三峽升船機上閘首剩余接縫灌區(qū)外漏處理

陳 磊，鄧潤興，吳啟民

（1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北武漢，430010；2.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，浙江杭州，310014）

0 前言

三峽升船機是三峽樞紐工程的永久通航設(shè)施之一，其主要作用是為客貨輪及特種船舶提供快速過壩通道，并與雙線五級船閘聯(lián)合運行，加大樞紐的航運保障能力。升船機工程由上游引航道、上閘首、船廂室段、下閘首和下游引航道組成，布置在樞紐左岸7號、8號非溢流壩段之間。從上游口門至下游口門全線總長約7 000 m，過船規(guī)模為3 000 t級，承船廂及其設(shè)備（含水）總重量約15 500 t，最大提升高度113 m，船廂有效水域120 m×18 m×3.5 m（長×寬×水深），上游通航水位變幅30 m，下游通航水位變幅11.8 m，下游水位變化率±0.50 m/h，具有提升重量大、提升高度大以及適應(yīng)上游通航水位變幅大和下游水位變化速率快等特點，是目前世界上規(guī)模和技術(shù)難度最大的升船機。

升船機工程的基礎(chǔ)開挖和邊坡支護工程在三峽一期工程（1993～1997年）中完成，上閘首高程185 m以下的擋水結(jié)構(gòu)和上游引航道相關(guān)建筑物在三峽二期工程（1997～2003年）中完成，其他工程項目為升船機續(xù)建工程，于2007年10月恢復(fù)施工，是三峽樞紐最后完工的單項工程。

1 上閘首接縫灌漿概況

升船機上閘首為整體U型結(jié)構(gòu)，兼有擋水壩段和通航閘首雙重功能，施工期采用兩條順河向結(jié)構(gòu)縫（C1、C2）和三條橫河向結(jié)構(gòu)縫（C3、C4、C5）將閘首結(jié)構(gòu)分為4段共12個澆筑塊，其中縱縫以高程125～130 m為界，下部為灌漿縫、上部為寬槽，澆筑完成后需進行接縫灌漿和寬槽回填，形成整體結(jié)構(gòu)。

升船機上閘首擋水結(jié)構(gòu)于2003年建成，其中接縫灌漿工程于1997年12月～2003年3月底經(jīng)過6個灌季施工，共完成75個灌區(qū)，合計1.85萬m2。受升船機工程緩建和臨時船閘投運的影響，上閘首第Ⅳ段底部C1、C2縫高程48～82.5 m有7個灌區(qū)因管口位于下游航道水位以下不能施工，且不影響上閘首擋水功能，因此作為遺留項目延后至升船機續(xù)建工程階段進行，灌區(qū)編號分別為C1-22、C1-23、C1-28，C2-22、C2-23、C2-27和C2-28。2014年冬～2015年春，升船機試通航前的最后一個灌季，對上述灌區(qū)進行了檢查和處理。

2 剩余灌區(qū)檢查及分析

2.1 壓水檢查

升船機上閘首剩余灌區(qū)處理前管路系統(tǒng)形成已17年，部分埋件接近使用年限，二期工程期間經(jīng)歷過6年水下淹沒。為了解系統(tǒng)狀況，首先進行了清水加洗縫劑浸泡和疏通沖洗，結(jié)果顯示：除C2-27區(qū)完好，其他6個灌區(qū)均有管路不通和外漏現(xiàn)象。隨后對存在問題的6個灌區(qū)分別進行補鉆孔和堵漏處理。

補鉆和表面堵漏完畢后，對灌區(qū)進行了封閉壓水檢查，結(jié)果顯示：補鉆孔與灌區(qū)連通性好，表面外漏點已封堵；C2-27區(qū)管路系統(tǒng)完好，但縫面張開度不足，排氣管出水量不到10 L/min；其余6個灌區(qū)三三互串，在基礎(chǔ)側(cè)存在不可見外漏點，且與基礎(chǔ)排水管網(wǎng)相通。詳見表1。

