5个孔，采用湿磨细水泥浆和AC－Ⅱ丙烯酸盐浆液排内复合，Ⅰ、Ⅱ序孔灌湿磨细水泥浆，Ⅲ序孔灌AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液。B2区3个孔，采用湿磨细水泥浆和AC－Ⅱ丙烯酸盐浆液孔内复合，对压水透水率q＞2Lu的灌浆段，灌湿磨细水泥浆; 压水透水率q≤2Lu的灌浆段，灌AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液。B3区2个孔，全部灌AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液。试验成果见表2。

表2 水泥－AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液复合灌浆试验成果

试验成果表明，单纯湿磨细水泥灌浆，虽有一定效果，但仍有部分孔段透水率超标，浆液扩散范围和幕体透水率不能完全满足设计防渗标准。单纯AC－Ⅱ丙烯酸盐化学灌浆效果最好，但造价相对较高。水泥+化学排内、孔内复合灌浆均可有效解决丹江口坝基帷幕补强灌浆问题，孔内复合灌浆施工程序相对繁琐，帷幕补强灌浆施工中采用了湿磨细水泥和AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液排内复合的灌浆形式，达到了预期的效果。证明了，在高水头微裂隙岩体帷幕灌浆中，水泥+AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液复合灌浆有广阔的应用前景［2］。

3．2 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液用于风化卸荷泡砂岩地层大漏量的防渗灌浆

亭子口水利枢纽位于四川省苍溪县内，是嘉陵江干流开发的控制性工程，其主要任务为防洪、灌溉、发电及航运。工程规模为大(Ⅰ)型，碾压混凝土重力坝，最大坝高115m，总库容40.67亿m3，装机容量1100MW。

坝基对防渗影响较大的地层是位于两岸坝肩的K1c4－2疏松长石石英砂岩(俗称泡砂岩)，有如下特点:

①风化强烈、卸荷裂隙发育，岩体结构疏松，微裂隙发育，岩芯轻捏即碎，遇水就散;

②透水率q＞10Lu，甚至多数试段压水试验不起压，属中等透水或强透水岩体。

如果处理不好，水库蓄水后将成为绕坝渗漏的主要通道。对此，设计者设计用水泥+AC－Ⅱ丙烯酸盐复合灌浆防渗，用水泥灌浆充填水泥能充填的缝隙，用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液灌注水泥颗粒灌不进的微细裂隙，通过对AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液灌注孔的比例、灌入量、凝胶时间、灌浆压力的控制，达到“技术科学，经济合理”的目的。施工前，进行灌浆试验，试验区设计两排帷幕，孔距2m，排距1m。先施工的下游排5个孔，和上游排Ⅰ、Ⅱ序孔3个孔，均灌普通水泥浆。上游排Ⅲ序孔2个，灌AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液。帷幕合格标准是灌后透水率q≤3Lu。下游排5个孔和上游排Ⅰ、Ⅱ序孔3个孔施工后，在下游排1、2号孔和上游1号孔构成的三角形中间，钻1个检查孔，压水5段，结果列入表3。

表3 双排水泥灌浆后检查孔压水试验成果

压水试验结果表明，双排水泥灌浆后，K1c4－2泡砂岩层中3段的透水率全部不合格。

上游排2个Ⅲ序孔，用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液灌浆施工后，在两排灌浆孔的中间，钻2个检查孔，压水14段，结果列入表4。

表4 水泥+AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液复合灌浆后检查孔压水试验成果

表4压水试验成果表明，合格率为100%。检查孔取芯也表明，AC－Ⅱ丙烯酸盐凝胶体充填裂隙密实饱满，化学灌浆效果良好。经水泥+ AC－Ⅱ丙烯酸盐复合灌浆后，钻孔塌孔情况消失，低波速区测点数减少明显，波速提高幅度达8.91%。试验研究成果成功推广应用于两岸坝肩防渗帷幕灌浆设计与施工中［3］。

3．3 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液用于坝基大涌水流量的帷幕补强灌浆

土卡河水电站位于云南省思茅地区江城县和红河州绿春县之间的界河李仙江上，是李仙江干流河段规划中的第七个梯级电站。李仙江是一条国际河流，土卡河水电站下游约13km为中国、越南两国边界。土卡河水电站的开发任务主要是发电，电站总装机容量为165MW。大坝为混凝土重力坝，最大坝高60m。

该工程规划阶段的坝址选择在黄连山自然保护区内，地质条件较好，但如果在那里兴建大坝，形成水库，黄连山自然保护区将遭到严重破坏。因此，经过查勘，在原坝址上游2.5km处重新选定了施工的坝址。施工的坝址坝基为薄层砂页岩夹层，岩性软弱，部分坝基还有遇水易崩解的碳质页岩分布［4］。

原设计是在大坝基础中，设置上下游帷幕灌浆和纵向帷幕灌浆，以组成封闭抽排水系统。防渗帷幕深度为坝高的0.3～0.7倍，深入基岩15～35m，坝基上游帷幕深度按3Lu线控制，单排，孔距2m。

