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摘 要 ：在立井设计施工中要解决的一个关键问题就是井壁渗水问题.根据我国多年来建井的经验,找到立井井壁渗水的途径,分析了立井井壁产生裂缝以及井壁按茬发生渗水的原因,并提出有效可行的办法.高抗渗混凝土的配制解决了井壁本身渗水的问题；通过对井壁接茬的物理、化学处理以及接茬结构的优化设计,可以有效解决接茬渗透问题.
关 键 词 ：渗漏 接茬处理 高抗渗混凝土
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2011)004-018-02
1 井壁渗漏途径
根据前人几十年的工程实践研究表明,井壁渗水的途径大致分为混凝土井壁本体渗水以及井壁接茬渗水两种情况,下面对这两种情况逐一进行分析.
1.1井壁混凝土渗水
1.1.1混凝土宏观裂缝的分析
井壁本体渗水主要原因在于混凝土本体产生的了裂缝形成了水力渗透通道.混凝土本身裂缝多是在长段高大体积井壁浇筑时产生的.由于浇筑大体积混凝土时产生大量水化热,造成混凝土内部温度高于外部表面温度,从而产生温度应力,井壁内部受压,外部受拉,从而产生表面裂缝.
1.1.2混凝土微观裂缝的分析
从微观方面考虑,混凝土井壁干缩和体积变形会导致水泥石内部产生非毛细孔孔隙和裂缝,高水灰比会导致混凝土内部产生毛细孔孔隙,也可能成为井壁渗水的途径.混凝土施工工艺所需水量,一般都超过水泥水化所需水量,因而水灰比越大,混凝土中的毛细孔越多.
1.2井壁接茬渗水
井壁接茬属于井壁渗水的一个关键部位,涉及到新老混凝土如何粘结的问题,应该从新老混凝土结合这一方面着手解决.新老混凝土粘结破坏区是由老混凝土、粘结界面和新混凝土所组成的一个特殊的新老混凝土过渡层.新老混凝土粘结的成败取决于这一过渡层混凝土的微观结构和力学特性.接茬粘结区的混凝土破坏机理与整浇混凝土的破坏机理基本相同,所不同的是,其内部的潜在缺陷比整浇混凝土更严重,且内部初应力(应变)更复杂.这是粘结区混凝土力学性能较整浇混凝土低的主要原因.
接茬粘结区混凝土内部严重的潜在缺陷是造成粘结区混凝土破坏的主要原因之一；原因之二是其内部复杂的初应力和初应变.由于粘结区有已受力的老混凝土和新浇筑的新混凝土,老混凝土中的应力与新浇筑时产生的温度应力、收缩应力等交织在一起,可能在粘结区混凝土中构成复杂的初应力.这些复杂的初应力和严重的混凝土内部缺陷,影响了粘结区混凝土的力学性能,在高应力下产生裂缝,从而形成混凝土接茬渗水的主要路径.
2 井壁抗渗方案设计
鉴于混凝土井壁的渗漏涉及到混凝土渗水和接茬渗水两个方面,因此就从这两个方面入手研究井壁抗渗防水问题.
2.1高抗渗混凝土的研制
2.1.1添加膨胀剂的混凝土配制
为了保证混凝土井壁尽快达到设计强度,减少井壁混凝土硬化过程产生的环形裂纹,在混凝土配制过程时加入水泥重量3g％～5％的和膨胀剂,由于自身体积具有一定程度的膨胀性,从而达到抵消一部分混凝土干缩,减小井壁裂纹的目的.实践证明,在浇筑的井壁混凝土中掺加一定量的膨胀剂,同时在接茬处使用缓凝剂,可使环形裂纹减少75％以上,井壁防水效果得到明显改善.
2.1.2纳米混凝土的配制
纳米混凝土的研制,从微观结构上改变了混凝土活性分子的化学键配位数,从而改变了分子的团聚结构,对混凝土的渗透系数影响很大,另外纳米添加材料从物理填充角度填充混凝土微孔隙,减小孔隙的水力透半径,从而减小混凝土的渗透系数.
2.2井壁接茬防渗处理
2.2.1接茬物理处理
传统的新老混凝土接茬多是在老混凝土面层凿毛,增大新老混凝土接触面,然后将老混凝土的浆皮和浮土冲洗干净,通过新老混凝土粘结面宏观结构的研究和处理,保证新老混凝土的粘结质量.
在立井井壁施工过程中,接茬模板一般直接落在下面的矸石上,合理控制矸石的排矸量,保证模板刃脚下面的矸石层高度不变而且合理,可以控制接茬处缝隙在很小的范围之内；如果出矸量太大,模板自动下落,显然会在接茬处产生很大的缝隙.利用木楔稳模,消除模板的悬吊钢丝绳弹性伸长,从而扩大接茬缝.采用浇注口搭接式模板,在接茬处设计高度差,混凝土靠自重下落,从而保证混凝土的密实度,接茬处可以填满灌实,消除接茬缝.
2.2.2接茬化学处理
在井壁的新老混凝土接茬处模板内侧涂抹一层缓凝剂,增大老混凝土接茬面处的初凝时间,便于与新浇的混凝土实现良好的粘结,从而保证新老混凝土接茬的质量.另外,利用砂和粉煤灰对水泥净浆界面剂进行改性,减少界面层中粗大晶体含量,并通过膨胀界面剂抑制水泥石收缩,来改善新老混凝土修补界面的多孔介质微观结构,也能明显提高粘结强度.
2.2.3接茬结构防水设计
借鉴地下连续墙接头防水的设计理念,通过增长渗水路径的途径来提高地下结构防水等级,本文对立井井壁接茬型式提出一些改进性的设想,具体型式见以下图.
改进型的接茬型式改变了接茬渗水路径,渗水路径为外壁静止水由下方斜向上渗水,再经过一段竖向接茬,最后按首段斜接茬面的倾斜角度向上渗流,明显增长了渗水路径,同时考虑水体自重影响,渗透阻力增大,抗渗性能必定会得到显著增强.
3 结语
本文通过对井壁渗漏问题的剖析,从高抗渗混凝土研制到接茬防渗处理设计提出了彻底可行的解决方案,在井筒大规模的建设当中起到了预期的效果,基本上解决了井壁漏水严重的问题,达到了立井井壁施工“打干井”的目的.