堵水环氧灌浆材料在秦楼铁矿立井井筒变形缝渗漏处理中的应用.doc

堵水环氧灌浆材料在秦楼铁矿立井井筒变形缝渗漏处理中的应用张维欣1，程志国2（1、中科院广州化灌工程有限公司，广州5106501 ；2、中煤矿山集团，安徽宿州 234000）摘 要：永峰矿业公司秦楼铁矿主井井筒井深383m，净径为3.9m，井筒表土段井壁为内外层各350mm双层钢筋砼井壁结构。井筒内壁在-130m左右由于纵向附加力作用导致约7m井壁被压缩变形呈环形破坏，有较大的承压水从裂缝处渗漏出来，给井筒结构和井下施工安全带来隐患，经采用快速固化的堵水环氧灌浆材料进行化学灌浆加固堵水，取得了良好的工程效果。关键词 堵水环氧 灌浆 加固 堵水 矿井土木工程施工、矿山开采、混凝土缺陷经常出现渗漏水或涌水，渗漏水的存在既给工程的施工带来较大的影响，也会造成混凝土结构耐久性的降低。因此，工程的渗漏水治理就成为工程建设领域必不可少的一个环节，这要求堵水材料和施工工艺能够满足各种条件下渗漏水的整治施工。混凝土结构成型后的渗漏水主要是由于混凝土裂缝、缺陷或防水层破坏引起的，通常渗漏水的部位主要集中在混凝土裂缝、蜂窝、伸缩缝、施工缝、结构缝等部位，根据渗漏水的类型主要分为承压渗漏水和非承压渗漏水。本工程采用了一种最新研发的环保型堵水环氧灌浆材料，对已经因变形破坏而出现渗漏水的矿井井壁进行灌浆堵漏处理，该材料能够快速固化封堵漏水通道，并继承了环氧树脂耐久性较好且强度较高性能，较好的解决了同时实现堵水和加固的工程难题。1 工程概况永峰矿业公司秦楼铁矿设计年产量30万吨，位于安徽省淮北市古饶镇，淮北铁矿区南部，平原地貌。永峰矿业公司秦楼铁矿主井井筒于2009年竣工投入使用，主井井筒深度为383m，净径为3.9m，井口标高+31m，井筒表土段深180 m，采用冻结法施工，井壁为内外层各350mm厚的C30双层钢筋砼井壁结构。2012年5月发现井筒内壁在-130m左右出现环形裂缝，该裂缝主要是由纵向附加力作用导致结构变形引起，约7m长度的井壁结构在外力压缩下呈现环形破坏，由于井壁受压后混凝土剥落，井壁上有很多裂缝，沿裂缝周边出现了多处漏水点，且多个部位的漏水量大于拇指粗。裂缝宽度1-6mm，且相互贯通，而井筒漏水段（-130m）位于第四系含水层中，井筒内、外壁由于变形破坏，导致裂缝的渗漏水与内外壁之间的地下水相连通，内外壁之间的水属于第四系含水层的承压水，因此井壁裂缝渗漏水为承压水，水压0.8MPa，出水量为10立方米每小时。2堵水方案设计2.1渗漏水的原因及堵水加固设计主井钢筋混凝土因为变形而遭破坏，地下水通过主井外壁的裂缝在主井内外壁之间形成了一个压力水源，通过内壁被破坏的350mm厚的钢筋混凝土部位形成较大漏水，且漏水部位的混凝土存在蜂窝孔洞等缺陷，漏水量较大，且为承压水，如图1、图2。该项目先后采用了水泥+水玻璃、油性聚氨酯等进行多次灌浆堵漏，但效果不佳，如图3。渗漏水情况和混凝土结构特点对堵水材料和堵水工艺提出了较高的要求，堵水材料必须在压力下与水相遇时能够保持完整不被水分散，又能够对已经变形破坏的漏水部位进行加固修复，这就要求堵水灌浆材料能够有较好的粘聚性和较快的固化速度，且固结体有较高的强度，能够在有水的条件下对已被破坏的混凝土进行加固修复，在较高的地下水压力下保持长久的堵水和加固效果。堵水工艺必须遵循安全可靠的原则，在尽量少破坏已经变形的混凝土结构的前提下，对已经破损的混凝土内壁结构进行修复式堵漏，必须防止内层混凝土结构被破坏，承压水与外层连通导致发生透水的危险。