FUKO管在高強(qiáng)壓力鋼管接觸灌漿中的應(yīng)用

夏 旋，李發(fā)龍

（1.中國水利水電第四工程局有限公司，新疆 昌吉 831800；2.西安景天水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司，陜西 西安 710018）

0 前言

齊熱哈塔爾水電站工程是一座低閘壩、長隧洞、高水頭引水式水電站，工程主要任務(wù)是發(fā)電。樞紐工程主要由首部攔河閘壩、左岸發(fā)電引水隧洞、電站主副廠房及開關(guān)站等組成。岸邊式地面廠房，內(nèi)設(shè)3臺(tái)單機(jī)容量為70 MW的立式混流發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)額定水頭為311.49 m。總裝機(jī)容量210 MW，多年平均年發(fā)電量6.973億kW·h。

齊熱哈塔爾水電站壓力管道全長約773 m，其中560 m壓力管道（高強(qiáng)鋼）采用FUKO管進(jìn)行接觸灌漿，剩余213 m采用鋼管上開孔接觸灌漿后封孔的方法。由于本工程壓力管道壓力鋼管大部分為高強(qiáng)鋼（07MnCrMoVR），鋼管管壁厚度24mm～48 mm。因本工程地質(zhì)條件差，對(duì)壓力鋼管及混凝土之間縫隙填充要求高，高強(qiáng)壓力鋼管過多的開孔、封孔焊接直接影響鋼管整體安全性。綜合考慮，設(shè)計(jì)單位在高強(qiáng)鋼壓力鋼管上應(yīng)用FUKO管進(jìn)行灌漿，一是FUKO管應(yīng)用可大大減少高強(qiáng)鋼管壁開孔、封孔數(shù)量；二是FUKO管可重復(fù)灌漿，反復(fù)灌漿更有利于達(dá)到施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。高強(qiáng)壓力管道采用國際先進(jìn)的FUKO管灌漿工藝，成功地解決了高強(qiáng)鋼大范圍開孔降低壓力鋼管整體完整性的弊端，具有經(jīng)濟(jì)、高效、快捷、可重復(fù)灌漿的優(yōu)點(diǎn)。本文就FUKO管在齊熱哈塔爾水電站高強(qiáng)壓力管道接觸灌漿中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 FUKO管構(gòu)造及工作原理

FUKO管灌漿施工技術(shù)屬德國專利技術(shù)，F(xiàn)UKO是FUGENKONTAKT的縮寫，德語意思是接縫[1]。FUKO管設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，管內(nèi)芯骨架設(shè)計(jì)為螺旋體形狀，具有良好的柔韌性。FUKO管的輸漿管道呈十字型，管道外徑38 mm，內(nèi)徑22 mm，十字管道凹部交錯(cuò)布置有4排直徑5 mm的出漿孔，出漿孔口有4條橡膠帶覆蓋，4條橡膠帶與十字型輸漿管構(gòu)成子母扣，外圍有一層塑料編織網(wǎng)將子母扣牢固地捆在一起。FUKO管結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 FUKO管結(jié)構(gòu)圖

FUKO管工作原理：FUKO灌漿管體直接與基面、鋼管表面緊密接觸。灌漿時(shí)，灌漿設(shè)備施壓，漿液通過FUKO管內(nèi)側(cè)向外側(cè)施壓，漿液壓力頂開布置在FUKO管出漿孔上的橡膠壓條，漿液通過出漿孔均勻地注入混凝土與基面、鋼管與混凝土面之間的縫隙中，灌漿設(shè)備減壓，出漿孔上的橡膠壓條復(fù)位壓住出漿孔，防止?jié){液倒流[2]。本次灌漿結(jié)束后，清水清洗FUKO管，具備可重復(fù)灌漿條件。FUKO管工作原理圖見圖2。

圖2 FUKO管工作原理圖

2 FUKO可重復(fù)灌漿管特點(diǎn)

1）FUKO管具有單向開關(guān)功能、漿液不倒流。FUKO管上設(shè)置的橡膠壓條能夠保證漿液通過管內(nèi)向外注漿，泄壓后橡膠壓條因不受管內(nèi)壓力而復(fù)位，封閉出漿口防止?jié){液回流。

2）全斷面出漿。FUKO管上交錯(cuò)布置的出漿孔保證了漿液沿灌漿管理布置線路向四周擴(kuò)散，填充壓力鋼管與混凝土之間的縫隙。

3）材料價(jià)格低廉，安裝方便。FUKO管市場(chǎng)價(jià)格低。采用專用的固定夾具、鋼釘或支撐筋將灌漿管牢固地固定在基巖面、壓力鋼管、鋼板等表面，安裝方便。

