水工钢衬复合填充接触灌浆技术在景洪水电站的应用

2011-04-01孙华章李允鲁詹虎跃

大坝与安全 2011年3期

孙华章，李允鲁，詹虎跃

（华能景洪水电工程建设管理局，云南景洪 666100）

景洪水电站位于云南省西双版纳傣族自治州境内，距景洪市约5 km，是澜沧江中下游河段梯级规划的第六级电站。电站枢纽由拦河坝、泄洪冲沙建筑物、引水发电建筑物、垂直升船机等组成，总库容11.39亿m3，装机容量1 750 MW（5×350 MW）。拦河坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高108 m。

0 引言

水电站工程中的引水压力钢管、蜗壳、肘管、预埋件等都属于钢衬结构。由于混凝土终凝后收缩或钢衬妨碍混凝土浇筑时振捣等因素的影响，钢衬与混凝土接触面或多或少会出现脱空。为了确保钢衬混凝土联合受力与安全运行，一般对脱空均采用接触灌浆方法处理。

钢衬接触灌浆常常采用在钢衬上预留孔、钻孔或在钢衬与混凝土接触面预埋管，用水泥浆液进行填充。这种方法最大的优点是成本低、经济效益明显，因而为大多数工程所用。但也有部分工程因为钢衬结构安全运行需要，不得不采用价格高昂的化学灌浆方法。两种灌浆方法各有优劣，水泥灌浆成本低，但水泥浆液的流通性差，往往制约灌浆质量；化学灌浆虽然材料流通性好，能较好地保证灌浆质量，但其成本高，且接触灌浆属于隐蔽性工程，注浆量无法预估，难以被大范围推广应用。

景洪水电站压力钢管直径为11.2 m，仅次于三峡水电站，大流量引水的特性对钢衬接触灌浆质量提出了更高的要求。景洪水电站采取了水泥灌浆与化学灌浆相结合的方式实施钢衬接触灌浆，即水工钢衬接触复合填充灌浆技术。该技术明显的优势在于利用廉价的水泥浆液将可能造成注浆量大的区域提前填充，并完成脱空缝隙较深区域的灌浆施工，然后再进行化学灌浆，从而使化学灌浆量从未知量变成可估算量，降低了化学灌浆成本，同时又提高了灌浆质量。

1 灌前工作

1.1 脱空参数的确定

钢衬接触灌浆灌前第一项工作是脱空参数的确定，景洪电站钢衬脱空参数主要包含以下两个内容，一是脱空深度的确定，二是脱空范围的确定。前者主要采用捶击敲打法，即用锤子敲打钢衬确定，后者则是边捶击边用粉笔圈画出脱空范围，现场立即绘制成图，以指导开孔和灌浆施工。捶击敲打时如响声为“咚咚咚”，则该处钢衬脱空较严重；如响声为“嗒嗒嗒”，则该处存在脱空，但深度不深；如响声为“当当当”，则该处钢衬与混凝土接触良好。在钻孔阶段，再利用钻孔以卷尺测量脱空深度进行校正。

捶击敲打操作时，清理干净钢衬表面上的堆物、附浆等，敲打者尽量不穿软质鞋子，必要时搭架钢管以使捶击敲打者不踩在被捶击敲打的钢衬上。所有这些均是景洪水电站为保证钢衬被捶击敲打时响声清楚、真实所采取的有效措施。

1.2 钻孔埋嘴

景洪水电站压力钢管和肘管采取预留灌浆孔，蜗壳采取预埋管的方式，实施过程中根据脱空区及孔（管）连通情况，再予以适当钻孔补充。

钻孔时应根据《规范》要求，每一个独立的脱空区布孔不应少于2个，最低处和最高处都应布孔，孔径不宜小于12 mm。钻孔的布置原则是在满足规范的前提下，尽量少布和减小孔径，以减少钢衬破坏。如脱空区相连通，则位于低处的脱空区布孔径较大的灌浆孔；位于高处的脱空区布孔径较小的排气孔。钻孔的布设位置要避开钢衬接头、加劲环等部位。进行造孔时，先用小钻头（ϕ12 mm）将钢衬钻穿，用钢卷尺插入孔内测量脱空深度。通过对脱空面积、脱空深度及脱空区串通情况的计算分析，估算每个独立脱空灌区的需浆量，依据需浆量确定钻孔的数量及孔径。一般的说，如果脱空灌区面积较大、脱空深度浅，则钻孔数量多、孔径小；反之如果脱空灌区面积小、脱空深度大，则钻孔数量少、孔径大。造孔完毕后即在孔内攻丝，然后装上灌浆管、排气管。在此着重一提的是对脱空面积较大的灌区，尤其是对脱空深度较浅的大灌区，除了按照规范要求布设灌浆孔和排气孔外，尚应布设1～2个用于安装压力表的钻孔（一般布置在脱空区中间位置），以监测灌浆时钢衬的受力情况。

1.3 材料的选择

水工钢衬接触复合填充灌浆技术使用的关键材料为水泥和化灌材料，其中水泥选用常规接触灌浆使用的硅酸盐水泥即可，无特殊要求，但因为水泥灌浆后脱空缝面难以保证干燥，化学灌浆材料的亲水性能尤为重要。鉴于目前化灌材料在亲水性能和粘结强度方面很难同时达到理想要求，景洪水电站选用了具有一定亲水性的改性环氧材料作为化灌材料。

