三河口水利樞紐接縫灌漿施工效果分析

吳學(xué)謙，常耀孔，羅 暢

(陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司，陜西 西安 710024)

水利工程建筑通常由大體積混凝土構(gòu)成，在施工過(guò)程中，為了防止產(chǎn)生溫度裂縫或施工方便，經(jīng)常需要對(duì)壩體進(jìn)行分段施工，這種施工方式下，相鄰的壩段之間將會(huì)產(chǎn)生橫縫。拱壩的橫縫由于有傳遞應(yīng)力的要求，需要進(jìn)行接縫灌漿處理。

傳統(tǒng)接縫灌漿的質(zhì)量把控，主要是針對(duì)施工程序、施工材料等施工作業(yè)情況是否按照相關(guān)要求進(jìn)行、施工完成后是否按照一定比例進(jìn)行鉆孔取樣或壓漿試驗(yàn)等，對(duì)接縫灌漿質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，這些途徑無(wú)法對(duì)接縫灌漿整體情況以及對(duì)灌漿后縫隙變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，本文以陜西省引漢濟(jì)渭工程三河口水利樞紐為例，介紹了接縫灌漿施工工藝與施工流程，利用預(yù)埋在壩體內(nèi)的測(cè)縫計(jì)，通過(guò)對(duì)比裂縫開(kāi)合度在灌漿后隨時(shí)間和溫度變化情況，結(jié)合接縫灌漿成果資料對(duì)接縫灌漿效果進(jìn)行檢查，有效提升了接縫灌漿施工評(píng)價(jià)。

三河口水利樞紐地處陜西省佛坪縣與寧陜縣交界的子午河峽谷段，是引漢濟(jì)渭工程的兩個(gè)水源之一[1]，更兼任整個(gè)調(diào)水工程的中樞。三河口碾壓混凝土拱壩為拋物線雙曲拱壩，壩頂高程為646m，壩底高程504.5m，最大壩高141.5m，壩頂寬9m，拱冠壩底厚36.604m；壩頂上游弧長(zhǎng)472.153m，最大中心角92.04°，位于602m高程；最小中心角49.48°，位于504.5m高程，壩身共設(shè)置4條誘導(dǎo)縫和5條橫縫，最高壩段共22層接縫灌漿區(qū)。灌區(qū)高度在4.0～8.0m之間，標(biāo)準(zhǔn)灌區(qū)平均高度約為6.0m。

1 接縫灌漿施工程序及方法

1.1 灌漿順序

同一壩段、同一壩縫的各層灌區(qū)，自基礎(chǔ)層開(kāi)始，逐層依高程自下向上灌注。上層灌區(qū)的灌漿，應(yīng)待下層灌好后方可進(jìn)行。

當(dāng)灌區(qū)位于同一個(gè)高程或同一橫縫時(shí)，相鄰兩個(gè)灌區(qū)灌漿的作業(yè)時(shí)間需間隔3d；若下一灌區(qū)灌漿作業(yè)條件已成熟，可進(jìn)行同步灌漿，或逐區(qū)連續(xù)灌漿。連續(xù)灌漿前后灌區(qū)作業(yè)時(shí)間應(yīng)間隔8h，否則，仍應(yīng)間歇3d后方可進(jìn)行灌漿。

同一壩縫中連續(xù)兩層灌區(qū)灌漿作業(yè)時(shí)間需間隔7d；若上、下層灌區(qū)灌漿作業(yè)條件已成熟，可以進(jìn)行連續(xù)灌漿，但連續(xù)灌漿上、下層灌區(qū)作業(yè)時(shí)間間隔應(yīng)不大于4h，否則，仍應(yīng)間隔7d進(jìn)行灌漿作業(yè)。

在灌漿作業(yè)實(shí)施前，需同時(shí)進(jìn)行待灌區(qū)灌漿縫面起壓與相鄰灌區(qū)通水平壓。上層灌區(qū)應(yīng)進(jìn)行通水循環(huán)，以防串漿。在灌漿后需要保持至少6h的通水循環(huán)。

