高水頭條件下閘門槽混凝土集中漏水處理

萬海濤，姜世龍

(湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院，湖南 長沙 410007)

0 引言

某水電站工程正在蓄水階段準備發(fā)電時，發(fā)現(xiàn)1#進水口檢修門閘門槽混凝土集中漏水的情況。由于蓄水前混凝土表面檢查未能發(fā)現(xiàn)并處理該問題，為盡量不影響蓄水發(fā)電，必須在高水頭條件下進行快速封堵處理。

1 概述及漏水原因分析

由于閘門槽需要安裝埋件，在設(shè)計、施工中一直沿襲著在澆筑閘墩時先預(yù)埋螺栓，當閘墩混凝土達到一定強度后，在門槽位置把門軌上的螺栓與門槽內(nèi)的預(yù)埋螺栓焊接，再調(diào)整門軌尺寸、垂直度，然后立模支撐，再澆筑二次混凝土，達到穩(wěn)定門軌的目的。在1#進水口檢修門澆筑二次混凝土時，由于振搗空間小且澆筑速度慢、門槽較高等原因，分成三次澆筑施工。由于施工時質(zhì)量控制不嚴格，閘門槽混凝土澆筑不密實，在下閘蓄水后閘門槽混凝土背水側(cè)出現(xiàn)集中漏水的情況。蓄水前由于門槽兩側(cè)均無水，在拆模后進行了混凝土表面處理的情況下，閘門槽混凝土表面檢查未能及時發(fā)現(xiàn)隱藏的滲漏問題，錯過了最佳處理時期。為盡量不影響正常蓄水發(fā)電，必須在蓄水發(fā)電準備階段高水頭條件下對1#進水口檢修門閘門槽混凝土集中漏水進行快速封堵處理。

參考國內(nèi)一些電站此類問題的處理措施，一般分為兩種:一種是從迎水側(cè)派專業(yè)潛水員潛水查找漏水部位，然后實施迎水側(cè)止水帶水下封堵;另一種是先降低或人為放低庫水位，然后查找漏水部位并進行修補。由于該工程地處偏遠山區(qū)，很難找到專業(yè)堵漏處理的潛水員，降低或人為放低庫水位將嚴重影響正常蓄水發(fā)電準備工作，上述兩種方法均不適用。只能在不降低水位的情況下對閘門槽漏水部位背水側(cè)進行封堵。

2 滲漏情況調(diào)查

在發(fā)現(xiàn)集中漏水情況后，建設(shè)方立即組織各方從水輪機室進入檢修門和工作門中間的流道底板，從背水側(cè)對滲漏情況進行現(xiàn)場調(diào)查。經(jīng)現(xiàn)場查看，漏水部位具有一定規(guī)律，可以大致分為11 個區(qū)域(見表1)，主要集中在二期混凝土澆筑分層部位和振搗不密實部位。漏水量調(diào)查采用秒表計時、儲水桶測量水量。在各部位中選取有代表性的點進行漏水壓力測量，將測壓力的點引管并用堵漏王砂漿固定，在出水口安裝壓力表測量漏水壓力。

3 處理原則及堵漏材料

根據(jù)《混凝土壩養(yǎng)護修理規(guī)程》(SL230—98)［1］，當水壓＜0.1 MPa 時采用直接堵漏法、導(dǎo)管堵漏法、木楔堵塞法;當水壓＞0.1 MPa 時，采用灌漿堵漏法。直接堵漏法、導(dǎo)管堵漏法堵漏材料可選用堵漏王砂漿。根據(jù)類似工程經(jīng)驗，本工程灌漿堵漏法灌漿材料使用浙江華東特種材料工程公司生產(chǎn)的LW 水溶性聚氨酯［2］，其主要性能見表2。

