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        三峽升船機(jī)上閘首剩余接縫灌區(qū)外漏處理

        2018-08-28 08:31:48鄧潤(rùn)興吳啟民
        大壩與安全 2018年3期
        關(guān)鍵詞:外漏升船機(jī)漏點(diǎn)

        陳 磊,鄧潤(rùn)興,吳啟民

        (1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,湖北武漢,430010;2.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,浙江杭州,310014)

        0 前言

        三峽升船機(jī)是三峽樞紐工程的永久通航設(shè)施之一,其主要作用是為客貨輪及特種船舶提供快速過壩通道,并與雙線五級(jí)船閘聯(lián)合運(yùn)行,加大樞紐的航運(yùn)保障能力。升船機(jī)工程由上游引航道、上閘首、船廂室段、下閘首和下游引航道組成,布置在樞紐左岸7號(hào)、8號(hào)非溢流壩段之間。從上游口門至下游口門全線總長(zhǎng)約7 000 m,過船規(guī)模為3 000 t級(jí),承船廂及其設(shè)備(含水)總重量約15 500 t,最大提升高度113 m,船廂有效水域120 m×18 m×3.5 m(長(zhǎng)×寬×水深),上游通航水位變幅30 m,下游通航水位變幅11.8 m,下游水位變化率±0.50 m/h,具有提升重量大、提升高度大以及適應(yīng)上游通航水位變幅大和下游水位變化速率快等特點(diǎn),是目前世界上規(guī)模和技術(shù)難度最大的升船機(jī)。

        升船機(jī)工程的基礎(chǔ)開挖和邊坡支護(hù)工程在三峽一期工程(1993~1997年)中完成,上閘首高程185 m以下的擋水結(jié)構(gòu)和上游引航道相關(guān)建筑物在三峽二期工程(1997~2003年)中完成,其他工程項(xiàng)目為升船機(jī)續(xù)建工程,于2007年10月恢復(fù)施工,是三峽樞紐最后完工的單項(xiàng)工程。

        1 上閘首接縫灌漿概況

        升船機(jī)上閘首為整體U型結(jié)構(gòu),兼有擋水壩段和通航閘首雙重功能,施工期采用兩條順河向結(jié)構(gòu)縫(C1、C2)和三條橫河向結(jié)構(gòu)縫(C3、C4、C5)將閘首結(jié)構(gòu)分為4段共12個(gè)澆筑塊,其中縱縫以高程125~130 m為界,下部為灌漿縫、上部為寬槽,澆筑完成后需進(jìn)行接縫灌漿和寬槽回填,形成整體結(jié)構(gòu)。

        升船機(jī)上閘首擋水結(jié)構(gòu)于2003年建成,其中接縫灌漿工程于1997年12月~2003年3月底經(jīng)過6個(gè)灌季施工,共完成75個(gè)灌區(qū),合計(jì)1.85萬m2。受升船機(jī)工程緩建和臨時(shí)船閘投運(yùn)的影響,上閘首第Ⅳ段底部C1、C2縫高程48~82.5 m有7個(gè)灌區(qū)因管口位于下游航道水位以下不能施工,且不影響上閘首擋水功能,因此作為遺留項(xiàng)目延后至升船機(jī)續(xù)建工程階段進(jìn)行,灌區(qū)編號(hào)分別為C1-22、C1-23、C1-28,C2-22、C2-23、C2-27和C2-28。2014年冬~2015年春,升船機(jī)試通航前的最后一個(gè)灌季,對(duì)上述灌區(qū)進(jìn)行了檢查和處理。

        2 剩余灌區(qū)檢查及分析

        2.1 壓水檢查

        升船機(jī)上閘首剩余灌區(qū)處理前管路系統(tǒng)形成已17年,部分埋件接近使用年限,二期工程期間經(jīng)歷過6年水下淹沒。為了解系統(tǒng)狀況,首先進(jìn)行了清水加洗縫劑浸泡和疏通沖洗,結(jié)果顯示:除C2-27區(qū)完好,其他6個(gè)灌區(qū)均有管路不通和外漏現(xiàn)象。隨后對(duì)存在問題的6個(gè)灌區(qū)分別進(jìn)行補(bǔ)鉆孔和堵漏處理。

        補(bǔ)鉆和表面堵漏完畢后,對(duì)灌區(qū)進(jìn)行了封閉壓水檢查,結(jié)果顯示:補(bǔ)鉆孔與灌區(qū)連通性好,表面外漏點(diǎn)已封堵;C2-27區(qū)管路系統(tǒng)完好,但縫面張開度不足,排氣管出水量不到10 L/min;其余6個(gè)灌區(qū)三三互串,在基礎(chǔ)側(cè)存在不可見外漏點(diǎn),且與基礎(chǔ)排水管網(wǎng)相通。詳見表1。