2 灌前冲洗－串通检查

钢衬接触灌浆冲洗的目的有三：一是清除脱空区内的污物积水，二是检查了解掌握脱空区的串通情况，三是在冲洗水中加入高锰酸钾等将水染色，计量注入量，以掌握脱空容积，以便准备充足的灌浆材料。景洪电站钢衬底部冲洗时遵循先水洗后风吹的顺序。水洗时，水从脱空高处孔注入，脱空低处孔排除污物积水；风吹时，风从脱空低处孔通入，从脱空高处排出污物积水。水、风循环冲洗各两次，直至回水清洁、积水全部清除为止。冲洗时使用的风水压力一般控制在灌浆压力的80%。冲洗时观察脱空区的串通情况，并将串通情况及时地在钢衬上标记清楚，冲洗完毕后与其他检查成果一起绘制成图。由于风、水透入性很强，为避免钢衬因大面积受压作用产生拱起，在冲洗开始阶段，所有污物积水排出孔均不堵上，在保证足够的灌浆排除量前提下，依次将排出孔堵上，以保证脱空区域的冲洗压力和测容的最大精确度。

3 灌浆压力及浆液选定

灌浆压力和浆液浓度是直接影响灌浆效果的两个重要因素。从主观方面来说，使用较大的灌浆压力和浓度较高的浆液其填充脱空的效果较理想，因为压力大能使浆液填充充分，而浓浆结石后收缩比小，能避免出现二次脱空。但是，钢衬能承受的最大压力有限，超过则钢衬被拱起。而浓浆流动性能较差，易引起堵塞，同时浓浆无法流入深度较浅的脱空区。景洪电站根据不同部位钢衬承受能力和脱空面积大小，设计规定压力钢管和蜗壳灌浆压力不大于0.1 MPa，肘管接触灌浆压力不大于0.25 MPa。对于无法使用较大灌浆压力的大面积脱空，为保证浆液的有效充填，采用了多台灌浆泵及一台泵接多个灌浆管头，并延长屏浆时间，以保证灌浆质量。对于所有的灌浆区域，均保留钢衬的内支撑，以达到使用较大灌浆压力的目的。

浆液浓度取决于脱空深度。景洪电站对于脱空区域较大的灌区，部分采用先砂浆回填灌浆，后水泥浆接触灌浆的方法，部分采用了水泥浆浓浆的灌注方法；对脱空深度较浅的灌区，灌注稀浆。对于灌注水泥浆液的灌区，均采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1（0.5∶1）三个比级，以先稀后浓的原则施灌。

在水泥灌浆结束待强14 d后，开始实施化学灌浆，化学浆液严格按照厂家给定的比例配置。

4 灌浆

4.1 水泥灌浆

接触灌浆施工过程中，严格遵循先稀浆后浓浆和先小压力后大压力的原则。灌浆时进浆管、回浆管和脱空区都分别安装压力表，以监测各自的压力情况，对于面积较大的脱空灌区，至少安装一个千分表。除在脱空区域内，其他未脱空但距灌区较近的部位也安装了千分表，用以监测钢衬在施灌过程中的变形情况。压力表和千分表都派有专人观测，并每隔2 min向送浆人员读报一次数值。灌浆自低部位脱空区的低处孔开始，灌浆过程中敲击震动钢衬，待各高处孔分别排出浓浆后一次将其孔口关闭。灌浆压力控制由小到大逐级升压，在浆液灌入量正常情况下不增加压力，浆液的输送保持均匀连续，坚决杜绝“吃一口、喂一口”“一口喂饱”的做法，即使在吃浆量较大的情况下也不过分加大送浆量，防止脱空区一旦被灌满而送浆尚在继续，引起钢衬“鼓包”。灌浆过程中严格控制供浆的连续性，杜绝灌浆过程出现中断，导致进浆孔、送浆管堵塞的现象。脱空区未灌满而发生供浆中断时，则采用风水冲洗灌区，将脱空区内已灌进的浆液全部清除，以便重新灌浆，坚决杜绝因供浆中断导致进浆孔堵塞进行二次布孔的情况。防止发生灌浆突然中断事故，除了保证水电供应及机械设备正常运行外，还需制备足够的浆材及保持管路畅通。

景洪电站钢衬接触灌浆停灌标准：在设计给定的灌浆压力下，出浆孔排出的浆液浓度与灌入的浆液浓度相同，封闭排浆孔不再吸浆后，延续灌浆20 min（屏浆时间）即可结束。屏浆时为防止钢衬拱起，对排气管的阀门进行适当调整。

4.2 二次脱空检查及通风检查

水泥浆灌浆结束并待强14 d后，即可开展二次脱空检查，主要确定水泥灌浆后需要进行二次水泥灌浆或化学灌浆的区域，并根据脱空情况制定二次灌浆措施（水泥灌浆补灌或化灌）。景洪水电站明确要求水泥灌浆后脱空面积大于0.5 m2即需采取二次灌浆。

二次灌浆前，通风检查主要是检查剩余脱空区域内灌浆孔的连通情况，以便选择可利用的水泥灌浆孔和确定是否需要补孔。如果二次灌浆采取化学灌浆，则通风时除检查灌浆孔连通情况外，还需要适当延长通风时间，以排空脱空缝内的积水，并尽可能风干缝面，增加化学材料的粘结强度。景洪水电站在二次通风检查时，对化学灌浆区域曾做过通风时间长达12 h的试验，结果表明长时间通风在工期允许的情况下，对缝面的干燥有一定的效果，也利于化学材料粘结。