大坝于2007年7月4日蓄水，2007年12月29日发电。蓄水后，因溢流坝段坝基渗漏量大，扬压力超过设计允许值，对其上、下游防渗帷幕进行了加密灌浆设计施工。上游帷幕加密孔按原设计帷幕线向下游移0.5m，下游帷幕加密孔与原设计帷幕同一轴线，新加帷幕孔与左右老帷幕孔孔距1m，新孔间距2m，加密帷幕底线与原帷幕底线相同。2008年6月～2009年3月完成加密帷幕施工后，仍未达到设计要求的防渗标准，又进行第三次帷幕补强灌浆的招标。

土卡河水电站帷幕消缺补强灌浆的设计与施工存在如下难点:

①地质条件复杂，钻孔过程中常出现塌孔、埋钻现象，钻孔成孔困难;

②钻孔最大涌水压力大，达0.3MPa;

③钻孔最大涌水流量大，达85.68L/min;

④灌浆时，坝基容易抬动。

根据上述情况，对钻孔布置、灌浆压力、灌浆材料、灌浆工艺，进行了两个阶段的灌浆试验。被选用进行试验的灌浆材料有普通水泥、江门市中建科技开发有限公司生产的“超细水泥基灌浆料(超细水泥)”及其配置的“灌浆料助流剂”和丙烯酸盐灌浆材料。超细水泥的技术指标是:D50=3μm，Dmax=11.7μm，比表面积1134m2/kg。

通过试验确定的消缺补强灌浆方案是:

①钻孔布置: 在上游廊道布双排帷幕灌浆孔，排距0.5m，孔距2m，呈梅花形布置; 下游廊道布单排帷幕灌浆孔，孔距2m，均为直孔，孔深40m，分三序施工。

②灌浆压力: 第一段2m，灌浆压力0.5MPa; 第二段3m，灌浆压力0.8MPa; 第三段5m，灌浆压力0.8MPa; 第四段5m，灌浆压力1.0MPa; 第五段5m，灌浆压力1.3MPa; 以下各段均为5m，灌浆压力1.5MPa。

③灌浆材料: 上游廊道上游排和下游廊道的单排灌超细水泥，上游廊道下游排灌AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液［5］。

消缺补强灌浆施工后，坝基扬压力和渗漏量大幅度降低，效果达到了预期目的，成果评审会上得到专家组一致认可。

4 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液在混凝土渗水缝堵漏中的应用

4．1 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液用于混凝土变形缝堵漏

AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液在混凝土变形缝堵漏中的应用始于2008年初，在北京地铁机场线的起点站东直门站灌注了5条混凝土变形缝，灌浆后，混凝土变形缝渗漏水部位及其两侧无湿渍、干燥，达到一级防水设计要求，取得了很好的灌浆效果［6］。我们一直关心灌浆效果能保持的时间，曾经回访过，灌浆效果保持得很好。现在已经6年了，没有收到不良信息反馈。

2012年11～12月在北京地铁7号线欢乐谷景区站，车站站台层处理了一条更严重漏水的变形缝。变形缝在底板上水平方向长28m，在两边侧墙上的垂直高度各4.8m，总长37.6m。底板在地表以下16～17m。混凝土浇筑施工时，预留的变形缝中放置有20mm厚的泡沫塑料板。处理时，缝的宽度约30mm。由于变形缝漏水，底板有几公分水深。

处理程序:

①将缝扩宽到40～50mm，深度到中埋止水片为止，不得损伤中埋止水片，同时将预埋泡沫塑料板取出;

②在中埋止水片附近用堵漏灵封堵2cm左右止浆，在距离变形缝50cm处向缝的方向，以45°角度钻斜孔，使钻孔绕过中埋止水片，与变形缝相交，孔距1.5m;

③用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液通过钻孔对中埋止水片以外、背贴止水片以内的变形缝进行灌浆，灌浆压力以能使止水针头开始进浆为原则，愈低愈好，灌至邻孔出浆或浆液在中埋止水片内侧面漏出为止;

④紧靠止水片预埋塑料骨架预埋灌浆管，每5m左右引出一根灌浆管头;

⑤填充2cm左右厚的麻纱;

⑥用堵漏灵封堵3cm左右止浆;

⑦先底板，后侧墙，用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液灌浆。灌浆压力小于1MPa，底板灌浆灌到侧墙出浆为止，侧墙灌浆灌到顶部出浆为止。

⑧待凝24h后，在底板的变形缝中，倒入一层AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液，到15cm厚为止; 倒入的浆液凝胶后，在缝中放置一块15mm的泡沫塑料板，两边用水泥砂浆回填。

⑨侧墙用堵漏灵嵌缝，堵漏灵填塞深度5cm左右，填至缝顶预留一个注浆口，用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液通过注浆口将变形缝灌满后形成凝胶。

