長(zhǎng)距離置換式灌漿法處理大壩橫縫止水滲漏

陳 磊，吳啟民

（1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢，430010；2.杭州國(guó)電大壩安全工程有限公司，浙江杭州，310030）

長(zhǎng)距離置換式灌漿法處理大壩橫縫止水滲漏

陳 磊1，吳啟民2

（1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢，430010；2.杭州國(guó)電大壩安全工程有限公司，浙江杭州，310030）

針對(duì)大壩運(yùn)行期水下橫縫止水滲漏處理問(wèn)題，研究提出了利用置換式灌漿法對(duì)止水檢查槽進(jìn)行封堵的處理方法，并系統(tǒng)地介紹了該方法的工作原理、施工條件和工藝過(guò)程，以及在三峽大壩中的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)這一方法的特點(diǎn)和適用范圍進(jìn)行了說(shuō)明，為大壩橫縫止水滲漏問(wèn)題的解決提供了新的途徑和手段。

置換式灌漿；止水系統(tǒng)；滲漏；處理

0 引言

混凝土大壩迎水面壩段分縫處擋水防滲功能主要由跨縫埋設(shè)的止水系統(tǒng)承擔(dān)，傳統(tǒng)高壩止水系統(tǒng)包括兩道止水片，其間設(shè)瀝青井。由于瀝青井構(gòu)造施工較復(fù)雜、檢查維護(hù)不便，近年來(lái)許多工程已以止水檢查槽代之。止水檢查槽外形、位置均與瀝青井相似，一般在廊道附近采用水平分區(qū)、止水分段，各段上下端均通過(guò)管道與廊道連通。正常運(yùn)行情況下，具有觀(guān)察止水滲漏情況和排水減壓的作用；施工和檢修期通過(guò)對(duì)槽內(nèi)封閉壓水，可檢查止水是否存在滲漏缺陷以及滲漏部位；當(dāng)出現(xiàn)較大滲漏時(shí)，通過(guò)向槽內(nèi)灌注聚氨酯止水材料，可達(dá)到封堵漏水通道、修復(fù)系統(tǒng)防滲功能的目的［1］。

在施工期和具有排干檢修條件的部位，對(duì)大壩橫縫止水滲漏的處理還可以選擇從迎水面采取騎縫灌漿、縫口嵌填止水密封膠、表面粘貼止水蓋片等多種措施；而擋水運(yùn)行后，對(duì)于庫(kù)水位以下滲漏處理，通常采用從廊道內(nèi)灌漿以避免水下施工［2］。

止水檢查槽充填灌漿一般采用水溶性聚氨酯LW，其固化后的凝膠體斷裂伸長(zhǎng)率≥80%，遇水膨脹率≥100%，其止水性能和效果遠(yuǎn)優(yōu)于瀝青［3］，是非常理想的變形縫止水材料，施工期及排干狀態(tài)下比較容易實(shí)施。但由于LW與水混合后具有快速固化的特性，在運(yùn)行期庫(kù)水位以下，一旦出現(xiàn)止水滲漏，如何實(shí)施檢查槽灌漿則是壩體運(yùn)行維護(hù)中面臨的技術(shù)難題。

針對(duì)這一特定問(wèn)題，在分析總結(jié)前期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)止水檢查槽特點(diǎn)和灌漿材料的特性，通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)和分析研究，筆者首次提出了置換式灌漿處理方法。

1 置換法原理和要點(diǎn)

壩體止水檢查槽置換式灌漿法簡(jiǎn)稱(chēng)置換法，即首先通過(guò)充水使壩體止水檢查槽內(nèi)部處于有壓靜止?fàn)顟B(tài)，以設(shè)定的壓力和速度將漿材從檢查槽的一端注入，將槽內(nèi)水體向另一端平穩(wěn)推出，灌注過(guò)程中采用隔離劑使槽內(nèi)水體和漿液彼此基本不接觸不混合，并保持槽內(nèi)壓力略高于外部水壓，使外部水體不能進(jìn)入，最終將槽內(nèi)水體全部置換成止水漿材的灌漿新技術(shù)。

