隧道结构裂缝修补专项施工方案

1、防裂设计研究    3

2、裂缝出现原因    4

3、预防措施    6

4、裂缝病害整治    7

4.3.1聚氨酯高压注浆法施工    9

聚氨酯灌浆材料    9

聚氨酯高压灌浆原理    9

聚氨酯灌浆特点    10

聚氨酯高压注浆方法    10

4.3.2环氧树酯灌浆施工    14

环氧树酯灌浆材料    14

环氧树脂灌浆方法    15

4.3.3涂膜封闭法    16

5、材料的主要性能指标及技术要求    17

6、机具设备    17

7、劳动力组织及人员配备    18

8、安全注意事项    19

9、引用及支持性文件    19

隧道结构

混凝土裂缝修补专项施工方案

0、工程概述

沿江北大道与沿江中大道连通工程隧道段主要在沿江中、北大道连接线和抚河路两条道路中。沿江中、北大道连接线南起中山西路，向北出线，在江西省博物馆处向东偏转，跨越抚河，再向北偏转穿越滕王阁广场、叠山路、塘子河立交，北至八一大桥南桥头立交，与现有沿江北大道相接，分B1、B2两条线；抚河路改造南起民德路，向北出线，穿越滕王阁前广场，与叠山路平交，下穿塘子河高架桥，北至八一大桥南桥头立交，与现有沿江北大道相接，路线走向与现有抚河路一致，分A1、A2两条线，其中A2线隧道与连接线东侧隧道并线，单向四车道。

A1线隧道长302.33m，结构沿纵向进行分段，共分成8段，最大分段长度42m；B1线隧道长737.301m，结构沿纵向进行分段，共分成19段，最大分段长度45m，其中在里程B1K1+320.922～B1K1+496.271m与A2线同向合并；B2线隧道长797.754m，结构沿纵向进行分段，共分成20段，最大分段长度45m。

工程地理位置及线路走向简图如图所示。

1、防裂设计研究

混凝土裂缝是城市地下隧道箱涵结构工程中最常见的工程病害，防止裂缝出现是世界性的难题。裂缝对结构的安全使用及耐久性有不同程度的负面影响。

尽管设计文件对防水做了大量设计，确立以钢筋混凝土结构自防水体系，即以结构自防水为根本，采取措施控制结构混凝土裂缝的开展，增加混凝土的抗渗性能；以变形缝、施工缝等接缝防水为重点，辅以柔性外包防水层加强防水。但由于温差的关系、施工工期的关系、地基不均的关系、施工时空的关系，在新老混凝土交界面、在变形缝甚至结构突变的部位会出现裂缝，形成漏点（漏水）。

当然，我们也大可不必“谈缝色变”,如果能从根本上认识了这些裂缝的诱发成因,从而采取有效的针对性措施,原本很多容易出现的结构裂缝还是可以避免和控制的。

通过研究统计，95%的结构裂缝是非结构的，对结构的安全性、耐久性没实质上的影响。大部缝发展趋于稳定后，通过修补可恢复结构的整体性和原有功能，耐久性和抗渗性达到设计要求。

对于结构承载力不足引起的裂缝除采用修补处理外，还应采取相应的的加固措施，确保结构安全可靠。

2、裂缝出现原因

致使结构产生裂缝的原因很多，也比较复杂。主要有：

⑴水泥用量多，水灰比大。

在满足强度的前提下，应尽量减少水泥用量。但现有设计规范和施工规范规定了最小水泥用量，使得减少水泥用量的努力得不到法规的支持。GB50119-2003《混凝土外加剂应用技术规程》规定：有抗渗要求的补偿收缩混凝土水泥用量不小于320kg/m3，当掺入掺合料时，不得小于280kg/m3。

同样，在满足流动度、和易性、稠度的前提下，尽量使用水灰比小的混凝土。但出于泵送的原因，往往水灰比较大，因此在泵送的条件下，出现裂缝的机会比不用泵送的大得多。

⑵养护不到位。

混凝土浇筑成型后水泥硬化时，需要一定的水分。一般在混凝土浇筑完成后立即全封闭的状况下，按配合比所加的水分数量足够满足水泥硬化需要。但实际上，当混凝土浇筑完成后，会有一段时间暴露在空气中，天然空气中一般湿度较低，远远不能满足混凝土水分蒸发的补充量，如不能及时补给水，则混凝土会因干燥而产生收缩裂缝，甚至使混凝土的硬化停滞。

