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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】化学灌浆技术在宝钢热轧厂工程混凝土裂缝处理中的应用

30 2023-08-26 18:34:33

上海宝山钢铁厂2050热轧带钢厂是从德国成套引进的宝钢二期工程中最大的工程之一。该工程施工过程中广泛应用化学灌浆技术,先后处理了30多条混凝土裂缝及渗漏水问题,取得了一定成效。

 

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宝钢热轧厂地下工程及混凝土裂缝概况


热轧厂建筑面积为21万m2,主厂房的上部采用钢结构,地下为钢筋混凝土结构,混凝土量为33.4万m3。厂房长1338.6m,宽264m。热轧厂区最深处是直径24m的铁皮坑,基础底标高为-32m;热轧轧制线基础底板大面积标高为-8m。铁皮冲沟标高为-9~-16m,加热炉基础最深处为-13m。地下构筑物多,德方在电气室、油库、地下管沟、加热炉及电缆沟等地下工程设计时,均不设边沟、排水坑,也没有自动泵排水,一旦渗漏水,就会遍地流淌,影响生产。

热轧厂混凝土裂缝产生的原因,归纳起来有以下几种:

(1)结构形体复杂,差异沉降较大;

(2)取消桩基(如水处理区域);

(3)大体积混凝土在浇灌中产生大量水化热。

由于整个厂房地下工程较大,深基础又多,施工中虽采取了各种防范措施,仍有个别因混凝土不密实或施工缝、伸缩缝、沉降缝处理不周及混凝土裂缝等引起的渗漏水。为控制裂缝的发展,保护钢筋,防止地下水的侵入,可进行化学灌浆处理。该工程裂缝处理所耗用的化学灌浆材料用量共计:环氧浆材4500L,聚氨酯类浆材2500L,水玻璃-水泥类浆8.5t,丙凝、甲凝等其他浆材500L左右。

 

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宝钢热轧厂工程施工中采用的灌浆材料及其特征


2.1、水玻璃-水泥类浆材

宝钢位于上海吴淤口软弱地基上,地下水位高,为-0.5~-1.5m,遇混凝土断裂缝或沉降缝、伸缩缝漏水较大并伴有泥砂涌出。为加固地基,填充裂缝,采用了水玻璃-水泥灌浆材料。具体施工方法为直接处理法。

直接处理法是在裂缝处直接埋管灌浆。即把水管直接插入断裂的混凝土缝中,插不进去的部位可适当把埋嘴处扩大,用速凝砂浆锚固铁管,待砂浆达到一定强度后,再在铁管中灌注水玻璃-水泥类浆液。

水玻璃-水泥类浆材使用时,一要掌握浆液的凝固时间,二要控制浆材的固结体强度,三要了解其固结体的耐久性(即稳定性)。

掌握凝结时间主要是控制浆液的扩散半径,使浆液在指定的范围内凝固成型,不致过多流失。水玻璃-水泥浆材的收缩较大,为增强其稳定性和微膨胀性,应掺加外掺剂。也可用其他化学浆材对水玻璃-水泥类浆材固结体收缩进行补救。这就要求有选择地在断裂缝上安置化学浆嘴或在已灌水玻璃-水泥浆液的缝中补灌化学浆材。补灌一般采用两种材料:一种是防渗堵漏材料;另一种是粘结补强材料。


2.2、环氧树脂类浆材

环氧树脂是含有环氧基的高分子化合物。由于它对多种材料(如混凝土、钢材等)的粘结性能都很好,强度又高,故有“万能胶“,之称。化学灌浆常用双酚A型环氧树脂配制的环氧糠嗣、环氧煤焦油、环氧聚氯乙烯、环氧聚酰胺、环氧聚氨酯焦油等浆液,主要用于混凝土裂缝的封闭补强和防渗堵漏。

由于环氧浆材能灌注宽度大于0.05mm的细裂缝,所以在使用时应尽量发挥其粘结力强、强度高的特性,克服其憎水性和脆性大的缺点。使用时可加入呋喃树脂、糠醛、煤焦油等,以增强环氧树脂在混凝土潮湿基层和水下的粘结力,降低树脂固化的放热温度、收缩率和热膨胀系数。

常用的施工方法为凿槽引排注浆法。这种方法是将混凝土裂缝凿成V形或U形槽,在漏水较集中的部位,分别埋设化学注浆嘴,把全缝的漏水都从注浆嘴引出,然后用早强微膨胀砂浆封闭,并根据需要选择注浆环氧树脂的配合比,进行化学灌浆处理。

采用这种方法时,先把水全部从浆嘴引出,上部早强砂浆的作用是确保进浆压力和注浆饱满。最后的工序是割嘴封缝,封嘴一定要用环氧胶泥或大力土防水砂浆处理,因为环氧类浆液的固化时间较长,液态流动度又大,易在固化前流淌到较低部位,形成渗漏空隙,会从浆嘴处渗水。


2.3、聚氨酯类浆材

聚氨酯类材料是效果较好的灌浆材料,已广泛用于地下工程的防渗堵漏及用作涂料、补强材料等。目前聚氨酯灌浆材料种类很多,归纳起来有3类:(1)非水溶性聚氨酯;(2)水溶性聚氨酯;(3)弹性聚氨酯。还可制成聚氨酯焦油、环氧聚氨酯等。