該技術(shù)要點(diǎn)包含材料、灌漿速度和壓力控制原則、灌漿順序三個(gè)方面。

1.1 材料

隔離劑選擇比重略大于水的油性溶劑，表面張力與水及聚氨酯不同，含有適量活性基團(tuán)，基本不溶于水，可少量溶于聚氨酯，但不會(huì)影響聚氨酯的固化性能，灌漿過(guò)程中起分隔水和聚氨酯漿液的作用，達(dá)到延長(zhǎng)凝膠時(shí)間的目的。

水溶性聚氨酯HW的固結(jié)體為硬韌性材料，遇水反應(yīng)速度相對(duì)緩慢，可取少量作為先導(dǎo)液，起過(guò)渡和輔助隔水作用。

水溶性彈性聚氨酯LW的固結(jié)體遇水膨脹性好，且具有優(yōu)良的彈韌性，其漿液遇水反應(yīng)速度較快，適用于純壓式快速堵水［4］，在遠(yuǎn)距離有水通道中行進(jìn)較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)容易固化，造成通道堵塞、灌漿中斷。LW與HW以不同比例混合后作為主材，在保留必要膨脹性和彈韌性的同時(shí)，可適當(dāng)減緩固化反應(yīng)速度。

1.2 灌漿速度和壓力控制原則

灌漿速度依據(jù)總注入量和漿材的凝結(jié)時(shí)間確定，排水排漿速度按照略低于進(jìn)漿速度通過(guò)回漿管閥門(mén)開(kāi)度控制。

灌漿壓力按照大于槽內(nèi)水壓并滿(mǎn)足灌注速度需要來(lái)確定，并要求灌漿期間保持平穩(wěn)，避免波動(dòng)。

1.3 灌漿順序

由于漿材和隔離劑的粘度和密度大于水，灌漿采用從檢查槽底部進(jìn)漿，按隔離劑、先導(dǎo)液（HW）、主材（LW和HW混合液）的順序依次連續(xù)灌入。試驗(yàn)證明，三種材料在平穩(wěn)的水體內(nèi)能較長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的分層狀態(tài)。

2 主要工藝流程

2.1 設(shè)備選擇和安裝

選用壓力平穩(wěn)、操作靈活、流量滿(mǎn)足需要并能適應(yīng)場(chǎng)地環(huán)境的化灌泵，以止水檢查槽底部連通管口作為進(jìn)漿口，安裝節(jié)制閥、灌漿泵和壓力表；頂部連通管口作為回漿口，安裝節(jié)制閥、壓力表和流量計(jì)。

2.2 充水平壓

關(guān)閉底部進(jìn)漿管，待頂部回漿管自然出水后關(guān)閉回漿管，使槽內(nèi)水流由紊流狀態(tài)轉(zhuǎn)為靜止?fàn)顟B(tài)，至壓力穩(wěn)定后記錄上下管口壓力值。

2.3 灌漿壓力和速度

打開(kāi)底部進(jìn)漿管閥門(mén)，以略高于槽內(nèi)水壓的壓力值開(kāi)始進(jìn)漿，并緩慢提升壓力和閥門(mén)開(kāi)度，至進(jìn)漿速度達(dá)到設(shè)定值后保持穩(wěn)定。

2.4 同步排水

進(jìn)漿管開(kāi)啟后，頂部回漿管亦緊隨開(kāi)啟，并在灌漿過(guò)程中始終把回漿管排出流量按底部進(jìn)漿流量的0.9倍同步控制，同時(shí)保持頂部壓力值不低于灌前測(cè)量值，以避免灌漿過(guò)程中庫(kù)水進(jìn)入槽內(nèi)。

