一种联合充填加固工艺的制作方法

本发明涉及加固技术领域，特别是涉及一种联合充填加固工艺。

背景技术：

桥梁与隧道工程面临结构后脱空问题，如隧道二衬后局部脱空，地面或路面下脱空以及桥台背填土沉降引起桥头跳车现象。不及时或不恰当的处理将影响工程验收或对其正常运营造成影响。

常规的充填处理方法主要为水泥灌浆充填，或开凿后充填。水泥灌浆充填面临浆液流失过大问题，除会造成材料浪费外，还会导致跑浆的水泥堵塞预留的排水通道，造成二次危害；同时水泥灌浆的充填效果不尽人意，尤其是位于隧道拱顶的脱空，通常不能完全充填。开凿充填会耗费大量人力物力，施工步骤繁琐，工期长，且破除隧道二衬的工作具有一定的危险性。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种联合充填加固工艺，用于解决现有传统工艺浆液流失过大、注浆时间长、堵塞其他预留排水通道、注浆不精准的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

本发明一方面提供一种联合充填加固工艺，所述工艺包括：

1)先将聚氨酯向所需加固处进行注浆填充；

2)再将聚脲硅酸盐向所需加固处进行注浆，所述聚脲硅酸盐包括a组分和b组分，所述a组分的原料至少包括聚氨酯预聚体、水玻璃，所述b组分的原料至少包括异氰酸酯、多元醇。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤1)中的聚氨酯注浆后与水反应，所述聚氨酯与水反应时间为1～3min。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤1)中聚氨酯的开始发泡时间为30s～5min，结束发泡时间为60s～10min，所述聚氨酯的发泡倍率小于35倍，优选为15～35倍。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤1)中聚氨酯材料的最大放热温度小于120℃，抗压强度＞5mpa，混合后10s粘度为1500～2000mpa.s。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤1)的注浆压力小于0.5mpa，优选为0.2～0.5mpa。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤2)中所述聚脲硅酸盐的固化反应时间为1～4min，聚脲硅酸盐的固化强度大于30mpa，优选固化强度为45～50mpa。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤2)中聚脲硅酸盐的开始反应时间为30s～80s，可流动时间为3min～4min，不发泡，最大放热温度为96℃～118℃。

在本发明的一些实施方式中，所述聚脲硅酸盐的30min的抗压强度≥30mpa、1h的抗压强度≥45mpa，10h的抗压强度≥50mpa，所述聚脲硅酸盐的抗折强度＞15mpa，与岩石的粘结强度＞5mpa。

本发明另一方面提供采用本发明所述的联合充填加固工艺对隧道二衬壁后的脱空、地基脱空或桥头跳车的加固处理。

在本发明的一些实施方式中，对隧道二衬壁后的脱空、地基脱空或桥头跳车的加固处理，包括检测脱空处，再对脱空处对应的隧道壁、地基、桥头的位置打孔。

附图说明

图1是先通过注浆管注入聚氨酯的施工实施图。

图2是在聚氨酯形成的骨架结构上注入聚脲硅酸盐的施工实施图。

图中：

1、聚氨酯

2、聚脲硅酸盐

具体实施方式

本发明发明人经过大量探索实验，提供了一种联合充填加固工艺，所述联合充填加固工艺是一种聚脲硅酸盐与聚氨酯联合充填加固工艺，材料反应迅速，流失小。注浆充填加固位置精准，不会堵塞其他预留排水通道。同时无需破除原有结构即可用于充填加固，并且具有良好的强度，施工简便，安全高效。

下面详细说明根据本发明的联合充填加固工艺。

本发明第一方面提供一种联合充填加固工艺，所述工艺包括：

1)先将聚氨酯向所需加固处进行注浆填充；

2)再将聚脲硅酸盐向所需加固处进行注浆，所述聚脲硅酸盐包括a组分和b组分，所述a组分的原料至少包括聚氨酯预聚体、水玻璃，所述b组分的原料至少包括异氰酸酯、多元醇。