4 常規(guī)方法處理過程

4.1 常規(guī)方法第一階段

在編號2、9、11 三個部位及其他部位的蜂窩狀散點采用直接堵漏法、木楔堵塞法、導(dǎo)管堵漏法進行封堵。

表1 1#進水口檢修門閘門槽混凝土集中漏水情況調(diào)查表Table 1 Survey of concrete centralized leakage at No.1 intake

表2 LW 水溶性聚氨酯特性表Table 2 The properties of LW water-soluble polyurethane

4.1.1 直接堵漏法

在編號2、9、11 三處及其他部位的蜂窩狀散點，將漏水點鑿開呈喇叭口的孔，將堵漏王砂漿捻成與孔相近的形狀，迅速塞人孔內(nèi)進行封堵。因為鑿開后的孔水流量迅速變大，很快將堵漏王砂漿沖散并從該部位鄰近漏水點帶出，無法堵住漏水，僅對本部位與其他漏水點無聯(lián)系，且漏水量＜1 L/min 的單個散點有效。

4.1.2 木楔堵塞法

在編號2、9、11 三處及其他部位的蜂窩狀散點，把漏水點處用電鉆鑿成深度＞5 cm 的圓孔，將裹有棉紗的木楔打入圓孔進行封堵。由于每個部位均存在多個漏水點且漏水點形狀不規(guī)則，采用木楔堵死個別漏水點后，水從其他縫隙和孔洞冒出，壓力和流量均顯著增大，導(dǎo)致其余漏水點封堵難度進一步加大。

采用直接堵漏法、木楔堵塞法后可將蜂窩狀散點漏水部位漏水點數(shù)量減少到3～6 個。

4.1.3 導(dǎo)管堵漏法

對于編號2、9、11 三處及其他部位的蜂窩狀散點采用直接堵漏法、木楔堵塞法均未堵死的較大漏水點，清除漏水點周邊的松動混凝土，鑿成適合下管的孔洞并插入導(dǎo)管，導(dǎo)管四周用堵漏王砂漿封堵，凝固后拔出導(dǎo)管，用堵漏王砂漿封堵導(dǎo)管孔。

采用以上三種方法后，蜂窩狀散點漏水部位大部分漏水點可得到有效封堵，但由于漏水部位閘門槽混凝土內(nèi)部存在水力聯(lián)系，有效封堵了蜂窩狀散點大部分漏水點后形成了1～2 個集中漏水點，壓力增大到0.2～0.4 MPa，流量幾乎等于該部位所有漏水點的漏水量，更加難以處理。

4.2 常規(guī)方法第二階段

第一階段的三種方法只能將蜂窩狀散點漏水部位漏水點數(shù)量減少，無法封堵集中漏水點。分析認為，要對這些集中漏水部位進行封堵，必須進行化學灌漿。通過化學漿液的凝結(jié)和膨脹，堵塞閘門槽混凝土內(nèi)部過水通道。

一直以來，采用灌漿堵漏法時如何在集中漏水點安置灌漿管是一個難點?！痘炷翂勿B(yǎng)護修理規(guī)程》要求先將集中漏水點擴成喇叭狀并沖洗干凈，再用堵漏王砂漿埋設(shè)灌漿管，使漏水從管內(nèi)導(dǎo)出，然后用高強砂漿回填管口四周至原混凝土面，待砂漿強度達到設(shè)計要求后進行頂水灌漿。由于本工程漏水部位的閘門槽混凝土澆筑不密實，鑿孔時不能形成規(guī)則的孔洞，埋設(shè)灌漿管后有大量水從導(dǎo)管與孔壁間噴出。當集中漏水點漏水壓力＞0.2 MPa，流量＞20 L/min 時，堵漏王砂漿無法與混凝土粘結(jié)并固定灌漿管。

