水工鋼襯復(fù)合填充接觸灌漿技術(shù)在景洪水電站的應(yīng)用

孫華章，李允魯，詹虎躍

（華能景洪水電工程建設(shè)管理局，云南 景洪 666100）

景洪水電站位于云南省西雙版納傣族自治州境內(nèi)，距景洪市約5 km，是瀾滄江中下游河段梯級規(guī)劃的第六級電站。電站樞紐由攔河壩、泄洪沖沙建筑物、引水發(fā)電建筑物、垂直升船機(jī)等組成，總庫容11.39億m3，裝機(jī)容量1 750 MW（5×350 MW）。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高108 m。

0 引 言

水電站工程中的引水壓力鋼管、蝸殼、肘管、預(yù)埋件等都屬于鋼襯結(jié)構(gòu)。由于混凝土終凝后收縮或鋼襯妨礙混凝土澆筑時(shí)振搗等因素的影響，鋼襯與混凝土接觸面或多或少會出現(xiàn)脫空。為了確保鋼襯混凝土聯(lián)合受力與安全運(yùn)行，一般對脫空均采用接觸灌漿方法處理。

鋼襯接觸灌漿常常采用在鋼襯上預(yù)留孔、鉆孔或在鋼襯與混凝土接觸面預(yù)埋管，用水泥漿液進(jìn)行填充。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是成本低、經(jīng)濟(jì)效益明顯，因而為大多數(shù)工程所用。但也有部分工程因?yàn)殇撘r結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行需要，不得不采用價(jià)格高昂的化學(xué)灌漿方法。兩種灌漿方法各有優(yōu)劣，水泥灌漿成本低，但水泥漿液的流通性差，往往制約灌漿質(zhì)量；化學(xué)灌漿雖然材料流通性好，能較好地保證灌漿質(zhì)量，但其成本高，且接觸灌漿屬于隱蔽性工程，注漿量無法預(yù)估，難以被大范圍推廣應(yīng)用。

景洪水電站壓力鋼管直徑為11.2 m，僅次于三峽水電站，大流量引水的特性對鋼襯接觸灌漿質(zhì)量提出了更高的要求。景洪水電站采取了水泥灌漿與化學(xué)灌漿相結(jié)合的方式實(shí)施鋼襯接觸灌漿，即水工鋼襯接觸復(fù)合填充灌漿技術(shù)。該技術(shù)明顯的優(yōu)勢在于利用廉價(jià)的水泥漿液將可能造成注漿量大的區(qū)域提前填充，并完成脫空縫隙較深區(qū)域的灌漿施工，然后再進(jìn)行化學(xué)灌漿，從而使化學(xué)灌漿量從未知量變成可估算量，降低了化學(xué)灌漿成本，同時(shí)又提高了灌漿質(zhì)量。

1 灌前工作

1.1 脫空參數(shù)的確定

鋼襯接觸灌漿灌前第一項(xiàng)工作是脫空參數(shù)的確定，景洪電站鋼襯脫空參數(shù)主要包含以下兩個(gè)內(nèi)容，一是脫空深度的確定，二是脫空范圍的確定。前者主要采用捶擊敲打法，即用錘子敲打鋼襯確定，后者則是邊捶擊邊用粉筆圈畫出脫空范圍，現(xiàn)場立即繪制成圖，以指導(dǎo)開孔和灌漿施工。捶擊敲打時(shí)如響聲為“咚咚咚”，則該處鋼襯脫空較嚴(yán)重；如響聲為“嗒嗒嗒”，則該處存在脫空，但深度不深；如響聲為“當(dāng)當(dāng)當(dāng)”，則該處鋼襯與混凝土接觸良好。在鉆孔階段，再利用鉆孔以卷尺測量脫空深度進(jìn)行校正。

捶擊敲打操作時(shí)，清理干凈鋼襯表面上的堆物、附漿等，敲打者盡量不穿軟質(zhì)鞋子，必要時(shí)搭架鋼管以使捶擊敲打者不踩在被捶擊敲打的鋼襯上。所有這些均是景洪水電站為保證鋼襯被捶擊敲打時(shí)響聲清楚、真實(shí)所采取的有效措施。