為保證施灌過(guò)程中減少間歇期的限制，對(duì)同一層的灌區(qū)，擬采用連續(xù)灌注的方式施工。

1.2 灌前準(zhǔn)備工作

(1)測(cè)定灌區(qū)縫面兩側(cè)壩塊和壓重塊混凝土的溫度，可采用充水悶管測(cè)溫法或按監(jiān)理規(guī)定的方法進(jìn)行。

(2)縫開(kāi)度檢測(cè)：如有儀埋則采用儀埋數(shù)據(jù)，否則采用表面縫開(kāi)度塞尺檢測(cè)，或通過(guò)預(yù)壓水進(jìn)行計(jì)算(從進(jìn)水開(kāi)始至排氣管出水期間進(jìn)水量除以灌區(qū)面積)。

(3)壓水、預(yù)壓水和灌漿過(guò)程中，每條縫均需安裝千分表來(lái)控制增開(kāi)度，并安排專(zhuān)人觀測(cè)記錄。

(4)通過(guò)通水檢查，查明灌區(qū)灌漿系統(tǒng)的灌漿管路通暢情況、縫面通暢情況，以及灌區(qū)密封情況。

(5)根據(jù)管路實(shí)際情況，采用壓力水、風(fēng)+水聯(lián)合沖洗，以及打孔、掏洞、重新接管等方法暢通發(fā)生堵塞的灌漿管路。

(6)灌漿前必須先進(jìn)行預(yù)灌性壓水檢查并記錄；灌漿前對(duì)縫面充水浸泡24h并將水放凈或用風(fēng)吹凈縫內(nèi)積水后，方可開(kāi)始灌漿。

1.3 灌漿作業(yè)

(1)灌漿采用SGB6- 10型灌漿泵，JJB- 2B型雙層立式攪拌槽。

(2)灌漿過(guò)程中，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制灌漿壓力和縫面增開(kāi)度。

(3)在橫縫灌區(qū)灌漿過(guò)程中，對(duì)同一高程鄰近未灌漿的縫面和灌區(qū)，應(yīng)進(jìn)行通水平壓。

(4)當(dāng)縫寬≥0.5mm時(shí)，采用普通水泥2∶1、1∶1和0.5∶1水灰比的漿液灌注；當(dāng)縫寬<0.5mm時(shí)，采用磨細(xì)水泥2∶1、1∶1和0.6∶1水灰比的漿液灌注。

(5)選取合適的灌漿壓力，在保障灌漿質(zhì)量的同時(shí)，也可以保障接縫兩側(cè)壩塊的應(yīng)力穩(wěn)定。在灌漿作業(yè)中，選取頂層排氣槽(管)壓力(0.15～0.3MPa)作為灌漿壓力的控制值，以灌區(qū)底層進(jìn)漿管壓力(0.35～0.6MPa)作為輔助控制值。

排氣管出漿達(dá)到或接近最濃比級(jí)漿液，管口壓力和縫面增開(kāi)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定值，注入率不大于0.4L/min，持續(xù)灌注20min，灌漿即可結(jié)束。

(6)排氣管在作業(yè)時(shí)出現(xiàn)出漿不順暢或壓力不夠時(shí)，在縫面增開(kāi)度限值(0.5mm)允許的范圍內(nèi)將進(jìn)漿壓力提高至限定值，達(dá)到正常灌漿終止條件。

(7)任一灌區(qū)的灌漿作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)按監(jiān)理人的指示，認(rèn)真清洗管路，保護(hù)好管口，以備二次灌漿時(shí)能夠正常啟用該灌漿系統(tǒng)。

(8)結(jié)束灌漿作業(yè)時(shí)，在停機(jī)前需要先關(guān)閉各管口閥門(mén)，閉漿時(shí)間不少于8h。

2 測(cè)縫計(jì)布置與埋設(shè)

2.1 測(cè)縫計(jì)布置

測(cè)縫計(jì)布置在壩體5個(gè)橫縫和4個(gè)誘導(dǎo)縫處，間隔10～20m高程布置一次，其中第N層分別距上游面和下游面2m處各布置一支；第N+1層在中間布置一支，具體布置情況見(jiàn)表1。

表1 橫縫誘導(dǎo)縫測(cè)縫計(jì)布置統(tǒng)計(jì)表

2.2 測(cè)縫計(jì)埋設(shè)

混凝土結(jié)構(gòu)縫埋設(shè)測(cè)縫計(jì)時(shí)，因?yàn)閯偠容^小，為避免流態(tài)混凝土的側(cè)向靜壓力壓縮儀器，使儀器失去壓縮量程甚至損壞，因此測(cè)縫計(jì)一般布置在澆注塊距離頂面20～30cm處。