结构示意图如下： 图1混凝土结构环形破坏 图2 渗漏水情况 图3 聚氨酯堵水的效果具体设计方案如下：一、在渗漏部位进行堵水，须同时起到加固灌浆效果。在有渗漏水的大裂缝处预埋4分管进行引流，用速凝水泥等材料对周边进行封堵，封闭漏浆部位后进行灌浆，固化12h后打掉灌浆头。二、在井壁的破坏段进行环形钢模板支撑，确保变形不继续发生。在环形钢模板安装好后，并预埋灌浆管，浇注混凝土，混凝土达到强度后在预埋灌浆管的位置进行环氧灌浆材料加固灌浆。2.2堵水材料的选择当前混凝土渗漏水治理的堵水材料主要有如下几种类型：水泥-水玻璃、丙凝、聚氨酯灌浆材料、丙烯酸盐等。而这些堵水灌浆材料具有各自的优势及特点，需要针对不同的工程类型选择合适的堵水材料和施工方法。水泥-水玻璃其特点是颗粒大，固化速度快，封堵大的涌水或者把涌水量有效的降低，缺点是颗粒大不能注入细小的裂缝或渗漏点，与混凝土界面的粘接性能较差。丙凝的特点是低粘度和高渗透性能，固化速度快，固结后形成不透水的凝胶体，能够较好的起到封堵渗漏水的效果，缺点是丙烯酰胺是一种中等毒性的亲神经毒物，已经被许多国家禁止使用。聚氨酯堵水灌浆材料又分为油溶性和水溶性灌浆材料。聚氨酯堵水材料灌浆初期效果较好，隧道、地铁、大坝等各种地下工程都大量采用聚氨酯灌浆材料进行混凝土渗漏水的治理，但是由于环境发生的干湿交替循环，聚氨酯泡沫体会发生收缩，聚氨酯泡沫体的内聚力大于对基体的粘接力，所以导致粘接面剥离，形成漏水通道，发生复漏，且闭孔的泡沫结构会开孔成为漏水体，往往持续不长时间就会重新出现渗漏水，需要返工，浪费了大量的资源，所以聚氨酯堵水材料的耐久性日益成为各界关注的问题，相继有一些地区的地铁、隧道等施工单位禁止使用聚氨酯灌浆材料进行堵水。丙烯酸盐灌浆材料是一种水溶液，环保性能较好，渗透性和可灌性较好，固结体粘接性较且有较高的延伸率和遇水膨胀的特点，堵水效果较好，但固结体属于一种无强度的凝胶体。根据本工程渗漏水的特点及工程的要求，必须选择一种既能够迅速有效的封堵渗漏水，还能够对变性破坏的混凝土起到一定的加固补强作用。因此，以上材料都不能同时实现这两种功能，故选择了中科院广州化灌工程有限公司最新研发的环保型堵水环氧灌浆材料。2.3堵水环氧的特点长久以来，环氧树脂因粘度大、固化速度快、易爆聚、固结体脆性大等原因，一直被认为不适合作为堵水材料，往往通过改性的方式降低其粘度、减缓固化时间、增加韧性以利用其较好的机械性能作为结构加固材料。中科院化灌公司经过多年研究，保留其固化速度快的优点，再通过增韧、降低粘度等方法开发出了一种全新的堵水环氧灌浆材料，该材料主要特点如下：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。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。固结体强度高。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。与混凝土结构的粘接强度高。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。2.4堵水环氧的基本性能项 目指 标外 观A、B组分均匀，无分层；固结体接近无色透明。浆液密度 g/cm3 1.100初始粘度 /mPas 500-800初始凝胶时间/ min 20-60抗压强度 MPa 60水下粘结强度 MPa 2.0固化时间10min-1h可调3 施工工艺3.1灌浆堵水施工工艺3.2灌浆参数3.2.1注浆机械本工程采用小型电动注浆机。