因此，使混凝土长期处于湿润或蓄水养护是减少混凝土裂缝最有效的途径之一。

⑶集料含污量越标，级配不良，混凝土振捣密实性差，会造成混凝土蜂窝麻面或空洞，影响混凝土强度，导致裂缝产生。

⑷结构过早承受外力。

应尽量使结构在满足设计强度的条件下拆除支架及模板，特别是箱涵靠围护桩部位的侧墙，由于施工过程中长期的动载作用，会使箱涵靠围护结构侧的侧墙过早承受或过多承受外载，出现裂缝。

⑸支架变形或下沉。

减少支架接头或采用单杆支架（立杆不要搭接）会减少支架压缩沉降。同时，支架要有足够的强度、刚度以保证支架能承受足够的荷载。

⑹气候环境变化，混凝土内外温差较大，导致混凝土表面出现裂缝。

夏季或冬季施工时，在混凝土结构内布置适当的温控管。大体积混凝土尤其要采取温控防裂措施。本工程计划对箱涵顶底板、侧墙厚度B≥1.0米的节段，采取温控防裂措施，使最大水化热温升＜300C，内外温差＜250C，降温速度在1.50C/d之内。

⑺结构本身设计有缺陷，如结构突变、结构尺寸偏小或分布钢筋布置不适当等。

大体积混凝土应依据结构受力情况可合理地确定混凝土评定验收龄期,打破正常标准28d的评定验收龄期,改为60d或更多天,评定验收龄期充分考虑混凝土的后期强度,从而减低设计标号,达到减少混凝土水泥用量减低水化热的目的。 

　　应重视合理有益作用,可采取增配构造钢筋,配筋应尽可能采用小直径、小间距,全截面含筋率控制在0.3%～0.5%之间,在混凝土表面增设金属扩张网等有效措施,有效地提高混凝土抗裂性能。

⑻箱涵结构持力层落在不同的岩土上，容易出现不均匀沉降。

本工程箱涵结构底板持力层落在不同的岩土上，有砾砂层、杂填土层、复合地基层（淤泥质粉质粘土+高压旋喷桩），在外荷载、动水（来自赣江）及可能冻融（极端低温）作用下，由于不均匀下沉可能导致箱涵结构出现裂缝。

⑼“长墙效应”的影响

由于工期的关系，每一节段设置后浇筑带控制在规范允许的长度范围内（25米左右）很难实现，结构超长施工很难控制裂缝的产生。加上工序衔接的关系，箱涵结构底板、侧墙顶板间砼浇筑相距时间太长，收缩徐变不同步，造成底板对侧墙约束太大，当超过砼拉应力时，侧墙很容易产生裂缝。

3、预防措施

⑴为避免或减少干缩裂缝的出现，应在配制混凝土时，做到配合比合理，在满足强度的前提下，尽量使水泥用量减少至最低。

在出现裂缝后，项目部针对不同商品混凝土供应商的配合比，对配合比中水泥用量明显超标的进行了调整。水泥用量控制在不超过290kg/m3，混凝土坍落度控制在160-180间。

⑵混凝土振捣要密实。分层振捣，每层厚度不超过30cm。新老混凝土界面加强振捣，振动棒要插入下层混凝土15cm左右，新老混凝土界面作接浆处理，在浇筑混凝土前，先浇筑一层3-5cm同标号（减石）砂浆。