处理后，不再漏水，满足了业主的要求。到2013年1月份，气温下降到－14～ －15℃时，局部出现过短时间的渗水，3d后，就不漏了。发生上述现象的原因是温度大幅度下降，变形缝进一步扩大，止水材料被拉裂或与混凝土脱开，就出现了漏水，但AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液的凝胶有遇水膨胀的特点，凝胶膨胀后，又将出现缝堵死了。以后再也没有出现渗漏的现象，灌浆处理获得了良好的效果。

4．2 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液用于混凝土施工缝堵漏

4.2.1 预埋注浆管注浆

地铁混凝土施工缝往往在混凝土浇筑时埋有注浆管，对于有预埋注浆管的施工缝，其处理程序是:

①清洗管路: 先对注浆管注水清洗管路，清洗到混凝土表面出水，或由A端进水B端出水为止，同时观测从注水到外漏的时间;

②灌浆: 注水清洗管路1h后，用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液灌浆，灌浆设备是IP2C7000双液灌浆泵，选用低压止水针头，能使止水针头进浆的压力愈低愈好。开始使用的止水针头进浆的最低压力为4～6MPa，效果不好，有时要复灌。后来选用3MPa的压力就可以进浆止水，实际灌浆压力为3～4MPa，效果明显改善。浆液的凝胶时间，应短于注水时水开始外漏的时间。如注水时水开始外漏的时间是3min，浆液的凝胶时间应是2min左右。

③灌浆结束标准: 灌至灌浆压力升至开始的灌浆压力的1倍，或灌浆时间已经达到浆液的凝胶时间1倍，或浆液外漏速度等于进浆时结束。

4.2.2 钻孔灌浆

对于没有预埋注浆管、预埋的注浆管破裂、预埋的注浆管不通、预埋的注浆管没有导管以及一次灌浆后还有局部地方渗水的部位，采用钻孔灌浆。孔距0.3～0.5m，可以骑缝钻孔，也可以钻斜孔。钻斜孔时，开孔位置距缝0.4～0.45m，以45°角度向缝的方向钻进，钻至孔深0.7m为止。通过灌浆孔对施工缝进行灌浆，灌浆压力、浆液凝胶时间的控制、灌浆结束标准，与预埋注浆管灌浆相同。灌浆完成2d后，拔出止水针头。

用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液和上述工艺，在北京地铁7号线欢乐谷景区站灌注混凝土施工缝1500m，在大柳树站灌注混凝土施工缝500m，在虎坊桥站灌注混凝土施工缝300m，在地铁15号线五道口站灌注混凝土施工缝200m，共计2500m，经过回访，均取得了良好的灌浆效果。

4．3 AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液用于混凝土裂缝堵漏

混凝土裂缝渗水处理的程序和施工缝的钻孔灌浆相同。用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液，在北京地铁14号线望京站灌注混凝土裂缝500m，在北京地铁7号线大柳树站灌注混凝土裂缝200m，在虎坊桥站灌注混凝土裂缝200m，共计900m，经过回访，均取得了良好的灌浆效果。

5 结语

(1)AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液，经北京大学公共卫生学院毒理学系检测，实际无毒。

(2)AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液，用于南水北调丹江口水利枢纽大坝加高施工中高水头条件下细微裂隙的帷幕补强、亭子口水利枢纽中到强透水泡砂岩体帷幕灌浆、土卡河水电站大涌水流量的帷幕消缺灌浆，均取得了很好的灌浆效果。

(3)AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液，用于混凝土变形缝、施工缝、裂缝渗水堵漏，获得了良好的灌浆效果。

(4)用AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液灌浆处理混凝土施工缝、裂缝渗水的经验是: 应采用双液灌浆泵双液灌浆，灌浆压力要低，浆液凝胶时间要短。

参考文献

［1］何巍，谭日升，何跃峰. AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液的研究［A］. 蒋硕忠，汪在芹主编，科技创新与化学灌浆［M］.武汉: 长江出版社，2008: 47－54.

［2］施华堂，许年丰，李洪斌，闵征辉. 丹江口大坝高水头帷幕补强灌浆技术研［J］.人民长江，2012，(17):10－14.

［3］邹德兵，许年丰，施华堂，孔建. 控制性复合灌浆技术试验研究与应用——以亭子口水利枢纽风化卸荷泡砂岩地层处理为例［J］. 人民长江，2012，(21): 55－58.

［4］林可冀，吴义航. 体现科学发展观的李仙江土卡河水电站设计［J］. 水力发电，2007，(2): 84－86.

［5］祝培华，杨晓红. 土卡河水电站帷幕灌浆消缺补强处理［J］. 水利水电施工，2012，(2): 44－47.

［6］何巍，谭日升，何跃峰，苏晓江. AC－Ⅱ丙烯酸盐灌浆液在地铁中的应用［A］. 蒋硕忠，汪在芹主编，科技创新与化学灌浆［M］.武汉: 长江出版社，2008: 293－296.