1.2 鉆孔埋嘴

景洪水電站壓力鋼管和肘管采取預(yù)留灌漿孔，蝸殼采取預(yù)埋管的方式，實(shí)施過程中根據(jù)脫空區(qū)及孔（管）連通情況，再予以適當(dāng)鉆孔補(bǔ)充。

鉆孔時(shí)應(yīng)根據(jù)《規(guī)范》要求，每一個(gè)獨(dú)立的脫空區(qū)布孔不應(yīng)少于2個(gè)，最低處和最高處都應(yīng)布孔，孔徑不宜小于12 mm。鉆孔的布置原則是在滿足規(guī)范的前提下，盡量少布和減小孔徑，以減少鋼襯破壞。如脫空區(qū)相連通，則位于低處的脫空區(qū)布孔徑較大的灌漿孔；位于高處的脫空區(qū)布孔徑較小的排氣孔。鉆孔的布設(shè)位置要避開鋼襯接頭、加勁環(huán)等部位。進(jìn)行造孔時(shí)，先用小鉆頭（?12 mm）將鋼襯鉆穿，用鋼卷尺插入孔內(nèi)測量脫空深度。通過對脫空面積、脫空深度及脫空區(qū)串通情況的計(jì)算分析，估算每個(gè)獨(dú)立脫空灌區(qū)的需漿量，依據(jù)需漿量確定鉆孔的數(shù)量及孔徑。一般的說，如果脫空灌區(qū)面積較大、脫空深度淺，則鉆孔數(shù)量多、孔徑小；反之如果脫空灌區(qū)面積小、脫空深度大，則鉆孔數(shù)量少、孔徑大。造孔完畢后即在孔內(nèi)攻絲，然后裝上灌漿管、排氣管。在此著重一提的是對脫空面積較大的灌區(qū)，尤其是對脫空深度較淺的大灌區(qū)，除了按照規(guī)范要求布設(shè)灌漿孔和排氣孔外，尚應(yīng)布設(shè)1～2個(gè)用于安裝壓力表的鉆孔（一般布置在脫空區(qū)中間位置），以監(jiān)測灌漿時(shí)鋼襯的受力情況。

1.3 材料的選擇

水工鋼襯接觸復(fù)合填充灌漿技術(shù)使用的關(guān)鍵材料為水泥和化灌材料，其中水泥選用常規(guī)接觸灌漿使用的硅酸鹽水泥即可，無特殊要求，但因?yàn)樗喙酀{后脫空縫面難以保證干燥，化學(xué)灌漿材料的親水性能尤為重要。鑒于目前化灌材料在親水性能和粘結(jié)強(qiáng)度方面很難同時(shí)達(dá)到理想要求，景洪水電站選用了具有一定親水性的改性環(huán)氧材料作為化灌材料。

2 灌前沖洗－串通檢查

鋼襯接觸灌漿沖洗的目的有三：一是清除脫空區(qū)內(nèi)的污物積水，二是檢查了解掌握脫空區(qū)的串通情況，三是在沖洗水中加入高錳酸鉀等將水染色，計(jì)量注入量，以掌握脫空容積，以便準(zhǔn)備充足的灌漿材料。景洪電站鋼襯底部沖洗時(shí)遵循先水洗后風(fēng)吹的順序。水洗時(shí)，水從脫空高處孔注入，脫空低處孔排除污物積水；風(fēng)吹時(shí)，風(fēng)從脫空低處孔通入，從脫空高處排出污物積水。水、風(fēng)循環(huán)沖洗各兩次，直至回水清潔、積水全部清除為止。沖洗時(shí)使用的風(fēng)水壓力一般控制在灌漿壓力的80%。沖洗時(shí)觀察脫空區(qū)的串通情況，并將串通情況及時(shí)地在鋼襯上標(biāo)記清楚，沖洗完畢后與其他檢查成果一起繪制成圖。由于風(fēng)、水透入性很強(qiáng)，為避免鋼襯因大面積受壓作用產(chǎn)生拱起，在沖洗開始階段，所有污物積水排出孔均不堵上，在保證足夠的灌漿排除量前提下，依次將排出孔堵上，以保證脫空區(qū)域的沖洗壓力和測容的最大精確度。

