淺談水電站泄洪洞高流速混凝土裂縫處理技術(shù)

伍 佳

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況

大崗山水電站位于大渡河中游上段的四川省雅安市石棉縣境內(nèi)，為大渡河干流規(guī)劃的第十四個梯級電站。水電站裝機總?cè)萘?60萬kW。其中，泄洪洞工程布置在大渡河右岸，主要包括進水口、洞身段、出口段及下游防護工程。泄洪洞最大泄洪流量3352m3/s，最高泄洪流速約42m/s。泄洪流量大、流速高，泄洪洞年平均使用頻率超過2000h/年，使用頻率之高位居國內(nèi)同類型電站前列[1]。

由于泄洪洞具有高水頭、高流速、大泄量、體形復雜等特點，加之泥沙的沖刷和頻繁使用，導致過流面更嚴重的沖刷和氣蝕破壞，因此泄洪洞的施工除了保證良好的體型、高強度、高耐磨的混凝土性能及不平整度要求外，尚需盡量減少裂縫。為此，在泄洪洞過流前，裂縫必須采取措施得到處理以達到甚至超過基礎(chǔ)混凝土的強度、耐久性等要求，確保建筑物的安全運行。

2 裂縫處理措施

根據(jù)泄洪洞工程混凝土裂縫處理技術(shù)要求，針對泄洪洞運行條件和結(jié)構(gòu)要求，對混凝土裂縫進行分類處理，施工前對泄洪洞混凝土裂縫情況進行普查(檢查方法可采用壓水試驗、鉆孔取樣檢查)，根據(jù)檢查情況編制所有裂縫記錄，記錄內(nèi)容包括裂縫的位置、長度、寬度，縫面狀況是否存在混凝土架空事故，裂縫與混凝土架空的串通，以及與鄰近結(jié)構(gòu)預留縫、管路等的串通情況，并將檢查記錄上報監(jiān)理，由監(jiān)理檢查后方可施工。為了保證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性要求，先對混凝土表面進行清洗，利用裂縫測寬儀等儀器仔細檢查裂縫的縫寬、縫長、走向、所在部位等，并對裂縫進行編錄、統(tǒng)計[2]。

根據(jù)泄洪洞工程運行條件和結(jié)構(gòu)要求，對泄洪洞分部位和分段原則進行處理，裂縫有滲水時，先行堵漏，再行處理。

2.1 C類(0.3mm≤δ<0.4mm)和D類(δ≥0.4mm)裂縫化學灌漿處理方案

C類和D類裂縫施工前，先在(泄)0+576附近底板做工藝性試驗，經(jīng)檢驗評審合格后采用評審的參數(shù)進行施工[3]。

2.1.1 施工方法

優(yōu)先采用表面封縫法，騎縫鉆孔并填充堵漏靈砂漿、埋管灌漿的方法進行處理。如果灌漿效果較差，則采取鑿“U”槽封縫處理。

2.1.2 施工工藝

表面封縫法：裂縫檢查及性狀描述→表面清理→布孔、鉆孔→沖洗→埋管、表面封縫→灌前通風檢測→化學灌漿→灌后處理→質(zhì)量檢查及驗收。

2.1.3 施工方法及工藝控制

(1)裂縫檢查及性狀描述。裂縫處理前，必須現(xiàn)場繪制裂縫形狀圖，項目包括縫寬、縫深、縫長、裂縫走向、所在部位(包括高程)、數(shù)量、縫面是否滲水及有無溶出物等，用裂縫寬度測量儀測量裂縫寬度，并將測量結(jié)果進行登記，按部位分別編號、記錄。再根據(jù)取得數(shù)據(jù)對裂縫進行編號分類和統(tǒng)計。

(2)表面清理。以縫為中線，用角磨機打磨，打磨寬度10cm，找出縫隙的具體位置。

(3)布孔、鉆孔。灌漿孔位采取騎縫布置，孔距為30cm，裂縫交叉和端點都布孔，且不受孔距限制。鉆孔采用騎縫鉆孔。騎縫造孔采用手持式取芯鉆造孔，鉆孔孔徑采用φ32mm，孔深為3cm～5cm。

(4)清洗。用沖毛機沿裂縫走向向兩邊沖洗(沿直縫從上往下沖洗)以保證灌漿孔內(nèi)清潔，縫面無粉塵和其他雜物并露出清晰的混凝土(裂縫)面。

(5)埋管、封縫。將專用灌漿管放入孔內(nèi)，用堵漏靈砂漿壓封；然后在裂縫上回填10cm寬，5cm厚堵漏靈砂漿進行縫面封閉，回填堵漏靈時要壓緊、壓實，表面平整。