3.2.2注浆范围整个矿井井筒由于变形而导致混凝土结构被环形破坏，在采用环形钢模板支撑进行加固的前提下，使混凝土结构不再继续位移破坏。所以注浆范围沿裂缝的整个环形变形处，直接在裂缝部位进行埋管注浆，同时在裂缝的上、下侧进行钻孔补注，相互补充使其灌浆饱满。3.2.3灌浆压力对同样的被灌体而言，浆液的扩散半径与压力和渗透时间有直接的关系，因此在综合考虑混凝土厚度和破坏的情况下，灌浆压力定为0.5-1.2MPa，要严格控制压力不可过大，防止对碳化的混凝土内壁造成破坏导致透水危险，同时减少浆液通过渗漏水通道进入内外壁之间造成较大浪费。固化时间必须保证有一定的操作时间和浆液在漏水通道中的渗透时间，堵水环氧的初凝时间定为10min，浆液进入漏水通道后生成的热量被分散，固化速度有一定程度的延长，有利用沿渗漏通道的扩散，同时较快的固化速度有利于对渗漏水的封堵。在环形钢模板加固的部位，采用0.3-0.8MPa的注浆压力进行灌注，加固环氧树脂的初凝时间调整为2h，因为要达到加固效果，需要充分的渗透时间和渗透深度。3.2.4钻孔及埋管方式内壁混凝土的厚度为350mm，在灌浆过程中应确保钻孔不能钻穿内壁混凝土，否则内外壁之间的承压水将对工程带来较大的风险。因此，本工程只是在已经因渗漏水破坏的混凝土表面进行清理，深度约10cm，找出明显的渗漏水通道，在漏水量较小的部位，直接埋置单向止水针头；在渗漏水量较大的部位采用埋设引流管，因为在漏水量较大直接埋置堵水针头将导致周围无法进行封闭处理，引流管既起泄压的作用又兼做灌浆管，引流管采用带球阀开关的4分管，该引流管在封闭周围裂缝和破坏带时起到引流和泄压的作用，周围完全封闭后，该引流管又可作为灌浆管进行灌浆施工。3.2.5灌浆结束的标准由于堵水的特殊性，该工程采用浆液的初凝时间作为灌浆结束的标准。环形裂缝注浆结束标准主要以堵水环氧的初凝时间来控制，约10min。环形钢模板预埋灌浆管结构加固的灌浆采用压力和流量双参数进行控制，当灌浆压力达到0.8MPa时，或灌浆流量小于100g/min时，稳压20min，即可结束灌浆。3.3注浆施工经过压水实验检验封闭效果之后，进行化学灌浆。灌浆过程中堵水环氧灌浆材料、组分的配比为7:1，初凝时间为，在具体的操作过程中，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少量固化剂，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、 结语该工程在较短的时间内完工，共计灌注堵水环氧灌浆材料400kg，较好的解决了渗漏水问题，并对周围裂缝进行了加固，为环形钢模板的支撑施工提供了有利的环境，受到了业主的高度评价，并且同时进行了副井的灌浆止水施工。因此，堵水环氧灌浆材料由于其较快的固化时间、较高固结体机械性能、较高的粘接强度和耐久性，将解决聚氨酯灌浆材料等在耐久性、高强度等性能方面的缺陷，在矿井、巷道、隧道、大坝等混凝土结构的堵水和加固得到更为广泛的应用。参考文献：1、 张维欣，邝健政.丙烯酸盐灌浆材料及其应用J，中国建筑防水,2010.022、 杨晓东.锚固与注浆技术手册（第二版）M.北京，中国电力出版社，2009.10张维欣，男，1980年，硕士，副总经理，中科院广州化灌工程有限公司，广州市越秀区先烈中路81号大院39-1，510070，手机：13450499148，020-87683956