4）防堵性能好、可灌性好、有很強(qiáng)的適應(yīng)性。將傳統(tǒng)的斷續(xù)點(diǎn)灌漿改為連續(xù)線狀灌漿，灌漿范圍更廣、連續(xù)性更好、適用性更強(qiáng)，可灌材料多。

5）可重復(fù)灌漿的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的接觸灌漿，通過壓力鋼管表面的孔進(jìn)行局部灌漿，灌漿結(jié)束漿液凝固后，若灌漿效果不理想，需要重新開孔進(jìn)行灌漿。FUKO管一次灌漿結(jié)束后，清洗管路后可重復(fù)灌漿。灌漿效果與初次灌漿無異，簡單方便，可灌性好。

6）減少或避免了壓力鋼管上大范圍開孔。傳統(tǒng)的接觸灌漿，因單點(diǎn)灌漿法漿液擴(kuò)散范圍有限，為達(dá)到理想灌漿效果需要在壓力鋼管上開很多孔，降低了壓力鋼管完整性，增加了封孔的工作。FUKO管通過布置在壓力鋼管外側(cè)的線狀灌漿管路，僅在混凝土外側(cè)或一定距離的壓力鋼管上開極少數(shù)的灌漿孔即可達(dá)到灌漿效果。

3 高強(qiáng)壓力鋼管接觸灌漿施工程序

FUKO灌漿管施工程序：壓力鋼管安裝驗(yàn)收→FUKO管安裝→澆筑壓力鋼管外側(cè)混凝土→灌前脫空檢查→FUKO管接觸灌漿→清水洗管→真空泵管內(nèi)水泥漿、積水抽除→灌后脫空檢查（不合格，復(fù)灌）→檢測(cè)合格→FUKO管灌漿孔封堵（封堵完后，壓力鋼管孔焊接封孔并防腐）。

4 高強(qiáng)壓力鋼管接觸灌漿施工

4.1 FUKO可重復(fù)灌漿管路布置

齊熱哈塔爾水電站壓力管道高強(qiáng)鋼壓力鋼管全長560 m，鋼管內(nèi)徑4.5 m，在壓力鋼管底部90°范圍內(nèi)布置3組FUKO接觸灌漿管，F(xiàn)UKO灌漿管穿過加勁環(huán)上預(yù)留的串漿孔緊貼鋼管外壁布置。如圖FUKO管在壓力鋼管上布置斷面見圖3。

圖3 FUKO管在壓力鋼管上布置斷面圖

4.2 施工準(zhǔn)備

高強(qiáng)壓力鋼管在鋼管廠制作時(shí)，按照48 m的長度在高強(qiáng)鋼鋼管上開兩組孔（一組3孔，孔徑50 mm。一組用于鋼管底部接觸灌漿，一組用于頂部回填灌漿）。

4.3 FUKO管安裝

FUKO管安裝隨鋼管管節(jié)施工進(jìn)度進(jìn)行，在48m鋼管的首節(jié)鋼管和末節(jié)鋼管開孔，F(xiàn)UKO管從已開孔鋼管外伸進(jìn)鋼管內(nèi)部。FUKO管在鋼管底拱90°范圍內(nèi)，緊貼鋼管外壁布置3組接觸灌漿管。由于FUKO管是可以彎曲的軟管，所以管身的固定采用金屬夾片（每隔25 cm布置一個(gè)）將其固定在鋼管外壁（如圖4），固定金屬夾片用粘結(jié)劑粘在鋼管上，同時(shí)采用鋼筋做成的支架將灌漿管緊貼固定在鋼管外壁上（如圖5），鋼筋支架間距25 cm，壓力鋼管外側(cè)加固示意圖見圖6，起到雙重固定保護(hù)。FUKO管通過鋼管加勁環(huán)上開設(shè)的串漿孔（寬200 mm，高50 mm）穿過。灌漿管兩端分別插入專用接頭和導(dǎo)管（內(nèi)徑為22 mm的專用波紋管）。灌漿管安裝完成后，用膠帶保護(hù)灌漿管的兩端頭，以防堵塞。加強(qiáng)對(duì)灌漿管的保護(hù)，確保灌漿系統(tǒng)的完整性。

圖4 FUKO管專用夾具

圖5 FUKO管鋼筋支架

圖6 FUKO管壓力鋼管外側(cè)加固示意圖

4.4 FUKO管接觸灌漿施工

①接觸灌漿應(yīng)在混凝土澆筑待強(qiáng)28 d后進(jìn)行。灌漿前對(duì)管路進(jìn)行通氣檢查，吹出管內(nèi)污物和積水，風(fēng)壓為灌漿壓力的70%。②灌漿壓力采用0.4 MPa，水灰比采用0.55∶1～0.8∶1。③灌漿按照單元?jiǎng)澐址謪^(qū)進(jìn)行施工，由較低處向較高處施工。接觸灌漿采取全孔一次灌漿法。