2.2 相關(guān)監(jiān)測成果

升船機上閘首2003年起與大壩一起擋水，2008年樞紐進入試驗性蓄水期，2010年起連續(xù)達到正常蓄水位175 m。相關(guān)監(jiān)測資料表明：升船機上閘首變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等觀測值均在設(shè)計允許范圍內(nèi)，混凝土內(nèi)部溫度穩(wěn)定在17.7～18.6℃，混凝土自生體積變形穩(wěn)定，符合接縫灌漿條件。

3 處理方案及措施

3.1 處理方案

表1 封閉壓水檢查成果表Table 1 Results of water pressure test

檢查結(jié)果表明：（1）升船機上閘首經(jīng)過多年擋水運行，壩體內(nèi)部溫度和自生體積變形穩(wěn)定；（2）由于灌區(qū)位置較低，灌區(qū)及部分管路被沉積物堵塞，經(jīng)浸泡沖洗和補鉆孔后已基本恢復(fù)；（3）受江水長期浸泡和基巖滲水侵蝕，灌區(qū)串區(qū)外漏現(xiàn)象普遍，且與基礎(chǔ)排水管網(wǎng)大量串通；（4）受基巖約束，個別縫面開度不足。

升船機剩余灌區(qū)灌漿施工最大難點是解決與基礎(chǔ)排水管網(wǎng)大量串通問題?，F(xiàn)場7個灌區(qū)中6個區(qū)有基巖側(cè)外漏，單區(qū)漏量14～34 L/min，串通區(qū)合并漏量最高達92 L/min，且無法實施封堵，灌漿時漿液若由此大量外漏，將嚴重影響灌漿質(zhì)量，此類問題的解決歷來極為棘手。而且外漏點主要位于灌區(qū)側(cè)面基巖陡坡排水管溝內(nèi)，高差達34 m，難以充水平壓，泄漏漿液不僅會造成材料浪費，更會堵塞基礎(chǔ)排水管溝和集水井泵站，破壞整個排水系統(tǒng)的功能，這對于升船機上閘首來說同樣是無法接受的。

經(jīng)綜合分析研究，決定采用以水溶性聚氨酯HW為主液的灌漿方式進行控制化學(xué)灌漿處理，實現(xiàn)縫面灌漿充填密實并保障基礎(chǔ)排水系統(tǒng)暢通的目標(biāo)。

3.2 材料選擇及特性

水溶性聚氨酯常以LW為主液與HW混合搭配用于壩體防滲堵漏，HW本身也是很好的補強材料［1］，選擇HW為主液進行上閘首剩余灌區(qū)的灌漿處理主要基于其以下特性：

（1）純HW固化物7 d抗壓強度達30 MPa以上，濕粘接強度≥3 MPa，摻入少量（20%以下）LW后抗壓強度仍大于20 MPa，力學(xué)性能可以滿足壩體接縫灌漿要求。

（2）HW漿液粘度接近100 MPa·s，比標(biāo)準(zhǔn)水泥漿大2～3倍，摻入LW后更大，不易流失和擴散。

（3）HW漿液具有遇水固化的特性，摻入LW后固化更快，表面與水接觸即產(chǎn)生固化反應(yīng)，混合水量達到一倍以上時可在1 min內(nèi)形成凝膠體，阻止?jié){液流動，并且具有一定膨脹性，起到堵斷外漏通道的作用［2］。

（4）HW漿液是化學(xué)溶液，不含固體顆粒，對細縫的適應(yīng)性好于水泥漿。

3.3 配比試驗

可以通過添加一定比例的LW和水調(diào)節(jié)HW漿液的粘度和固化時間，現(xiàn)場配比試驗結(jié)果見表2，相應(yīng)力學(xué)性能見表3。

表2 漿液配比試驗結(jié)果Table 2 Results of slurry mix proportion test

表3 力學(xué)性能試驗結(jié)果Table 3 Results of mechanical property test

根據(jù)試驗結(jié)果，選定三種配比漿液用于灌漿施工：（1）純HW摻水0.5%，該配比強度較高、粘度小，適用于C2-27細縫灌區(qū)灌漿；（2）快漿（HW∶LW為8∶2，摻水5%），該配比強度合格、粘度較大、遇水反應(yīng)較快，適用于漏點附近定量灌漿；（3）慢漿（HW∶LW為9∶1，摻水2.5%），該配比強度及粘度適中，固化時間滿足灌漿需要，適用于灌區(qū)正常灌漿。