⑶避免高温（或冬期）浇筑混凝土。

如需在冬期或高温期间浇筑混凝土，也应安排在最佳时段浇筑混凝土，浇筑后严格按《混凝土浇筑专项施工方案》进行施工与养护。

⑷浇筑完成后，要及时养生，及时补充水分，使混凝土保持湿润状态。顶底板覆盖土工布浇水养护，侧模带模养护2天，拆模后立即挂土工布浇水养护。

⑸养护期间防止振动，避免过早承受荷载。受力模板（顶板模板）必须做混凝土强度检测，混凝土强度达到设计要求后方可落架拆模。

⑹支架搭设要牢固，尽量少用搭接钢管或短钢管。所有用于本项目的钢管支架均为定制，为定长钢管，不需搭接。

⑺设置一定的预拱度，在混凝土初凝前完成支架、模板及附属设施的下沉与变形，消除对结构混凝土的影响。根据设计要求结合其它工程实践，本项目标准单箱设置30mm预拱度，其它单箱设置50mm预拱度。

⑻在结构突变处设置施工缝或将变形缝设置在结构突变处，消除结构应力集中可能产生的裂缝。

4、裂缝病害整治

4.1裂缝分布情况

箱涵结构拆模后，项目部在例行检查时，发现部分箱涵存在裂缝。项目部商请华东交通大学对裂缝情况进行了检测与评估，目前发现的裂缝大部分位于侧墙上，近围护结构一侧裂缝较多，两箱中间侧墙裂缝较少。大部分为不规则竖向裂缝，没发现横向裂缝。从目前发现的

表1 裂缝情况统计表

已拆模箱涵发现裂缝情况详见裂缝情况统计表1。

4.2分析裂缝成因及危害

当隧道箱涵结构出现裂缝后，要对裂缝成因及危害进行分析。对不同的成因要采取不同的预防措施，在后续施工中进行整改和加强，避免或杜绝类似的裂缝产生。

裂缝有良性和恶性之分，对结构的危害不同。如裂缝宽度<0.20mm，且经观察不再继续增长，则对混凝土结构不产生危害，不须处理。

发现裂缝后要及时对裂缝进行标记及记录，标注并计量裂缝的编号、起点、终点、宽度、长度、部位、走向及分布情况。每天定期进行检查与记录，观察是否变化及变化方向。根据裂缝特征，结合设计、施工数据资料进行分析，查明裂缝性质、原因、变化发展情况、稳定状态及其危险程度，为修补方案的研究制定提供可靠依据。

表2 裂缝观察记录表

4.3裂缝修补方案

经过观察、记录、标注，裂缝发展到一定阶段或水平后不再增长或基本停止增长、相邻节段混凝土全部浇筑完成且混凝土强度达到设计强度、需处理裂缝的节段外载基本达到结构运营时工况（即外载不再增加）后进行裂缝修补或整治。

方案一：对于浅表性、缝宽≤0.15mm细微裂缝，作裂缝封闭处理。

方案二：对缝宽＞0.15mm＜5mm 裂缝，作化学压浆处理。

4.3.1聚氨酯高压注浆法施工

本方案适用于：

⑴围护结构一侧侧墙有漏水或渗漏的裂缝

⑵箱涵底板有漏水或渗漏的裂缝

⑶箱涵顶板有漏水或渗漏的裂缝

聚氨酯灌浆材料

高压注浆是采用聚氨酯（PU）预聚体添加剂（溶剂、催化剂、缓凝剂、表面活性剂、增塑剂）组成的化学浆液，通过专用压力注浆机具将灌浆材料注入裂缝中，通过浆液扩散、胶凝、固化，达到粘结、键合、恢复结构整体性的目的，是理想的原位加固技术。

聚氨酯灌浆材料有水溶性（亲水性）和油性两大类。

水性溶聚氨酯灌浆材料亲水性好，包水量大，适用于潮湿裂缝的灌浆堵漏；油性聚氨酯灌浆材料固体强度大，抗渗性好，多用于地基加固。

聚氨酯高压灌浆原理

在注浆过程中，把聚氨酯灌浆材料注入裂缝或疏松的砼中，这种预聚体的端NCO基与裂缝表面的水分接触，发生护链交联反应，最终在砼裂缝间形成有一定强度的凝胶状固体。聚氨酯固化物中含有大量的氨基甲酸酯基、脲基、醚键等极性基团，与砼裂缝表面有强的粘结力，从而形成整体结构，直到堵水和提高强度的作用，并且在相对封闭的灌浆体系中，反应放出的二氧化碳气体会产生很大的内压力，推动浆液向疏松的孔隙、裂缝深入扩散，使裂缝完全被浆液所填充，增强了堵水效果，浆液膨胀受到越大，所形成的固体越紧密，抗渗能力和压缩强度越高。