(6)灌前通風檢測。封縫完成3d后即可進行壓風檢查，壓風檢查的目的是檢查孔嘴與縫隙是否暢通，縫面封堵是否密實，有無支縫外漏現(xiàn)象等。檢查的具體操作方法：壓風壓力0.1MPa～0.2MPa，壓風檢查前關(guān)閉整條縫的所有注漿管，只留1#、2#注漿管；將1#注漿管接入輸風管，同時將2#注漿管插入水中，觀察有無氣泡冒出，如有則通，否則為不通；檢測完1#、2#注漿管后，關(guān)閉2#注漿管，同時打開3#注漿管，并插入水中進行檢查，依此類推，直至全縫檢查完畢。

在壓風檢測過程中，用肥皂水抹在封縫材料兩側(cè)，觀察有無氣泡冒出，如有，必須用粉筆做好標記，進行補縫，待補縫材料有足夠強度后(4h)方可灌漿。

(7)化學灌漿

①灌前準備：根據(jù)裂縫長度和寬度，將灌漿所需的工具、材料、設(shè)備準備到位。

②灌漿材料：灌漿材料采用LVE低粘度環(huán)氧樹脂灌漿材料進行施工。

③灌漿設(shè)備：采用FS-A41全自動灌漿機。

④灌漿壓力：灌漿壓力0.2MPa～0.6MPa，或視裂縫深度及寬度和受灌面積狀況酌情減低。

⑤灌漿具體操作方法：安裝灌漿設(shè)備，連接輸漿管，然后在主管上安裝三根灌漿分管，配好漿液，開啟灌漿機，排除設(shè)備及輸漿管內(nèi)的空氣，關(guān)閉二根灌漿管，將剩下一根沒關(guān)閉的灌漿管接入1#孔開始灌漿，待1#孔灌注10min后，打開第二根灌漿管接入2#孔將2#孔灌注10min后，打開第三根灌漿管，接入3#孔待3#孔灌注10mim后，關(guān)閉1#孔，將1#注漿管接入4#孔，依此類推。在規(guī)定灌漿時間內(nèi)，鄰近連續(xù)出現(xiàn)兩個灌漿孔串漿時，可提前轉(zhuǎn)注鄰近一孔。單一的縫當最后一孔在0.6MPa壓力下進漿小于0.02L/min或不進漿時穩(wěn)壓30min，即可結(jié)束灌漿。

(8)灌后處理。灌漿結(jié)束24h后清除封縫材料及注漿嘴，沿裂縫兩側(cè)各10cm范圍均勻涂刷一道環(huán)氧基液，再用環(huán)氧膠泥抹平收光。

(9)質(zhì)量檢查及驗收?？紤]到鉆孔取芯檢查對混凝土質(zhì)量影響較大，我部建議灌漿檢查主要采用壓水檢查，對設(shè)計確認的重要部位采用聲波檢查，并且非常短小的裂縫不做檢查。

2.2 混凝土施工縫、伸縮縫及止水裂縫處理

根據(jù)《關(guān)于泄洪洞混凝土施工縫、伸縮縫裂縫處理細化的通知》(大設(shè)更-泄洪(2015)003號(總015))，對于樁號(泄)0+238.05之前施工橫縫、伸縮縫可不做處理；對于樁號(泄)0+238.05～(泄)0+670.05之間的施工橫縫、伸縮縫和全洞段施工縱向縫，若縫寬≥0.5mm，以及樁號(泄)0+670.05至出口之間的施工橫縫、伸縮縫，若縫寬≥0.3mm，則采用化學灌漿處理，化學灌漿時不能損傷止水、鋼筋，灌漿孔采用騎縫孔，鉆孔直徑32mm，深度3cm～5cm，間距30cm，灌漿壓力0.1MPa～0.2MPa，灌漿范圍為止水至混凝土迎水面；其他灌漿技術(shù)要求按C、D類裂縫處理參數(shù)施工及試驗后確定的參數(shù)執(zhí)行。根據(jù)試驗成果，先采用1kg/m左右的4∶1速凝漿液對施工縫進行灌漿，以封堵其滲漏通道，待凝8h后采用4kg/m左右的5∶1～6∶1漿液繼續(xù)灌漿，如灌漿仍不能達到結(jié)束灌漿標準，先暫停灌漿。