本发明所提供的联合充填加固工艺中，所述a组分的密度(20℃)为1.30～1.50g/cm³，闪点为＞200℃，粘性为120～350mpa.s；所述b组分的密度为1.15～1.25g/cm³，闪点＞200℃，粘性为50～300mpa.s。

本发明所提供的联合充填加固工艺中，首先采用聚氨酯在脱空处或需填充位置进行注浆充填，使泡沫充满空隙，起到充填与堵水的效果；再使用聚脲硅酸盐注浆，充填聚氨酯泡沫间隙，起到加固作用。

本发明所提供的联合充填加固工艺，所述步骤1)中的聚氨酯注浆后与水反应，所述聚氨酯与水反应时间为1～3min，可以在确保填充效果的同时，避免浆液的浪费。通常情况下，隧道等裂缝处有水，不用添加额外的水就能使聚氨酯稳定发泡，反应1～3min即可作为骨架完成填充。

本发明所提供的联合充填加固工艺中，所述步骤1)中所述聚氨酯的开始发泡时间为30s～5min，结束发泡时间为60s～10min，所述的聚氨酯材料发泡倍率不易过大，注浆压力也不宜过大，以免对例如隧道二衬等造成破坏，或是引起地表隆起过高。所述聚氨酯的发泡倍率小于35倍，优选为15～35倍。发泡倍率过小，起不到快速充填堵水的作用；倍率过大，会使得泡沫不均匀不稳定。所述注浆压力小于0.5mpa，注浆压力0.2～0.5mpa。注浆压力过大，容易诱发原有结构的破坏。注浆压力过小，可能导致浆液注入困难。

本发明所提供的联合充填加固工艺中，所述聚氨酯材料的最大放热温度小于120℃，抗压强度＞5mpa，混合后10s粘度为1500～2000mpa.s。

本发明所提供的联合充填加固工艺中，所述步骤2)中所述聚脲硅酸盐的固化反应时间为1～4min，聚脲硅酸盐的固化强度大于30mpa，优选固化强度为45～50mpa。

本发明所提供的联合充填加固工艺中，所述步骤2)中聚脲硅酸盐的开始反应时间为30s～80s，可流动时间为3min～4min，不发泡，最大放热温度为96℃～118℃。

本发明所提供的联合充填加固工艺中，所述聚脲硅酸盐的30min的抗压强度≥30mpa、1h的抗压强度≥45mpa，10h的抗压强度≥50mpa，所述聚脲硅酸盐的抗折强度＞15mpa，与岩石的粘结强度＞5mpa。

本发明第二方面提供对隧道二衬壁后的脱空、地基或桥头跳车的加固处理，包括对检测脱空处，再对脱空处对应的隧道壁、地基、桥头的位置打孔后采用本发明所述的联合充填加固工艺。

本发明可以克服传统工艺浆液流失过大问题，材料反应迅速，流失小。注浆充填加固位置精准，不会堵塞其他预留排水通道。同时无需破除原有结构即可用于充填加固，并且具有良好的强度，施工简便，安全高效。

聚脲硅酸盐材料凝结时间短，强度增长快，渗透性高。使用水泥浆液于聚氨酯浆液复合注浆，施工周期长，且水泥浆液难以注入微裂隙，加固不彻底。采用聚脲硅酸盐于聚氨酯材料联合注浆，施工周期大大缩短，且能渗透进入微小裂隙，加固更彻底。

另外，由于水泥浆液凝结时间长，凝结前会随裂隙与排水板外壁流动，渗透距离过远，一旦进入隧道壁后预留的环形排水通道，极易引发堵塞。聚脲硅酸盐材料的凝结时间可以控制在30～180s之间，可控制渗透半径大小，即充填精准。不会造成衬砌背后防水通道阻塞。

最后，聚脲硅酸盐于原有的混凝土结构粘接强度大，充填后结构一体性好。使用水泥充填，水泥与混凝土的界面粘接不牢。由于是壁后充填使用，难以对内部空洞表面进行凿毛处理。因此用聚脲硅酸盐材料与聚氨酯材料充填具有明显优势。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