聚氨酯灌浆特点

该法对建筑物的细微裂缝能随着水源流窜发泡填补裂缝以达到传统止漏所无法达到的效果。

    与孔壁的附者力佳，干缩量小，可将细微的孔隙充分填塞。

对细缝的可灌性和渗入性良好。

易分散于水中，遇水自乳化，立却进行聚合反应。固体具有良好的弹性、抗渗性、而耐低温性。

注浆形成的固体具有弹性止水和膨胀止水的双重作用。

    在-200C~+500C范围内，不受温度影响。

4.3.1.4聚氨酯高压注浆方法

高压注浆法堵漏通常先查明漏水部位，确定水流量以选择相应反应速度的聚氨酯浆液。对于点出水一般直接在出水点部位成孔，对于缝出水则依据水流量以一定间距沿出水裂缝延伸方向打穿缝面的斜交孔，钻孔深度以出水为宜。出水部位成孔完成后安装止水针头，以专用扳手拧紧以确保在加压灌注过程中针头不会弹出。

    针对不同情况选择注入水性聚氨酯，对出水量较大部位可采用双组分聚氨酯以调节反应时间，持续注浆直到出水停止。

    将快速反应的聚氨酯溶液注入出水点内部，在水流将聚氨酯冲出之前迅速反应，体积迅速膨胀并与混凝土有效粘接从而达到止水目的。

⑴施工工艺

⑵适用范围

适用于裂缝宽度0.15-5mm的混凝土裂缝修补。

⑶施工方法

①表面处理

对于混凝土结构外表面上的裂缝，可用钢丝刷等工具，清除裂缝表面的灰尘、浮渣及松散层等污物，然后再用毛刷蘸甲苯、酒精等有机溶液，把沿裂缝两侧20-30mm宽度处擦洗干净，并保持干燥。

沿裂缝两侧开V型槽，开槽深度和宽度不大于20mm。

封闭处理：外表面封闭采取贴玻璃丝布的方法，即沿裂缝走向刷宽5-7cm的环氧树脂浆液或稀腻子，涂刷均匀后，粘贴一层玻璃丝布，再用橡皮锤轻轻敲打使其密贴。玻璃丝布宽5-7cm，长度=20cm+裂缝长度+20cm。玻璃丝布粘贴3-5天后，即可在内侧进行注浆。

密封检查：为保证密封空腔的密闭性和能承受灌浆作用，在封闭工作结束后一天时间内，沿缝涂一层皀液，对每条缝进行试风检查，其作用为：

吹净缝中灰尘

检查缝内贯通状况，指导压浆

检查裂缝封闭情况，如未封好，有漏风，则应补封

②钻孔

沿裂缝生成面，从裂缝最低处左或右5-10cm处倾斜钻孔至结构厚度的2/3深度，钻孔深度以出水为宜，顺序由低处向高处钻，孔间距为20-30为宜，钻头要倾斜45度角，在裂缝两侧交叉打孔，以保证所钻的孔位能够贯穿裂缝。

由于一般结构体裂缝呈不规则状态，故须特别注意钻孔时与龟裂面交叉，注浆才会有效果。

止水针头是注浆液的进出口，布置间距与裂缝宽度有关，其间距可参考表3。

表3 裂缝宽度与止水针头间距表

钻孔完成后，立即安装止水针头，并将其上螺帽拧紧。

止水针头（高压塑料注浆嘴）是由高强塑料外壳、特制橡胶圈、金属芯体组成。该注浆嘴安装简单方便，不需要旋拧，直接敲打入灌浆孔即可。直径分为8mm和10mm两种。注浆嘴有标准的接头，可非常紧密地连接灌浆泵与注浆嘴。