3 灌漿壓力及漿液選定

灌漿壓力和漿液濃度是直接影響灌漿效果的兩個(gè)重要因素。從主觀方面來說，使用較大的灌漿壓力和濃度較高的漿液其填充脫空的效果較理想，因?yàn)閴毫Υ竽苁節(jié){液填充充分，而濃漿結(jié)石后收縮比小，能避免出現(xiàn)二次脫空。但是，鋼襯能承受的最大壓力有限，超過則鋼襯被拱起。而濃漿流動(dòng)性能較差，易引起堵塞，同時(shí)濃漿無法流入深度較淺的脫空區(qū)。景洪電站根據(jù)不同部位鋼襯承受能力和脫空面積大小，設(shè)計(jì)規(guī)定壓力鋼管和蝸殼灌漿壓力不大于0.1 MPa，肘管接觸灌漿壓力不大于0.25 MPa。對于無法使用較大灌漿壓力的大面積脫空，為保證漿液的有效充填，采用了多臺灌漿泵及一臺泵接多個(gè)灌漿管頭，并延長屏漿時(shí)間，以保證灌漿質(zhì)量。對于所有的灌漿區(qū)域，均保留鋼襯的內(nèi)支撐，以達(dá)到使用較大灌漿壓力的目的。

漿液濃度取決于脫空深度。景洪電站對于脫空區(qū)域較大的灌區(qū)，部分采用先砂漿回填灌漿，后水泥漿接觸灌漿的方法，部分采用了水泥漿濃漿的灌注方法；對脫空深度較淺的灌區(qū)，灌注稀漿。對于灌注水泥漿液的灌區(qū)，均采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1（0.5∶1）三個(gè)比級，以先稀后濃的原則施灌。

在水泥灌漿結(jié)束待強(qiáng)14 d后，開始實(shí)施化學(xué)灌漿，化學(xué)漿液嚴(yán)格按照廠家給定的比例配置。

4 灌 漿

4.1 水泥灌漿

接觸灌漿施工過程中，嚴(yán)格遵循先稀漿后濃漿和先小壓力后大壓力的原則。灌漿時(shí)進(jìn)漿管、回漿管和脫空區(qū)都分別安裝壓力表，以監(jiān)測各自的壓力情況，對于面積較大的脫空灌區(qū)，至少安裝一個(gè)千分表。除在脫空區(qū)域內(nèi)，其他未脫空但距灌區(qū)較近的部位也安裝了千分表，用以監(jiān)測鋼襯在施灌過程中的變形情況。壓力表和千分表都派有專人觀測，并每隔2 min向送漿人員讀報(bào)一次數(shù)值。灌漿自低部位脫空區(qū)的低處孔開始，灌漿過程中敲擊震動(dòng)鋼襯，待各高處孔分別排出濃漿后一次將其孔口關(guān)閉。灌漿壓力控制由小到大逐級升壓，在漿液灌入量正常情況下不增加壓力，漿液的輸送保持均勻連續(xù)，堅(jiān)決杜絕“吃一口、喂一口”“一口喂飽”的做法，即使在吃漿量較大的情況下也不過分加大送漿量，防止脫空區(qū)一旦被灌滿而送漿尚在繼續(xù)，引起鋼襯“鼓包”。灌漿過程中嚴(yán)格控制供漿的連續(xù)性，杜絕灌漿過程出現(xiàn)中斷，導(dǎo)致進(jìn)漿孔、送漿管堵塞的現(xiàn)象。脫空區(qū)未灌滿而發(fā)生供漿中斷時(shí)，則采用風(fēng)水沖洗灌區(qū)，將脫空區(qū)內(nèi)已灌進(jìn)的漿液全部清除，以便重新灌漿，堅(jiān)決杜絕因供漿中斷導(dǎo)致進(jìn)漿孔堵塞進(jìn)行二次布孔的情況。防止發(fā)生灌漿突然中斷事故，除了保證水電供應(yīng)及機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行外，還需制備足夠的漿材及保持管路暢通。

