提高引黃涵閘除險(xiǎn)加固工程施工效率

(山東乾元工程集團(tuán)有限公司，山東 東營 257091)

1 引 言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，山東黃河各類型水閘共計(jì)117座，其中引黃水閘63座，運(yùn)行年限超過30年的有30余座。老化病害的存在不僅對防洪安全構(gòu)成威脅，而且嚴(yán)重影響水閘興利效益的發(fā)揮。水閘除險(xiǎn)加固工程需要綜合考慮汛期工程施工安全與施工進(jìn)度計(jì)劃，由于工期緊，任務(wù)繁重，在計(jì)劃工期內(nèi)完成全部施工內(nèi)容是施工單位急需解決的難題。

本課題組通過分析易出現(xiàn)施工質(zhì)量問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與薄弱部位，結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)的涵閘除險(xiǎn)加固施工技術(shù)，針對不同類型病害及部位，將新材料、新工藝和新技術(shù)引入傳統(tǒng)的施工體系中，初步形成了適合引黃涵閘除險(xiǎn)加固工程的施工體系，達(dá)到了提高施工效率的目標(biāo)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

2 選題理由

山東黃河西雙河閘除險(xiǎn)加固工程主要建設(shè)內(nèi)容包括混凝土表面處理、止水修復(fù)、機(jī)架橋加固、啟閉機(jī)房改建、金屬結(jié)構(gòu)和電氣工程改建與維修等。雖然建設(shè)任務(wù)重，但考慮到汛期防洪安全及墾利區(qū)工農(nóng)業(yè)需水，合同工期僅為7.5個(gè)月。傳統(tǒng)施工工藝比較落后，將導(dǎo)致部分施工環(huán)節(jié)滯后，不僅使工程質(zhì)量難以達(dá)到要求，更影響整體的施工計(jì)劃。

3 現(xiàn)狀調(diào)查

為調(diào)查引黃水閘除險(xiǎn)加固施工技術(shù)的現(xiàn)狀及水平，課題組通過實(shí)踐與理論相結(jié)合的方式，先是查閱相關(guān)科技文獻(xiàn)，后進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，調(diào)查了濱州、聊城、菏澤等地區(qū)的引黃水閘共10座。調(diào)查結(jié)果如圖1所示，圍堰施工、清淤施工、拆除施工、混凝土修復(fù)、護(hù)坡及護(hù)底修復(fù)、金屬結(jié)構(gòu)施工、止水修復(fù)、管理房修筑等因素均影響了工程施工進(jìn)度。

圖1 山東黃河引黃涵閘除險(xiǎn)加固工程主要施工工序滯后天數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 設(shè)定目標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，結(jié)合施工工期要求，確定本課題目標(biāo)為提高引黃涵閘除險(xiǎn)加固工程施工效率，縮短工期90天，重要隱蔽單元工程優(yōu)良率達(dá)到90%以上。

5 原因分析

QC小組結(jié)合水閘除險(xiǎn)加固的施工技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，通過查閱大量文獻(xiàn)資料，運(yùn)用專家打分法與頭腦風(fēng)暴法，對導(dǎo)致山東黃河西雙河閘除險(xiǎn)加固工程施工進(jìn)度緩慢的原因進(jìn)行分析。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，西雙河閘除險(xiǎn)加固工程實(shí)際施工進(jìn)度落后計(jì)劃工期共計(jì)173天，其中止水修復(fù)、混凝土修復(fù)、圍堰施工及清淤施工占比較高，累計(jì)達(dá)到77%，是影響水閘除險(xiǎn)加固工程施工進(jìn)度的主要工序。從止水修復(fù)、混凝土修復(fù)、圍堰施工及清淤施工4個(gè)主要施工工序進(jìn)行歸納總結(jié)，最終得到7個(gè)末端因素，如圖2所示，各因素具體原因見表1。

圖2 山東黃河引黃涵閘施工效率影響原因分析關(guān)聯(lián)圖

序號施工環(huán)節(jié)末 端 因 素1圍堰施工土壩圍堰易受侵蝕、易潰塌且成本高2清淤施工清淤手段單一,缺少專業(yè)清淤裝置,人工清淤耗時(shí)費(fèi)力3止水修復(fù)止水修復(fù)焊接容易出現(xiàn)錯(cuò)位、不平、疏松及分縫等施工缺陷4混凝土修復(fù)使用傳統(tǒng)防水材料,適應(yīng)裂縫變形能力差,容易出現(xiàn)二次滲漏

6 確定要因

針對以上末端因素，QC小組進(jìn)行了工程質(zhì)量控制要因確認(rèn)。最終確定影響施工效率的主要因素有兩個(gè)：混凝土修復(fù)防水材料物理性能差、止水修復(fù)施工工藝落后。