安装注浆嘴需使用配套的T型板手，其安装过程如下：

将选用的注浆嘴插入钻孔的孔内，并轻轻往里塞；

用T型板手套住灌浆嘴，使用橡胶锤敲击扳手，直到灌浆嘴橡胶部分完全进入孔内。

④高压压浆

借助专用灌浆泵将浆液注入裂缝并使之填满。

本项目使用SL-500灌注机，灌浆之前，应先进行注水试验，以检查孔洞是否畅通，然后将配制好的上海盛崇SL-668、SL-669聚氨酯堵漏剂按说明书比例分别注入拌浆筒，进行搅拌。通过压力泵由压浆管将浆液送到工作面而进行压浆，压浆工序如下：

◎使用插入接头连接灌浆泵与注浆嘴，启动注浆搅拌桶及注浆机，将注浆管与注浆导管连通进行注浆。

◎灌浆刚开始，注浆嘴有可能弹出，随着灌浆的继续，注浆嘴会因浆液的高压自我固定

◎灌注浆液：压力不要超过建筑结构表面所能承受的最大压力。注浆时控制注浆压力，压力在0.7MPa左右。

◎注浆时，采用从上至下的注浆顺序，两侧注浆孔对称注浆。

◎注浆时，由于注浆压力增大，原来没裂缝的部位或没发现裂缝的部位可能会冒浆，此时应暂停注浆，将冒浆部位全部清理出来，重新打入注浆导管，然后全断面进行注浆。

◎一条裂缝可重复多次注浆或间隔一段时间后，发现仍有渗漏，可在原位处继续打入注浆导管进行再次注浆。

⑤针头敲平补平

灌浆结束后，用锤子敲掉外露部分

如果需要时，可继续向里敲击进入孔洞的部分

用稳挡水W730修补灌浆嘴孔洞

⑷施工注意事项

①用于裂缝修补的灌浆材料的粘度一般较低（最高为300mpa.s），粘度越低，越利于微细裂缝的灌注。裂缝很小时，可用丙酮稀释，但溶剂用量加大，固结物强度降低，所以需控制溶剂用量与可灌性的平衡。

②当裂缝宽度在1-5mm间，使用油性聚氨酯灌浆材料，即SL-668疏水性单液型PU发泡止水剂；当裂缝长度在1米内，采用水性聚氨酯灌浆材料，即SL-669亲水单液型PU发泡止水剂，当裂缝长度大于1米时，采用油性聚氨酯灌浆材料。

③根据水量大小、裂缝宽度等因素，可将油性和水性聚氨酯灌浆材料按一定比例混合使用，现场可根据实际情况作更接近止水效果的方法实施。

4.3.2环氧树酯灌浆施工

本施工方案适用于：

⑴两箱之间箱涵侧墙有裂缝但不漏水或不渗漏的裂缝

⑵有裂缝但不漏水的裂缝

环氧树酯灌浆材料

环氧树脂材料选用真时科技有限公司产品，5119A、5119B。该产品为最新开发的特性树脂，其特性来：可与环氧树脂配合使用，其对水泥制品密着性特佳，不溶于水，硬化后又耐水，抗压强度可达1100kgf/cm2，抗弯强度达900kgf/cm2。

环氧树脂灌浆方法

⑴裂缝检查与记录

使用裂缝测宽仪，对裂缝宽度进行检测，就其裂缝长度、分支、走向等绘制裂缝位置图并作好记录。对有可能发生延展的裂缝，在其前端作好钻孔标记。

⑵钻止展孔

用电锤和φ4mm-8mm钻头，在裂缝有可能发生延展的末端钻孔，用压缩机清理孔内灰尘，再用植筋胶或改良性环氧树脂填充其止展孔，以防原有裂缝延展。

⑶在布嘴处裂缝表面处理

用打磨机沿裂缝走向打磨宽约5-7cm的混凝土表面，在其中切割20mm左右V开型槽品，用气压0.2MPa以上的压缩空气清除槽内浮尘，然后用毛刷蘸丙酮清洗裂缝，并保持干燥，必要时可采用喷灯吹干燥。

⑷埋设注浆嘴

⑸封闭缝口

在裂缝两侧均匀涂抹一层改良性环氧树脂基液，待其初凝后，用封缝胶或改良性环氧树脂封缝胶，抹压缝口进行封闭处理，再用橡皮刮板将表面刮平整，其宽度约50-70mm，厚度约2mm。