④灌漿過程中敲擊震動(dòng)鋼襯，待回漿、排氣管排出濃漿，且灌漿管停止吸漿，延續(xù)灌注5 min即可結(jié)束灌漿。

⑤FUKO管清洗、封堵

a.灌漿結(jié)束后立即進(jìn)行FUKO管路的清洗工作，清洗采用真空管將管內(nèi)的水泥漿吸出并用水將FUKO管清洗干凈，以待復(fù)灌。

b.接觸灌漿結(jié)束后，對(duì)鋼管灌漿前脫空部位進(jìn)行逐項(xiàng)檢查。檢查合格后直接進(jìn)行封孔。

c.本單元接觸灌漿驗(yàn)收后，采用同母材強(qiáng)度的鋼板對(duì)開孔位置進(jìn)行封孔，封堵鋼板與孔間采用滿焊并采用無損探傷檢驗(yàn)。最后涂刷防腐漆。

4.5 質(zhì)量檢查

接觸灌漿完成并達(dá)到凝期后，采用錘擊法對(duì)接觸灌漿進(jìn)行質(zhì)量檢查，要求鋼板連續(xù)脫空范圍不大于設(shè)計(jì)要求的0.16 m2（或0.4 m×0.4 m），若不合格，需再次灌漿。壓力鋼管FUKO管接觸灌漿質(zhì)量檢查每次灌漿前后進(jìn)行檢查并繪制脫空范圍示意圖，并在脫空部位采用紅油漆進(jìn)行標(biāo)注，后進(jìn)行復(fù)灌，最終灌漿檢查圖由監(jiān)理工程師繪制。

5 應(yīng)用效果

以齊熱哈塔爾水電站壓力管道下平段為例（長388 m）。

灌前脫空檢查：在壓力管道（管0+367～管0+755）具備灌漿條件后，對(duì)灌區(qū)進(jìn)行灌前脫空檢查，共檢查出續(xù)脫空范圍大于0.16m2（或0.4m×0.4m）13處，小于0.16m2（或0.4m×0.4m）18處。

灌后脫空檢查：14天內(nèi)對(duì)壓力管道管0+367～管0+755脫空范圍進(jìn)行灌漿兩次，接觸灌漿面積2056 m2，日平均接觸灌漿146.9 m2/d。壓力鋼管接觸灌漿結(jié)束后，對(duì)灌后采用敲擊法和穩(wěn)態(tài)表面波法檢查。灌前檢查出的續(xù)脫空范圍大于0.16 m2（或0.4 m×0.4 m）12處已全部灌密實(shí)，1處灌后不密實(shí)區(qū)域小于0.16 m2（或0.4 m×0.4 m）；18處灌后不密實(shí)區(qū)域已全部密實(shí)；采用穩(wěn)態(tài)表面波法對(duì)壓力管道管0+367～管0+755段灌后檢測(cè)，未見不密實(shí)區(qū)域，鋼管與混凝土面接觸良好。

6 結(jié)語

齊熱哈塔爾水電站高強(qiáng)壓力管道通過采用FUKO管這種先進(jìn)的灌漿技術(shù)，脫空率控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，在新疆乃至國內(nèi)創(chuàng)造了又一個(gè)成功的范例。齊熱塔爾水電站壓力鋼管接觸、回填灌漿均采用FUKO管，從開始施工至灌漿結(jié)束，共完成接觸灌漿2967 m2，回填灌漿4761 m2，壓力管道灌漿灌實(shí)率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，說明FUKO可重復(fù)灌漿管是成功的。施工進(jìn)度上得到了建設(shè)單位、設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位的充分肯定，產(chǎn)生了較為明顯的工期效益、經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。

FUKO管施工方法無論在技術(shù)上、安全上、質(zhì)量上、進(jìn)度上較傳統(tǒng)的開孔接觸灌漿工藝有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。不僅可應(yīng)用于高強(qiáng)鋼接觸灌漿，還可以應(yīng)用至回填灌漿、蝸殼接觸灌漿、鋼板接縫灌漿、大壩基礎(chǔ)接觸灌漿、尾水管接觸灌漿等部位。摻加不同的灌漿材料，還可用于施工縫面、伸縮縫面、缺陷部位防滲、防水等，應(yīng)用范圍極廣。