(1)在混凝土壩結(jié)構(gòu)縫上埋設(shè)測(cè)縫計(jì)，需在先澆混凝土壩塊中預(yù)埋附件，待后澆混凝土塊達(dá)到安裝高程時(shí)再安裝測(cè)縫計(jì)。

(2)根據(jù)埋設(shè)點(diǎn)的高程、方位，在結(jié)構(gòu)縫的一側(cè)立模之后，于埋設(shè)點(diǎn)處作一記號(hào)，當(dāng)混凝土澆筑到埋設(shè)點(diǎn)高程時(shí)，將安裝蓋釘于模板上，同時(shí)將套筒及連接座旋上，套筒內(nèi)應(yīng)填塞棉紗，以免被混凝土堵塞。為了保證附件安裝更為牢靠，亦可再用鉛絲將套筒縛住釘在模板上。注意維護(hù)好附件，以免混凝土澆搗及拆模過(guò)程中損壞。

(3)當(dāng)電纜需從先澆塊引出時(shí)，應(yīng)在模板上設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)藏箱，用來(lái)儲(chǔ)藏儀器和電纜。

(4)當(dāng)縫的另一側(cè)混凝土澆筑到測(cè)點(diǎn)部位(或高于埋設(shè)點(diǎn)20cm左右)時(shí)，在埋設(shè)點(diǎn)處挖開(kāi)周?chē)慕?jīng)搗實(shí)的混凝土，露出并取下安裝蓋，清理套筒。

(5)在將測(cè)縫計(jì)安裝前，應(yīng)檢查連接頭的定位銷(xiāo)確保在保護(hù)管的定位槽內(nèi)，О型圈是否已就位，擰開(kāi)電纜端頭的通氣螺栓，然后將測(cè)縫計(jì)小心地旋緊在套簡(jiǎn)連接座上。儀器的安裝如圖1所示。

圖1 側(cè)縫計(jì)安裝圖

(6)為避免電纜受損，應(yīng)將接縫處的電纜約40cm范圍內(nèi)包上布條。

(7)調(diào)整好埋設(shè)位置，并輕輕拉出一點(diǎn)，使儀器處于良好的拉壓測(cè)量范圍內(nèi)，用膠帶紙?jiān)诮涌谔幚p幾圈權(quán)資安裝時(shí)定位。固定好儀器的電纜引線，回填混凝土并搗實(shí)。同時(shí)做好儀器的編號(hào)和檢杳工作。

3 接縫灌漿效果評(píng)價(jià)

3.1 橫縫及誘導(dǎo)縫變形

三河口水利樞紐壩體橫縫及誘導(dǎo)縫接縫目前進(jìn)行了三期灌漿，灌漿相關(guān)情況見(jiàn)表2。

表2 大壩接縫灌漿時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

接縫灌漿后開(kāi)合度情況分析如下：

(1)2018年3月進(jìn)行了第一期接縫灌漿，灌漿高程EL.504.5～527.4m，灌漿后該區(qū)域測(cè)縫計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3，典型測(cè)點(diǎn)過(guò)程線如圖2所示。從相關(guān)圖表可以看出：EL.527.4m以下高程接縫灌漿以后，接縫開(kāi)合度變化較小，除J(5h)03測(cè)點(diǎn)變化了0.74mm以外，其余測(cè)點(diǎn)變幅均在0.7mm以內(nèi)，說(shuō)明EL.527m以下高程整體接縫灌漿效果良好。

圖2 EL.527m高程以下典型測(cè)縫計(jì)過(guò)程線圖

表3 大壩EL.527m以下高程灌漿后測(cè)縫計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

J(5h)03測(cè)點(diǎn)位移EL.527m高程，處于兩次灌漿高程的結(jié)合處，其接縫開(kāi)合度最大值與2019年上部接縫灌漿時(shí)間相距較近，可能對(duì)其開(kāi)合度還有一定影響。

(2)2019年3月進(jìn)行了第二期接縫灌漿，灌漿高程EL.527.4～563.4m，灌漿時(shí)間2019年3月8—17日，灌漿后該區(qū)域測(cè)縫計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4，典型測(cè)點(diǎn)過(guò)程線如圖3所示。

圖3 EL.527～563.4m高程典型測(cè)縫計(jì)過(guò)程線圖

表4 EL.527～563.4m高程灌漿后測(cè)縫計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