⑹充气检查

待封缝胶固化后，从一灌浆嘴通入气压为0.2MPa的压缩空气，堵塞其余灌浆嘴，检查其密封效果，如局部漏气则进行补封处理。

⑺调配粘接剂

将双组缝粘接剂，按比例用电子秤计量称重，再缓缓注入储液罐内，按同方向均速搅拌均匀无气泡发生。

⑻压力灌浆

压浆顺序从裂缝下端向上端依次进行，灌浆压力渐次升高至0.2-0.4MPa，待相邻浆嘴冒浆时，稳压2分钟，立即将其封闭暂停压浆，将压浆嘴移到上一个灌浆嘴，继续进行压浆。

⑼修饰封口

待缝内浆液初凝后，拆除压浆嘴，用改良性环氧树脂胶泥对灌浆嘴进行封口抹平，让封口胶自然固化，注意固化过程中防止其接触水。

4.3.3涂膜封闭法

在混凝土表面涂刷防水涂膜以封闭微细裂缝的方法称为涂膜封闭法。

⑴适用范围

裂缝宽度＜0.15mm的细微裂缝修补。

⑵修补工艺

①表面清理：利用砂轮打磨机对混凝土表层的浮浆和起砂层进行打磨，混凝土新鲜坚硬面出露后，清扫或冲洗干净。

用打磨机沿裂缝长度方向切割20*20mm左右V型槽，用压缩空气清除V型槽内浮尘，并用丙酮或酒精清洗缝口并保持干燥，必要时用热风机烘干。

②刮腻子：对混凝土表面裂缝、气孔或缺陷处用腻子填充补平，待干后用纱布磨平。腻子采用混凝土修补胶和粉料按1:1.8-1:2.0配方而成或直接用环氧树脂粘接胶封口。

③外表面封闭：采取贴玻璃丝布的方法，即沿裂缝走向刷宽5-7cm的环氧树脂浆液或稀腻子，涂刷均匀后，粘贴一层玻璃丝布，再用橡皮锤轻轻敲打使其密贴。玻璃丝布宽5-7cm，长度=20cm+裂缝长度+20cm。

或用SW2613A/B封缝胶抹压缝口，对裂缝进行封闭处理，再用橡胶刮板将缝口两边刮平整。

5、材料的主要性能指标及技术要求

本项目混凝土裂缝修补用的化学灌浆材料（聚氨酯）应符合下列要求：

⑴浆液的粘度小，可灌注性好

⑵浆液固化后的收缩小，抗渗性好

⑶浆液固化后的抗压、抗拉强度高，有较高的粘结强度

⑷浆液固化时间可以调节，灌浆工艺简单

⑸浆液应为无毒或低毒材料

聚氨酯堵漏剂技术指标如表4所示。

表4 聚氨酯堵漏剂技术指标

隧道结构裂缝修补专用的工具如图所示（一体机）。

机具设备详见表5所示。

表5 裂缝修补机具设备表

根据总体进度计划及业主对后续工序施工要求，裂缝修补设一个专业班组进行施工。

裂缝修补是防撞墙、铺装层施工的前导项目，必须认真组织，并抓紧施工，不然的话，会影响后续工程施工。因此，项目部下设裂缝修补专业小组。

专业小组管理人员三人：施工员1人，技术质量1人、安全1人，专业工人10人。

8、安全注意事项

⑴注浆嘴有高压喷射的危险。须专业受训人员操作，要穿长袖、长裤的工作服，带橡胶手套以及防护镜等。    

⑵严格执行防火、防爆、防毒、防蚀防辐射等安全技术规范。

⑶在平台上操作，必须系好安全带，并将平台与隧道底板可靠连接，防止平台倾倒。

⑷按规定穿戴好适应介质工况的劳动保护用品，备齐所需安全用具和设备。

⑸注意周边环境安全，协同做好安全防护工作。

9、引用及支持性文件

⑴《建筑结构荷载规范》

⑵《混凝土结构设计规范》

⑶《混凝土结构工程施工质量验收规范》

⑷《混凝土结构加固技术规范》

上海城建集团公司

2011年4月4日