2.3 化學灌漿特殊情況處理

(1)化學灌漿過程中發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時，應(yīng)根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、限流、調(diào)凝等方法進行處理。如果不明顯，應(yīng)停止灌漿，待漿液凝固后復灌。

(2)化學灌漿過程中發(fā)生串漿時，如串漿孔具備灌漿條件，一泵灌一孔并灌，但并灌孔不宜多于3個，并應(yīng)控制灌漿壓力，防止上部混凝土或巖體抬動。

(3)化學灌漿應(yīng)連續(xù)進行，若因故中斷，應(yīng)在漿液膠凝以前且不影響灌漿質(zhì)量時恢復灌漿，否則進行沖孔或掃孔，再恢復灌漿。

(4)孔口有涌水的灌漿孔段，在灌漿前應(yīng)測記涌水壓力、涌水量和水溫。根據(jù)涌水情況，可選用下列措施綜合處理：

①提高灌漿壓力；

②縮短漿液膠凝時間；

③化學漿液和水泥漿液交替灌漿；

④縮短灌漿段長；

⑤增加屏漿、閉漿時間。

3 主要材料的選擇

根據(jù)本工程的特點，嚴格按照設(shè)計文件上對施工材料的技術(shù)要求以及滿足施工部位的特性，對不同的施工部位選擇不同的施工材料。

3.1 裂縫灌漿材料

選擇低粘度親水性改性環(huán)氧樹脂灌漿材料。它具有強度高、粘接性強、收縮小、稠度低、可灌性大等特點。從而可提高對細小裂縫的滲入能力，對有滲水的裂縫表面具有良好的粘結(jié)性能，適用于大壩、引水隧洞、溢流面、廠房等混凝土裂縫的補強化學灌漿處理，見表1。

表1 低粘度親水性改性環(huán)氧灌漿材料的物理力學性能指標

3.2 縫面材料

選擇環(huán)氧樹脂膠泥材料，它具有在室溫下固化、高強度、抗氣蝕、抗沖刷性、耐磨損、抗凍性好等特點，尤其是其具有可在有水的新老混凝土表面良好的粘接強度，物理力學性能指標見表2。

表2 環(huán)氧膠泥物理力學性能指標

3.3 埋管、回填、封堵材料

選用堵漏靈，它具有快速凝固，早期強度高，收縮率小，粘結(jié)力強，能帶水作業(yè)等特點，能充分保證灌漿時漿液不外漏，能充分承受灌漿壓力，達到灌漿效果，物理力學性能指標見表3。

表3 堵漏靈物理力學性能指標

4 結(jié)語

通過大崗山水電站泄洪洞高流速混凝土裂縫處理實踐，積累了以下經(jīng)驗：

(1)精細化的管理。首先自身要了解現(xiàn)場施工情況，掌握裂縫處理的各種施工工藝，對各工序的連續(xù)及交叉作業(yè)合理安排時間和人員，既節(jié)省時間不重復工作又能保質(zhì)保量完成任務(wù)。其次，在裂縫處理前對工人進行技術(shù)交底，并將處理的工序、部位落實到班組或個人，實行責任承包；在裂縫處理中對工人提出的問題詳細解答，對錯誤的處理方法監(jiān)督改正，盡量做到及時發(fā)現(xiàn)問題；在裂縫處理后先進行自檢，查遺補漏，發(fā)現(xiàn)不合格的部位必須返工重做。

(2)充分發(fā)揮工人的智慧和創(chuàng)造力。工人在長期的工作實踐中積累了豐富的施工經(jīng)驗，并能針對不同的條件提出合理的建議或進行改良，積極地與工人交流、溝通使他們的智慧和創(chuàng)造力能夠更好的為工程所用。

(3)優(yōu)良的施工工藝是處理質(zhì)量的保證。混凝土高速水流過流面的處理目的，就是使過流面混凝土達到平整、光滑的要求，且能保證新老材料結(jié)合良好。裂縫處理無論是使用預縮砂漿、環(huán)氧砂漿、環(huán)氧膠泥還是環(huán)氧基液，第一，必須做到材料的正確配制和使用時間的控制；第二，必須做到打磨、沖洗符合質(zhì)量標準；第三，必須做到使用預縮砂漿在處理前濕潤，使用環(huán)氧砂漿、環(huán)氧膠泥、環(huán)氧基液在處理前干燥。只有在保證了上述三點要求下，處理的混凝土裂縫才能夠經(jīng)受高水流的沖刷、磨損和撞擊而確保質(zhì)量。