3.4 處理措施及工藝要點

3.4.1 壓水試驗

壓水試驗完全按照灌漿要求進行，從進漿管口進水，并在水中加入高錳酸鉀，觀察記錄壓水過程、速度、容量和外漏出現(xiàn)的時間，并以此測算出漏點以下縫容、漏點的位置高程及漏量。

3.4.2 鉆設(shè)注水孔

從灌區(qū)頂部廊道向下鉆注水孔，在漏點上方與排水管溝連通，如果能從頂部廊道通過管溝向下插管至漏點附近，也可取代鉆孔。注水孔用于在灌漿過程中向漏點灑水，出流方式為花灑式散播，在充分保證漿液固化反應(yīng)所需包水量的同時，避免水流沖擊力過大造成固化殼脫落。

3.4.3 灌漿工藝要點

外漏灌區(qū)處理施工布置見圖1，灌漿工藝要點如下：

圖1 外漏灌區(qū)處理示意圖Fig.1 Grouting treatment of the leakage area

（1）灌區(qū)底部左右進漿管各設(shè)一臺灌漿泵，漏點側(cè)使用快漿，另一側(cè)使用慢漿，同時勻速進漿。

（2）進漿量達到外漏點位置時，啟動上方注水孔向漏點處灑水。灑水應(yīng)在漿液從外漏點溢出時啟用，不宜過早開啟，否則容易造成灌區(qū)進水，使?jié){液在灌區(qū)內(nèi)固化，造成灌漿中斷。

（3）開始灑水后隨即降低快漿進漿速度或間歇進漿，如果發(fā)現(xiàn)底部管溝有漿液流出，可采取在播灑的清水中添加催化劑（二乙烯三胺）以加快反應(yīng)，同時停止進快漿，以利于外漏點固化殼形成。隨著時間延長，灌區(qū)內(nèi)快漿也開始固化，漿液自身流動度持續(xù)降低，內(nèi)外因素共同作用下，外漏將逐漸減緩和停止。

（4）在整個過程中，另一側(cè)慢漿始終保持勻速進漿，壓力盡可能低，至灌區(qū)頂部排氣管出漿即可結(jié)束灌漿。水溶性聚氨酯屬化學(xué)漿液，無需經(jīng)過水泥灌漿的擠水壓密過程［3］，而且灌區(qū)內(nèi)部壓力過大不利于外漏點固化。

4 實施情況及效果

升船機上閘首接縫灌漿剩余灌區(qū)灌漿于2015年4月1～7日實施，串通區(qū)按由低到高順序連續(xù)灌漿。

灌漿資料表明，各灌區(qū)行漿過程順利，部分區(qū)灌入量偏大。為檢查灌漿質(zhì)量和分析處理效果，灌后沿C1、C2縫各布設(shè)一個騎縫取芯孔，取芯結(jié)果表明，縫內(nèi)漿液結(jié)石充填飽滿，基礎(chǔ)排水溝未見淤塞，部分區(qū)灌入量偏大系補鉆孔打穿混凝土冷卻水管所致，隨后對其余冷卻水管也進行了回填。

5 結(jié)語

三峽升船機上閘首接縫灌漿剩余灌區(qū)檢查處理于升船機試通航前全部完成，經(jīng)灌后檢查，縫面結(jié)石飽滿密實，基礎(chǔ)排水系統(tǒng)保持順暢，實現(xiàn)了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，取得了滿意的處理效果。

水溶性聚氨酯灌漿材料在水電工程領(lǐng)域已有數(shù)十年的應(yīng)用歷史［1］，曾廣泛應(yīng)用于新安江、葛洲壩、隔河巖、三峽等大型水電項目的防水堵漏工程，但是用于壩體接縫灌漿外漏灌區(qū)的處理尚屬首例。本次實踐充分利用和發(fā)揮了水溶性聚氨酯材料的可控固化特性，擴展了這一傳統(tǒng)材料的應(yīng)用范圍，不僅為三峽升船機按期投入試運行創(chuàng)造了條件，也為類似復(fù)雜工程問題的解決提供了一種方便快捷有效的新途徑。