2.5 回漿觀(guān)察

回漿管在排出積水過(guò)程中保持流量穩(wěn)定，隔離劑排出后做好觀(guān)察計(jì)量，繼續(xù)排出先導(dǎo)液和泡沫，確認(rèn)主材原漿流出后即可關(guān)閉回漿管。

2.6 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

頂部回漿管關(guān)閉后，主材灌入量達(dá)到理論容積1.2倍時(shí)，即可關(guān)閉進(jìn)漿管開(kāi)始閉漿。

2.7 封孔

閉漿48 h后，拆除孔口裝置，掃孔50 cm，采用預(yù)縮砂漿填平搗實(shí)。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 基本情況

三峽大壩為混凝土重力壩，最大壩高181 m，各壩段橫縫上游壩面設(shè)兩道紫銅止水片，間距為1.5 m，兩道止水片間設(shè)有檢查槽，檢查槽斷面20 cm×20 cm，段長(zhǎng)根據(jù)廊道高差設(shè)置，一般20～30 m，各段間設(shè)水平紫銅止水片分隔，每段檢查槽的頂、底端分別埋設(shè)?80 mm的鋼管，與各相應(yīng)高程壩內(nèi)廊道連通。

三峽樞紐工程于1994年正式開(kāi)工建設(shè)，2003年6月二期大壩開(kāi)始擋水（135 m水位），2006年10月大壩開(kāi)始全線(xiàn)擋水（156 m水位），2008年起樞紐進(jìn)入正常蓄水位175 m試驗(yàn)性蓄水期。

2002年5月二期大壩擋水前，對(duì)上游止水檢查槽進(jìn)行了壓水檢查，對(duì)檢查滲漏量大于3 L/min的15個(gè)檢查槽進(jìn)行了LW灌注充填。大壩擋水至2008年，二期大壩橫縫止水檢查槽共出現(xiàn)3 L/min以上漏水兩處，其中一處位于泄18～19號(hào)壩段49 m高程廊道橫縫排水槽，實(shí)測(cè)最大出水量129.24 L/min，由于滲漏點(diǎn)位于基礎(chǔ)附近，隨庫(kù)底泥沙淤積滲水逐漸減小并最終停止；另一處位于左廠(chǎng)7號(hào)壩段65 m高程廊道。

3.2 左廠(chǎng)7號(hào)壩段處理

左廠(chǎng)7號(hào)壩段高程65 m廊道橫縫止水檢查槽位于高程65～94 m之間，低于水庫(kù)汛限水位。實(shí)測(cè)最大滲水量27.69 L/min，隨后穩(wěn)定在25.0 L/min左右。2008年汛期庫(kù)水位較低時(shí)，對(duì)左廠(chǎng)7號(hào)壩段高程65 m廊道橫縫止水檢查槽進(jìn)行了灌漿處理。灌漿材料采用水溶性聚氨酯LW，從檢查槽下端連接管口進(jìn)漿，先灌入一定數(shù)量的丙酮趕水，LW跟進(jìn)。上端管口排出少量泡沫后發(fā)生堵塞，灌漿受阻，后采取回漿管反灌結(jié)束。

經(jīng)分析，丙酮溶液密度較小且與水相溶，在槽內(nèi)滲漏量較大、水流紊亂的情況下，未能做到將水與漿液完全隔離。由于灌漿距離接近30 m，漿液在長(zhǎng)距離輸送過(guò)程中，庫(kù)水通過(guò)滲漏點(diǎn)不斷進(jìn)入槽內(nèi)，與LW漿液相互混合并發(fā)生固化反應(yīng)，是造成槽內(nèi)堵塞的主要原因。