引黃水閘建筑物級別為I級，對建筑物的防水功能要求較高。根據(jù)規(guī)范要求，引黃水閘防水工程施工要求為：經(jīng)防水處理后的混凝土試塊28d抗折強(qiáng)度不低于2.8MPa，抗壓強(qiáng)度不低于15.0MPa。QC小組經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，防水涂料種類繁多。選用市面常見的普通防水涂料進(jìn)行試塊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：抗壓強(qiáng)度合格率為65%，抗折強(qiáng)度合格率為50%，遠(yuǎn)未達(dá)到規(guī)范要求，是影響施工效率的主要因素。

QC小組對東營境內(nèi)的涵洞式引黃水閘進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：水閘洞節(jié)沉降縫較多，橡膠止水帶老化嚴(yán)重，止水鐵壓板銹蝕脫落，建筑物滲水現(xiàn)象嚴(yán)重，存在較大安全隱患。更換橡膠明止水是引黃涵閘除險(xiǎn)加固工程的關(guān)鍵工序，要求搭接緊密閉合，接頭處不得有錯(cuò)位、凹凸不平和疏松現(xiàn)象，止水帶接頭的拉伸強(qiáng)度不得低于母材強(qiáng)度的60%。通過對傳統(tǒng)橡膠止水帶搭接技術(shù)的試驗(yàn)分析：經(jīng)傳統(tǒng)搭接技術(shù)搭接的止水帶拉伸強(qiáng)度合格率僅為55%，接頭處有錯(cuò)位及疏松現(xiàn)象，外觀缺陷率高達(dá)60%，該施工工藝已經(jīng)影響施工質(zhì)量。

7 制定對策

針對已經(jīng)確認(rèn)的兩個(gè)要因，小組成員制定了一系列的對策、措施及階段性目標(biāo)，見表2。

表2 山東黃河引黃涵閘除險(xiǎn)加固工程對策分析

8 對策實(shí)施

8.1 采用新型的防水材料修復(fù)老化混凝土

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料具有滲透結(jié)晶及自我修復(fù)功能，與混凝土相互結(jié)合后，可在水分梯度下向老化混凝土內(nèi)部滲透，在混凝土中形成不溶于水的復(fù)合結(jié)晶體，填充毛細(xì)孔道，從而使混凝土致密防水，且經(jīng)過防滲處理后，若結(jié)構(gòu)發(fā)生老化開裂，該材料中的活性物質(zhì)將被重新激活，未水化的活性成分將與水分作用重新產(chǎn)生結(jié)晶，封閉后期裂縫。

KW水泥基滲透結(jié)晶型防護(hù)砂漿由水泥基干粉與純凈水按一定比例(粉∶水=4∶1的體積比)摻合在水泥砂漿中配置而成，而KT防水涂料則是水泥基干粉與純凈水按照5∶2的體積比配制成的漿料，可用涂料噴涂機(jī)進(jìn)行噴涂施工。

為了進(jìn)一步了解材料的性能，QC小組按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，制作70.7mm×70.7mm×70.7mm的KW防護(hù)砂漿試件共6組，每組18個(gè)試塊，試件砂漿標(biāo)號相同，配合比相同，可作為標(biāo)準(zhǔn)試件，為對比KW的抗壓抗?jié)B功能，另外制作1組對照砂漿試件，該組試件不含KW。試件在室溫下放置1d后脫模。試件成型后，將KT按照單位面積用量不同，分5種情況涂刷至砂漿標(biāo)準(zhǔn)試件，為了比較KT性能，1組標(biāo)準(zhǔn)試件不涂刷KT(0kg/m2)，待涂層凝結(jié)后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(溫度20±2℃，相對濕度為95%)中養(yǎng)護(hù)。

結(jié)果見表3，不同用量條件下的KW砂漿標(biāo)準(zhǔn)試件與對照試件相比，涂刷KW防護(hù)砂漿的試件抗壓強(qiáng)度明顯增高，其中未涂刷KT的標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度為對照試件的135%，且隨著KT用量的增加，抗壓強(qiáng)度隨之增加，但增加程度趨于平緩。

表3 KW及KT對試件抗壓強(qiáng)度的影響

將試件密封裝入砂漿滲透儀中進(jìn)行透水試驗(yàn)，經(jīng)測試，結(jié)果如圖3所示，涂刷KT的試件其抗?jié)B能力明顯提高，且其抗?jié)B能力隨單位面積用量增加而提高，但自1.5kg/m2之后能力提高趨勢弱化。各試件抗?jié)B能力均隨養(yǎng)護(hù)齡期的增加而提高，且在28d之后能力提高趨于平緩。28d時(shí)，2.1kg/m2用量試件的抗?jié)B能力是未涂刷KT試件的575%，這表明KT涂料具有提高基體永久性防滲能力的功能。