從相關(guān)圖表可以看出：EL.527.0～ 563.4m高程接縫灌漿以后，接縫開(kāi)合度變化較小，除位于EL.557m高程的J(5h)06測(cè)點(diǎn)變化了0.97mm外，其余測(cè)點(diǎn)變幅均在0.7mm以內(nèi)，說(shuō)明EL.527.0～563.4m整體接縫灌漿效果良好。

(3)2019年4月進(jìn)行了第三期接縫灌漿，灌漿高程EL.563.4～578.4m，灌漿時(shí)間2019年4月14—23日，灌漿后該區(qū)域測(cè)縫計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5，典型測(cè)點(diǎn)過(guò)程線如圖4所示。

圖4 EL.563.4～578.4m高程典型測(cè)縫計(jì)過(guò)程線圖

表5 EL.563.4～578.4m高程灌漿后測(cè)縫計(jì)特征值統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

從相關(guān)圖表可以看出：EL.563.4～578.4m高程接縫灌漿以后，接縫開(kāi)合度變化較小，除位于EL.577m高程的J(3y)04、J(5h)07、J(5h)08測(cè)點(diǎn)分別變化了1.15、1.59、1.50mm外，其余測(cè)點(diǎn)變幅均在0.7mm以內(nèi)，說(shuō)明EL.563.4～578.4m整體接縫灌漿效果良好。

J(5h)04、J(5h)05、J(5h)07、J(5h)08測(cè)點(diǎn)在2020年2月18日，其測(cè)值均到達(dá)最大值，目前無(wú)法確定在當(dāng)日測(cè)縫計(jì)變化的原因，但根據(jù)5#橫縫鉆孔取芯及壓漿試驗(yàn)結(jié)果表明，其接縫灌漿質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.2 灌后質(zhì)量檢查

三河口水利樞紐EL527.4m高程以下接縫灌漿共計(jì)12個(gè)灌區(qū)，EL527.4～578.4m高程接縫灌漿共計(jì)40個(gè)灌區(qū)，結(jié)合SL 62—2014《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》中混凝土壩接縫灌漿質(zhì)量檢查相關(guān)規(guī)定，首次灌漿，每條縫布置一個(gè)檢查孔，其他以不大于灌區(qū)總數(shù)的10%進(jìn)行檢查孔布置。EL527.4m高程以下接縫灌漿共布置檢查孔3個(gè)，EL527.4～578.4m高程接縫灌漿共布置檢查孔4個(gè)。具體情況見(jiàn)表6其取芯情況如圖5所示，EL572.4m以下接縫灌漿壓漿試驗(yàn)情況詳見(jiàn)表7，EL527.4～578.4m接縫灌漿壓漿試驗(yàn)情況詳見(jiàn)表8。

表7 EL527.4m以下接縫灌漿壓漿試驗(yàn)成果表

表8 EL527.4m～EL578.4m接縫灌漿壓漿試驗(yàn)成果表

圖5 取芯芯樣圖

表6 EL578.4m以下接縫灌漿檢查孔參數(shù)表

根據(jù)鉆孔取芯檢查結(jié)果，檢查孔芯樣完好，縫面結(jié)石填充堅(jiān)硬密實(shí)，與混凝土膠結(jié)緊密。根據(jù)壓漿試驗(yàn)結(jié)果，EL527.4m以下灌漿作業(yè)區(qū)10min壓漿檢測(cè)最大注漿量為4.7L，EL527.4～578.4m灌漿作業(yè)區(qū)10min最大注漿量為3.7L，均小于10L，接縫灌漿質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

本文對(duì)碾壓混凝土拱壩接縫灌漿的相關(guān)施工工藝及參數(shù)進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了接縫灌漿施工的具體施工工序與灌漿作業(yè)方法，利用壩體內(nèi)測(cè)縫計(jì)，對(duì)接縫灌漿施工后縫面變化情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)效果評(píng)價(jià)可知，總體來(lái)看，三期接縫灌漿整體效果良好，除J(5h)03、J(5h)06、J(5h)07、J(5h)08和J(3y)04這5個(gè)測(cè)點(diǎn)外(最大變幅1.59mm)，其余接縫測(cè)縫計(jì)灌漿后變幅均小于1mm，并通過(guò)灌后質(zhì)量檢查，進(jìn)一步驗(yàn)證了接縫灌漿施工的有效性，為今后接縫灌漿質(zhì)量檢查提供新的思路。