灌漿雖然成功封堵了出水點(diǎn)，但漿液并未完全充填檢查槽，沒(méi)能在槽內(nèi)形成致密連續(xù)的柱狀凝膠體，處理效果不夠理想。

3.3 左廠(chǎng)3號(hào)壩段處理

2012年10月10日，左廠(chǎng)3號(hào)壩段高程94m廊道橫縫止水檢查槽出現(xiàn)滲漏，出水量最大達(dá)116.3L/min，該段止水檢查槽位于高程94～130 m之間，低于水庫(kù)汛限水位。根據(jù)三峽樞紐質(zhì)量檢查專(zhuān)家組要求，為修復(fù)該處壩體止水滲漏缺陷，給樞紐運(yùn)行和竣工驗(yàn)收創(chuàng)造有利條件，在總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用置換式灌漿法進(jìn)行了處理。

主灌漿材為L(zhǎng)W、HW混合液，比例為6∶4，密度1.07 g/cm3，斷裂伸長(zhǎng)率126%，遇水膨脹率28%；先導(dǎo)液為純HW，密度1.1 g/cm3；隔離劑為華東院科研所生產(chǎn)，密度1.05 g/cm3。灌漿速度50 L/min。

為確保灌漿一次成功，在上下層廊道間架設(shè)了專(zhuān)線(xiàn)電話(huà)以保證操作指令及信息反饋及時(shí)暢通，灌前采用高錳酸鉀水代替主材，對(duì)灌漿全過(guò)程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)模擬演練。

灌漿于2015年9月11日進(jìn)行，灌漿歷時(shí)48 min，共灌入主材2 400 L，回漿管出水、出漿順暢，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期效果。

4 結(jié)語(yǔ)

壩體止水檢查槽置換式灌漿法在三峽大壩首次應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的處理效果，不僅消除了壩體滲漏缺陷、改善了大壩運(yùn)行條件和內(nèi)部環(huán)境，而且為完善大壩橫縫止水系統(tǒng)構(gòu)造型式，形成與之相適應(yīng)的檢查、觀(guān)測(cè)、處理配套技術(shù)，做出了新的探索和發(fā)展，對(duì)防止大壩橫縫止水滲漏問(wèn)題的發(fā)生、減少其危害具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。該方法適用于設(shè)置了止水檢查槽的大壩橫縫止水系統(tǒng)在庫(kù)水位以下的滲漏處理，應(yīng)用時(shí)要注意結(jié)合所在工程的實(shí)際情況進(jìn)行具體分析。此外，該方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作協(xié)同性要求較高，實(shí)施前應(yīng)反復(fù)練習(xí)，做到工藝嫻熟、配合精準(zhǔn)、銜接緊密，才能達(dá)成理想的處理效果。 ■

[1]周建平,鈕新強(qiáng),賈金生.重力壩設(shè)計(jì)二十年[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2008:984.

[2]陸志華.大朝山水電站9～10號(hào)壩段橫縫漏水化學(xué)灌漿處理[J].大壩與安全,2012(1):68-71.

[3]柯虎,江華貴,余鵠,等.深溪溝水電站大壩橫縫大漏水治理技術(shù)[J].大壩與安全,2014(1):59-62.

[4]黃會(huì)寶,沈定斌,羅正英.銅街子水電站大壩廊道結(jié)構(gòu)縫漏水分析與治理[J].大壩與安全,2012(4):50-54.

作者郵箱：cwchenlei@163.com

Application of long-distance replacement grouting method in seepage treatment of waterstop at dam transverse joints

by CHEN Lei and WU Qi-min
Changjiang Institute of Survey,Planning,Design and Research

We have studied the leakage problem of underwater transverse joints in dam operation peri?od,and then put forward the replacement grouting method to plug sealing check slots.This paper intro?duces the principle,construction condition and application process of the method.Moreover,this paper also describes the characteristics and application scope of this method,as well as its application in the Three Gorges dam,which proves that the method is effective for solving the seepage problem of dam transverse joints.

replacement grouting;waterstop system;seepage;treatment

TV698.2

A

1671-1092（2016）05-0067-03

2015-10-09

陳 磊（1967-），男，江蘇南通人，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研究。