聚氨酯在无水的情况下,可形成强度较高的固结体。它的堵水能力很强,将其注人地下与地下水接触后,可以水为反应剂,靠体积膨胀止水,浆液的体积可膨胀到原来的8~10倍,所以它适用于涌水量大的裂缝的止水堵漏,并具有一定的适应变形的能力。聚氨酯弹性体是一种介于一般橡胶与塑料之间的弹性材料,它的伸长率大,粘结力强。

聚氨酯类浆材的主要施工方法为封闭止水注浆法,适用于沉降缝、施工缝、伸缩缝及涌水量较大的裂缝的止水。具体做法是沿缝(除去缝内的泡沫板、木丝板或嵌缝木板)埋嘴注浆止水。先灌注非水溶性聚氨酯浆液,间隔15min后补灌水溶性聚氨酯浆液,割嘴后用聚氨酯水泥堵孔。因为灌浆材料成品的存放期较短,故以自配为宜。


2.4、其他材料

(1)甲凝,甲凝是由甲基丙烯酸单体加入引发剂、促凝剂而生成的高分子聚合物,其固结体强度高,粘度低,可灌性好,粘结牢固。可修补0.2mm以下的混凝土微细裂错并能任意控制浆液在几分钟至几小时内聚合成坚硬稳固的凝胶体,所以适用于混凝土承重构件裂缝的加固补强。甲凝灌浆液对使用条件要求较高,须隔氧灌注或在配制时加入除氧剂,且聚合之前忌水,因此适宜于裂缝的粘结补强,若须在潮湿缝中灌注,尚需加入聚酯树脂对甲凝改性,以保证甲凝的粘结力及固结体的强度。甲凝粘度低,要求封闭裂缝,不得漏浆,以保证粘结效果。

(2)丙凝:丙凝是以有机化合物丙烯酰胺为主剂,配合其他药剂,呈溶液状灌入缝中,凝固后形成的透明固体。它除可用于防渗堵漏或加固土壤外,还具有良好的弹性和粘着力,可作接缝止水剂,起堵水加固作用。丙凝浆液的粘度与水相近,渗透性好,一般用于其他浆液难以注入的部位,浆液在第二次遇水后还有膨胀性。但丙凝胶体失水后会干缩,抗压强度低,毒性大,所以使用时应考虑工程的特点和环境污染问题。

(3)SH外掺剂,SH外掺剂为硅酸盐水泥的超早强外掺剂,在硅酸盐水泥中掺入15%~25%的SH剂,1h后强度可达到10MPa。可根据现场需要,将水泥的凝固时间在1~45min之间进行调整。掺入SH外掺剂后,水泥具有微膨胀、抗渗、抗冻及抗硫酸盐腐蚀等性能。SH外掺剂适用于防水、堵漏和抢修工程,常用其作修补裂缝的早强砂浆,是地下工程防水治理的理想材料。

 

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工程实例


3.1、热轧厂运输链(地下通廊)下的电缆沟裂缝治理

该电缆沟在路边约2m处,平行于道路,位于冷轧通热轧的热卷运输链通廊的下面,距运输链底有200mm厚砖隔层,热卷运输链的基础桩距该电缆沟两边分别为1m和l.5m,电缆沟上部的运输链沉降、重压和两边打桩的不同步挤压,对电缆沟的裂缝形成均有不同程度的影响。

该电缆沟为一期工程所建,1987年发现裂缝,随着裂缝的增多,漏水日益严重。电缆沟宽1.5m,高2m,底板最低处标高-9.3m,底板厚600mm。共6条裂缝:l号、2号为环形缝,断裂,涌泥砂,缝宽2.5~6mm,贯穿;3~6号上部呈八字形,断裂,涌水量大。针对上述情况,确定采用水玻璃-水泥浆材和氧凝浆材综合治理方案。水玻璃-水泥浆液的灌入,形成大体积水泥凝胶围帷,以堵住裂缝,并提高了地基承载力。然后再灌入具有一定强度和韧性的氰凝材料,将裂缝内侧粘结牢固,起封闭止水的作用。为使该段电缆沟能在受上部热卷材运输产生振动影响时适应变形,所采用的非水溶性聚氨酯的粘结强度为270N/cm2川民温柔韧性为-l20℃通过φ6圆棒不断、不折;膨胀倍数为8~9;抗裂度为膜厚0.3~0.4mm时抗拉>5mm/m。

位于断裂缝周围的微细裂缝,因渗水部位采用水泥高强砂浆封闭,并用水溶性聚氨酯BF浆液灌浆堵漏,效果很好,达到了全部止水的目的。


3.2、热轧运输链28.5线变形缝的综合治理

热轧运输链28.5线的变形缝,由于两侧结构的不均匀沉降,造成止水带拉裂,严重漏水。先把缝内的沥青绳和油麻丝全部挖出,挖到缝中间的止水带处,然后安上灌浆嘴,用SH高强砂浆封闭全缝,灌注非水溶性聚氨酯。为使沉降缝有适应变形的功能,又在高强砂浆的上面浇注一层弹性橡胶涂料,然后加上一层止水带,粘结止水带与缝两侧混凝土的涂料采用851弹性聚氨酯,再在止水带上面用螺栓钢板固定。该缝1988年11月处理完毕,止水效果良好。