景洪電站鋼襯接觸灌漿停灌標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計(jì)給定的灌漿壓力下，出漿孔排出的漿液濃度與灌入的漿液濃度相同，封閉排漿孔不再吸漿后，延續(xù)灌漿20 min（屏漿時(shí)間）即可結(jié)束。屏漿時(shí)為防止鋼襯拱起，對排氣管的閥門進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.2 二次脫空檢查及通風(fēng)檢查

水泥漿灌漿結(jié)束并待強(qiáng)14 d后，即可開展二次脫空檢查，主要確定水泥灌漿后需要進(jìn)行二次水泥灌漿或化學(xué)灌漿的區(qū)域，并根據(jù)脫空情況制定二次灌漿措施（水泥灌漿補(bǔ)灌或化灌）。景洪水電站明確要求水泥灌漿后脫空面積大于0.5 m2即需采取二次灌漿。

二次灌漿前，通風(fēng)檢查主要是檢查剩余脫空區(qū)域內(nèi)灌漿孔的連通情況，以便選擇可利用的水泥灌漿孔和確定是否需要補(bǔ)孔。如果二次灌漿采取化學(xué)灌漿，則通風(fēng)時(shí)除檢查灌漿孔連通情況外，還需要適當(dāng)延長通風(fēng)時(shí)間，以排空脫空縫內(nèi)的積水，并盡可能風(fēng)干縫面，增加化學(xué)材料的粘結(jié)強(qiáng)度。景洪水電站在二次通風(fēng)檢查時(shí)，對化學(xué)灌漿區(qū)域曾做過通風(fēng)時(shí)間長達(dá)12 h的試驗(yàn)，結(jié)果表明長時(shí)間通風(fēng)在工期允許的情況下，對縫面的干燥有一定的效果，也利于化學(xué)材料粘結(jié)。

4.3 化學(xué)灌漿

化學(xué)灌漿施工的關(guān)鍵在于配漿量與灌漿進(jìn)度協(xié)調(diào)。因?yàn)榛瘜W(xué)灌漿材料一經(jīng)混合后，不用完會造成浪費(fèi)，而且配漿量較大會導(dǎo)致反應(yīng)放熱增加，影響反應(yīng)速度，因此化學(xué)灌漿材料在配置時(shí)應(yīng)根據(jù)進(jìn)漿情況適當(dāng)控制配漿量，在保證灌漿進(jìn)度的條件下，應(yīng)減少每次的配漿量。

景洪水電站化學(xué)灌漿施工的灌漿壓力等參數(shù)均按照水泥灌漿參數(shù)的要求，在規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿后，繼續(xù)注漿5 min，結(jié)束化學(xué)灌漿。

5 質(zhì)量檢查及效果

景洪電站鋼襯接觸灌漿質(zhì)量檢查要求在化學(xué)灌漿結(jié)束后進(jìn)行。質(zhì)量檢查主要內(nèi)容：脫空范圍和脫空深度。檢查采用捶擊敲打法與中子無損檢測法，通過檢查，對脫空面積大于0.5 m2的區(qū)域要求再次補(bǔ)灌。根據(jù)質(zhì)量檢查情況，在二次化學(xué)灌漿后，未發(fā)現(xiàn)有脫空面積大于0.5 m2的區(qū)域，灌漿質(zhì)量良好。

自2008年6月景洪水電站建成發(fā)電至今，鋼襯結(jié)構(gòu)運(yùn)行情況良好。2011年3月，電站運(yùn)行單位曾對肘管進(jìn)行了敲擊檢查，未發(fā)現(xiàn)脫空面積大于0.5 m2的區(qū)域，表明鋼襯復(fù)合接觸灌漿技術(shù)在景洪水電站的嘗試性運(yùn)用質(zhì)量可靠。