參考水電工程基礎(chǔ)灌漿時灌注涌水孔段的做法，分析認為采用鉆孔和灌漿塞組合可以固定灌漿管。為此將Ф15 mm×140 mm 的螺栓中間加工Ф10 mm 的通孔，螺栓底座磨成Ф20 mm 圓頭，然后在螺桿上套入Ф20 mm 的墊片和Ф20 mm 的橡膠塞做成灌漿塞。在集中漏水點部位，用電鉆平穩(wěn)地鉆設(shè)深度10 cm 的Ф20 mm 圓孔。將做好的灌漿塞插入孔中，通過用扳手轉(zhuǎn)動螺母對螺桿上的橡膠塞加壓，使橡膠塞膨脹并卡塞孔壁。在鉆孔較完整且漏水壓力＜0.3 MPa，流量＜20 L/min 時，灌漿塞能有效地固定在孔內(nèi)形成灌漿通道。但同一部位有多個集中漏水點時，下入一個灌漿塞后，該部位的其他漏水點以及蜂窩狀散點漏水量和漏水壓力均增大，灌漿塞無法下入。

對編號5 部位的集中漏水點采用本方法下入灌漿塞并進行化學灌漿。下塞后，該部位的蜂窩狀散點漏水壓力和漏水量迅速增大，形成噴射狀水網(wǎng)。即使將灌漿壓力提高到0.4 MPa，LW 水溶性聚氨酯凝固時間調(diào)到最短的1.5 min，漿液只能形成白色米湯狀夾少量白色絮狀物，來不及凝固就從各散點迅速噴出，不能形成有效封堵。在進行了10 min，灌注了120 L 漿液后仍無效果，只能停止。

5 封閉頂壓+LW 水溶性聚氨酯化學灌漿

5.1 封閉頂壓裝置的制作

準備一塊長×寬×厚為60 cm×60 cm×1 cm 的大鋼板(鋼板的大小可以根據(jù)閘門槽二期混凝土寬度和漏水部位大小調(diào)整)，在上面用厚度為1 cm 的鋼板焊接高5 cm 的米字型肋板，在米字型肋板中央與大鋼板平行焊接一塊直徑為20 cm、厚1 cm 的圓形小鋼板。

在大鋼板米字型肋板一面鉆孔，焊接6～8 根帶閥門的Ф20 mm 短管，閥門尺寸與灌漿泵出漿口部位匹配。在鋼板的另一面四周用強力膠粘貼厚2 cm、寬5～8 cm 的閉孔泡沫板壓條。

準備一個10 t 的液壓千斤頂，一根足以承受千斤頂壓力的鋼管，其長度比閘門槽寬度小1 m 左右。木墊板若干，化學灌漿泵2～3 臺。

5.2 封閉頂壓+LW 水溶性聚氨酯化學灌漿工藝

以編號1 部位為例，將封閉頂壓裝置上Ф20 mm短管閥門全部打開，安裝在準備堵漏處理的部位(最好能將該部位全部漏水點全部罩住，如不能則必須將所有集中漏水點和較大漏水的散點罩住)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查本工程閘門槽漏水情況，用60 cm×60 cm 的頂壓裝置能將各部位分別罩住。安裝好封閉頂壓裝置后，漏水水流從各短管閥門中流出。將頂壓鋼管的一端支撐在閘門槽對面混凝土墻上(若施工門楣部位時則可頂撐在流道底板或者施工平臺上)，把液壓千斤頂安裝在封閉頂壓裝置圓形鋼板和頂壓鋼管之間，如有間隙用木墊板進行調(diào)整。對液壓千斤頂加壓，使封閉頂壓裝置頂撐在編號1 漏水部位的閘門槽混凝土表面。