在下述实施例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均可商购获得。

实施例1

现有隧道二衬施工完毕，质量检查发现多处二衬厚度不足并有壁后脱空现象，并有渗漏水。

检测过程中是无损检测，对检测到壁后脱空的位置对应的隧道壁的位置打孔，然后通过注浆管首先在二衬后采用聚氨酯在脱空处或需填充位置进行注浆充填，使泡沫充满空隙，起到充填与堵水的效果；再使用聚脲硅酸盐注浆，充填聚氨酯泡沫间隙，起到加固作用。

使用的聚氨酯发泡倍率20倍，反应时间2min。

使用的聚脲硅酸盐不发泡，反应时间3min，固化强度40mpa。注浆压力0.5mpa。

图1是先通过注浆管注入聚氨酯，图2是在聚氨酯形成的骨架结构上注入聚脲硅酸盐。图中的1为聚氨酯，2为聚脲硅酸盐。

实施例2

现有隧道二衬施工完毕，质量检查发现多处二衬厚度不足并有壁后脱空现象，并有渗漏水。

检测过程中是无损检测，对检测到壁后脱空的位置对应的隧道壁的位置打孔，然后通过注浆管首先在二衬后采用聚氨酯在脱空处或需填充位置进行注浆充填，使泡沫充满空隙，起到充填与堵水的效果；再使用聚脲硅酸盐注浆，充填聚氨酯泡沫间隙，起到加固作用。

使用的聚氨酯发泡倍率25倍，反应时间2.5min。

使用的聚脲硅酸盐不发泡，反应时间4min，固化强度45mpa。注浆压力0.4mpa。

实施例3

现有隧道二衬施工完毕，质量检查发现多处二衬厚度不足并有壁后脱空现象，并有渗漏水。

检测过程中是无损检测，对检测到壁后脱空的位置对应的隧道壁的位置打孔，然后通过注浆管首先在二衬后采用聚氨酯在脱空处或需填充位置进行注浆充填，使泡沫充满空隙，起到充填与堵水的效果；再使用聚脲硅酸盐注浆，充填聚氨酯泡沫间隙，起到加固作用。

使用的聚氨酯发泡倍率30倍，反应时间3min。

使用的聚脲硅酸盐不发泡，反应时间4min，固化强度45mpa。注浆压力0.2mpa。

实施例4

现有一在运营期桥梁，桥台背填土沉降，出现桥头跳车现象。

检测过程中是无损检测，对检测到桥台背沉降的位置打孔，然后首先在桥台下方采用聚氨酯在脱空处或需填充位置进行注浆充填，使泡沫充满空隙，起到充填与堵水的效果；然后使用聚脲硅酸盐注浆，充填聚氨酯泡沫间隙，起到加固作用。

使用的聚氨酯发泡倍率20倍，反应时间2min。

使用的聚脲硅酸盐不发泡，反应时间3min，固化强度40mpa。注浆压力0.5mpa。

实施例5

现有一在运营期桥梁，桥台背填土沉降，出现桥头跳车现象。

检测过程中是无损检测，对检测到桥台背沉降的位置打孔，然后首先在桥台下方采用聚氨酯在脱空处或需填充位置进行注浆充填，使泡沫充满空隙，起到充填与堵水的效果；然后使用聚脲硅酸盐注浆，充填聚氨酯泡沫间隙，起到加固作用。

使用的聚氨酯发泡倍率25倍，反应时间2.5min。

使用的聚脲硅酸盐不发泡，反应时间4min，固化强度45mpa。注浆压力0.4mpa。

实施例6

现有一在运营期桥梁，桥台背填土沉降，出现桥头跳车现象。

检测过程中是无损检测，对检测到桥台背沉降的位置打孔，然后首先在桥台下方采用聚氨酯在脱空处或需填充位置进行注浆充填，使泡沫充满空隙，起到充填与堵水的效果；然后使用聚脲硅酸盐注浆，充填聚氨酯泡沫间隙，起到加固作用。