圖3 不同齡期、不同用量對標(biāo)準(zhǔn)試件的影響

二次抗?jié)B壓力指第一次抗?jié)B試驗(yàn)試件全部透水后，置于水中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28d，再進(jìn)行第二次抗?jié)B試驗(yàn)，是衡量防水材料自我修復(fù)能力的重要指標(biāo)。如圖4所示，涂刷KT的試件其二次抗?jié)B能力明顯提高，且隨用量增加而提升，但后期將趨于平緩，這表明KT防水涂料其活性物質(zhì)能夠被再度激活，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自我愈合。

圖4 KT用量對試件二次抗?jié)B壓力的影響

引入水泥基滲透結(jié)晶性材料，不僅提高了施工效率，且增強(qiáng)了涵洞混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B和抗壓性能，西雙河閘混凝土修復(fù)單元工程自檢平均合格率達(dá)到91.9%，分部單元工程優(yōu)良率超過78%，分部評定等級為優(yōu)良，縮短工期45天，目標(biāo)達(dá)到。

8.2 采用新技術(shù)使止水材料接頭強(qiáng)度高、塑性好、使用壽命長

如圖5所示，采用新型止水修復(fù)技術(shù)，通過引入熱熔搭接技術(shù)，使用GBW遇水膨脹止水條、環(huán)氧樹脂砂漿、不銹鋼固定裝置等新型材料，解決施工缺陷。熱硫焊接技術(shù)采用專用熱硫設(shè)備，使止水帶接頭處與生膠在高溫及壓力的作用下熔化，在模具的作用下，塑型為一體，杜絕錯(cuò)位、不平、疏松及分縫等施工缺陷的發(fā)生，提高止水帶的防滲功能，具體搭接技術(shù)如圖6所示。

圖5 橋型橡皮止水安裝固定示意圖

圖6 熱硫化搭接技術(shù)示意圖

在山東黃河西雙河閘除險(xiǎn)加固工程中的止水修復(fù)，采用新的膠合方式、新的模具進(jìn)行修復(fù)，在施工質(zhì)量、施工進(jìn)度上均較傳統(tǒng)方式有所進(jìn)步，單元工程自檢平均合格率達(dá)到92.7%，分部單元工程優(yōu)良率超過80%，分部評定等級為優(yōu)良，縮短工期45天，目標(biāo)達(dá)到。

9 效果檢查

9.1 目標(biāo)檢查

措施實(shí)施后，消除了能導(dǎo)致西雙河閘除險(xiǎn)加固難修復(fù)、成本高、時(shí)間長的主要影響因素，成功縮短工期約90天，重要隱蔽單元工程優(yōu)良率均達(dá)到90%以上。

9.2 效益分析

水泥基滲透結(jié)晶性材料能夠達(dá)到多次修復(fù)的效果，節(jié)約了重復(fù)修復(fù)的人工及材料投入。經(jīng)核算，引入水泥基滲透結(jié)晶性材料混凝土修復(fù)后，節(jié)約施工成本24.3萬元。止水修復(fù)通過引入熱熔搭接新技術(shù)，有效解決了施工中易出現(xiàn)的止水錯(cuò)位、不平、疏松及分縫等施工缺陷，提高了止水帶的防滲性能及質(zhì)量。經(jīng)核算，采用新型熱熔搭接技術(shù)節(jié)約成本21.6萬元。

通過本課題成果在西雙河閘及曹店閘除險(xiǎn)加固工程的實(shí)踐應(yīng)用，兩處水閘均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，消除了安全隱患，滿足了沿岸140余萬畝農(nóng)田灌溉、勝利油田工業(yè)用水及廣北、廣南水庫蓄水需求，為社會穩(wěn)定和繁榮發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，效益顯著。

10 鞏固措施

在鞏固期QC小組采取了如下措施：

a.繼續(xù)對關(guān)鍵技術(shù)工種進(jìn)行培訓(xùn)，增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，進(jìn)一步提高技能水平。

b.將活動中總結(jié)的材料用量等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)作為同類工程施工時(shí)的重要技術(shù)依據(jù)。

c.課題成果被確定為公司企業(yè)施工標(biāo)準(zhǔn)，裝訂成冊。

11 小組活動總結(jié)和計(jì)劃

通過本次QC小組活動，小組成員的質(zhì)量意識、溝通能力、團(tuán)隊(duì)精神、QC知識和創(chuàng)新意識等又有了進(jìn)一步的提高，為今后繼續(xù)開展QC小組活動打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課題研究成果在山東黃河曹店閘除險(xiǎn)加固工程及東營市高標(biāo)準(zhǔn)灌溉示范區(qū)建設(shè)等工程中得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。

通過努力，QC小組成功解決問題，研究成果獲得中國水利工程協(xié)會優(yōu)秀質(zhì)量管理小組Ⅱ類成果認(rèn)定(SLQC20170202006)。下階段小組成員將進(jìn)行《提高長距離輸沙工程泥沙含量及固結(jié)速率》的課題研究，進(jìn)一步提升統(tǒng)計(jì)分析能力與活動組織能力。