頂撐好后關(guān)閉封閉頂壓裝置上的2 個閥門，將兩臺手動化學灌漿泵分別連接到閥門上。用兩臺手動化學灌漿泵壓送LW 水溶性聚氨酯，當灌漿泵壓力略大于漏水壓力時，開啟閥門并持續(xù)壓漿。此時有未凝固的LW 水溶性聚氨酯漿液從封閉頂壓裝置其他閥門水流中流出，不必處理。一邊繼續(xù)壓漿，一邊緩慢關(guān)閉出水閥門(關(guān)閥門過程不超過1 min)。所有出水閥門關(guān)閉后，在漿液最早凝固時間內(nèi)通過兩臺化學灌漿泵壓入1.5～2 倍估算量的LW 水溶性聚氨酯，迅速關(guān)閉灌漿管閥門。壓漿過程中需時刻關(guān)注頂撐情況，若有松動跡象必須及時進行調(diào)整，保證整個灌漿過程中頂壓裝置不出現(xiàn)松動。由于LW 水溶性聚氨酯的特性，漿液將在2－5 min 內(nèi)凝結(jié)，且由于其水溶性和遇水膨脹性，能對閘門槽混凝土內(nèi)部蜂窩孔洞進行有效填充，在灌漿完成后繼續(xù)頂壓約30 min 后即可拆卸，編號1 部位漏水封堵完成。

拆卸后對封閉頂壓裝置進行清理，刮除LW 水溶性聚氨酯凝結(jié)體，疏通閥門管道，替換閉孔泡沫板壓條后即可進入下一部位的堵漏灌漿施工。按照順序依次對其余的10 個漏水部位進行封閉頂壓+LW 水溶性聚氨酯化學灌漿施工，處理成果見表3。

將已封堵成功的漏水部位混凝土表面的LW 水溶性聚氨酯凝結(jié)體鏟除，此時可見混凝土表面已經(jīng)是干表面。由于閘門槽混凝土表面可能長期被高速水流沖刷，為提高其表面防沖耐磨性，可采用先涂刷環(huán)氧樹脂基液，再涂抹環(huán)氧砂漿的方式進行表面處理。

表3 封閉頂壓+LW 水溶性聚氨酯化學灌漿處理成果表Table 3 The results of using treatment of closed top pressure+ LW soluble polyurethane chemical grouting

5.3 封閉頂壓+LW 水溶性聚氨酯化學灌漿效果分析

相對于常規(guī)處理方式，本方法不需要鑿孔埋設(shè)灌漿管，也不需要對蜂窩狀散點漏水進行封堵，對集中漏水和蜂窩狀散點漏水均可統(tǒng)一處理。由表3 可知，所有處理部位均是一次封堵成功，11 個漏水部位總灌漿量354 L，平均約32.2 L。對于本工程如此大的漏水量來講，灌漿材料用量十分節(jié)省。該裝置可就地取材，容易加工，施工工藝簡單，封堵效果非常明顯。若開始即采用本方法，在各種準備工作做好后，2 天內(nèi)即可完成堵漏，絲毫不影響蓄水發(fā)電進度。對運行階段的水電站工程閘門槽漏水封堵，本方法也具有廣泛的適應(yīng)性和可推廣性，具有明顯的經(jīng)濟效益和工程應(yīng)用價值。

封閉頂壓+LW 水溶性聚氨酯化學灌漿效果對比可見圖1－圖3。

圖1 閘門槽漏水頂壓灌漿前Fig.1 The leaking gate slot before top pressure grouting

6 結(jié)語

(1)處理閘門槽集中漏水情況，采用常規(guī)方法局限性較大，在背水側(cè)封堵時效果差，人工和材料消耗大，不能保證工期。

圖2 閘門槽漏水頂壓灌漿中Fig.2 The leaking gate slot during the top pressure grouting

圖3 閘門槽漏水頂壓灌漿后Fig.3 The reparative gate slot after top pressure grouting

(2)對于新建工程或者運行階段工程閘門槽集中漏水情況，采用封閉頂壓+LW 水溶性聚氨酯化學灌漿的方法在背水側(cè)進行封堵，可以大大減少施工時間，減少人工、材料消耗，簡便有效，值得推廣應(yīng)用。

［1］SL230—98，混凝土壩養(yǎng)護修理規(guī)程［S］.

［2］王志明，唐經(jīng)華.三峽工程臨時船閘壩體橫縫滲漏灌漿處理［J］.人民長江，2007(5):5－6.