使用的聚氨酯发泡倍率30倍，反应时间3min。

使用的聚脲硅酸盐不发泡，反应时间4min，固化强度45mpa。注浆压力0.2mpa。

对比例1

现有隧道二衬施工完毕，质量检查发现多处二衬厚度不足并有壁后脱空现象，并有渗漏水。

对检测到壁后脱空的位置对应的隧道壁开凿，然后向脱空处注浆标号c35水泥浆液，至注浆压力达到0.5mpa，保持10min以上，完成注浆。

对比例2

现有一在运营期桥梁，桥台背填土沉降，出现桥头跳车现象。

对检测到桥台背沉降的位置开凿，然后向桥台背脱空处注浆标号c35水泥浆液，至注浆压力达到0.5mpa，保持10min以上，完成注浆。

性能测试

1、抗压强度的测试方法

由于现场测试需要破坏原有结构，故开展室内试验测试。制备c35标号混凝土标准试块，将试块进行中心劈裂，取劈裂后的一半放入试模中，按照实施例或对比例中步骤注浆并填充试模，养护完成后制得测试试样。将试样使用万能试验仪进行单轴压缩试验，测试其抗压强度。

2、粘结强度的测试方法

制备c35标号混凝土标准试块，将试块进行中心劈裂，取劈裂后的一半放入试模中，按照实施例或对比例中步骤注浆并填充试模，养护完成后制得测试试样。将试样使用岩石三轴测试仪进行抗剪强度实验，剪切界面即为原c35标号混凝土与后填充材料的界面。

3、渗透系数的测试方法

制备c35标号混凝土标准试块，将试块进行中心劈裂，取劈裂后的一半放入试模中，按照实施例或对比例中步骤注浆并填充试模，养护完成后，将试样切割至适合岩石渗透仪的标准试样，切割过程中保证原c35标号混凝土与后填充材料的交界面在试样中央。将制得试样使用岩石渗透仪进行渗透性测试。

表1实施例1～6、对比例1、2的抗压强度、粘结强度、渗透系数等测试数据

实施例1～3充填后无渗漏水现象，且周围排水通道未堵塞，经敲击检测，二衬壁后检测不到脱空。其结构整体抗压强度大于原有混凝土标号，局部抗压强度大于40mpa。与原有混凝土结构的粘接强度可达5mpa，整体渗透系数可达到1*10^-9cm/s。

实施例4～6充填后桥台背下方检测不到脱空，桥台背抬升至正常位置。其结构整体抗压强度大于原有混凝土标号，局部抗压强度大于40mpa。与原有混凝土结构的粘接强度可达5mpa，整体渗透系数可达到1*10^-9cm/s。

对比例1中充填后基本无渗漏水现象，但周遭排水通道堵塞，且注浆过程中消耗水泥量巨大，经敲击检测，二衬壁后检测不到脱空。其结构整体抗压强度等同于混凝土标号。与原有混凝土结构的粘接强度可达0.7mpa，整体渗透系数可达到1*10^-7cm/s。

对比例2充填后桥台背下方检测不到脱空，桥台背未抬升。其结构整体抗压强度等同于混凝土标号。与原有混凝土结构的粘接强度可达0.7mpa，整体渗透系数可达到1*10^-7cm/s。

采用聚氨酯浆液和聚脲硅酸盐交替注浆，该注浆法充分发挥了聚脲硅酸盐和聚氨酯的各自的特性，起到堵水与加固双重作用；采用聚脲硅酸盐与聚氨酯材料联合注浆，施工周期大大缩短，且能渗透进入微小裂隙，加固更彻底；采用聚脲硅酸盐与聚氨酯联合注浆，由于聚脲硅酸盐材料的凝结时间可以控制在1-3min之间，可控制渗透半径大小，即充填精准，不会造成衬砌背后防水通道阻塞；采用聚脲硅酸盐与聚氨酯联合注浆，由于聚脲硅酸盐与混凝土结构粘接强度大，充填后结构一体性好。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。