        2.2 相關(guān)監(jiān)測(cè)成果

        升船機(jī)上閘首2003年起與大壩一起擋水,2008年樞紐進(jìn)入試驗(yàn)性蓄水期,2010年起連續(xù)達(dá)到正常蓄水位175 m。相關(guān)監(jiān)測(cè)資料表明:升船機(jī)上閘首變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等觀測(cè)值均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi),混凝土內(nèi)部溫度穩(wěn)定在17.7~18.6℃,混凝土自生體積變形穩(wěn)定,符合接縫灌漿條件。

        3 處理方案及措施

        3.1 處理方案

        表1 封閉壓水檢查成果表Table 1 Results of water pressure test

        檢查結(jié)果表明:(1)升船機(jī)上閘首經(jīng)過多年擋水運(yùn)行,壩體內(nèi)部溫度和自生體積變形穩(wěn)定;(2)由于灌區(qū)位置較低,灌區(qū)及部分管路被沉積物堵塞,經(jīng)浸泡沖洗和補(bǔ)鉆孔后已基本恢復(fù);(3)受江水長(zhǎng)期浸泡和基巖滲水侵蝕,灌區(qū)串區(qū)外漏現(xiàn)象普遍,且與基礎(chǔ)排水管網(wǎng)大量串通;(4)受基巖約束,個(gè)別縫面開度不足。

        升船機(jī)剩余灌區(qū)灌漿施工最大難點(diǎn)是解決與基礎(chǔ)排水管網(wǎng)大量串通問題?,F(xiàn)場(chǎng)7個(gè)灌區(qū)中6個(gè)區(qū)有基巖側(cè)外漏,單區(qū)漏量14~34 L/min,串通區(qū)合并漏量最高達(dá)92 L/min,且無法實(shí)施封堵,灌漿時(shí)漿液若由此大量外漏,將嚴(yán)重影響灌漿質(zhì)量,此類問題的解決歷來極為棘手。而且外漏點(diǎn)主要位于灌區(qū)側(cè)面基巖陡坡排水管溝內(nèi),高差達(dá)34 m,難以充水平壓,泄漏漿液不僅會(huì)造成材料浪費(fèi),更會(huì)堵塞基礎(chǔ)排水管溝和集水井泵站,破壞整個(gè)排水系統(tǒng)的功能,這對(duì)于升船機(jī)上閘首來說同樣是無法接受的。

        經(jīng)綜合分析研究,決定采用以水溶性聚氨酯HW為主液的灌漿方式進(jìn)行控制化學(xué)灌漿處理,實(shí)現(xiàn)縫面灌漿充填密實(shí)并保障基礎(chǔ)排水系統(tǒng)暢通的目標(biāo)。

        3.2 材料選擇及特性

        水溶性聚氨酯常以LW為主液與HW混合搭配用于壩體防滲堵漏,HW本身也是很好的補(bǔ)強(qiáng)材料[1],選擇HW為主液進(jìn)行上閘首剩余灌區(qū)的灌漿處理主要基于其以下特性:

        (1)純HW固化物7 d抗壓強(qiáng)度達(dá)30 MPa以上,濕粘接強(qiáng)度≥3 MPa,摻入少量(20%以下)LW后抗壓強(qiáng)度仍大于20 MPa,力學(xué)性能可以滿足壩體接縫灌漿要求。

        (2)HW漿液粘度接近100 MPa·s,比標(biāo)準(zhǔn)水泥漿大2~3倍,摻入LW后更大,不易流失和擴(kuò)散。

        (3)HW漿液具有遇水固化的特性,摻入LW后固化更快,表面與水接觸即產(chǎn)生固化反應(yīng),混合水量達(dá)到一倍以上時(shí)可在1 min內(nèi)形成凝膠體,阻止?jié){液流動(dòng),并且具有一定膨脹性,起到堵斷外漏通道的作用[2]。

        (4)HW漿液是化學(xué)溶液,不含固體顆粒,對(duì)細(xì)縫的適應(yīng)性好于水泥漿。

        3.3 配比試驗(yàn)

        可以通過添加一定比例的LW和水調(diào)節(jié)HW漿液的粘度和固化時(shí)間,現(xiàn)場(chǎng)配比試驗(yàn)結(jié)果見表2,相應(yīng)力學(xué)性能見表3。

        表2 漿液配比試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of slurry mix proportion test

        表3 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of mechanical property test

        根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,選定三種配比漿液用于灌漿施工:(1)純HW摻水0.5%,該配比強(qiáng)度較高、粘度小,適用于C2-27細(xì)縫灌區(qū)灌漿;(2)快漿(HW∶LW為8∶2,摻水5%),該配比強(qiáng)度合格、粘度較大、遇水反應(yīng)較快,適用于漏點(diǎn)附近定量灌漿;(3)慢漿(HW∶LW為9∶1,摻水2.5%),該配比強(qiáng)度及粘度適中,固化時(shí)間滿足灌漿需要,適用于灌區(qū)正常灌漿。

        3.4 處理措施及工藝要點(diǎn)

        3.4.1 壓水試驗(yàn)

        壓水試驗(yàn)完全按照灌漿要求進(jìn)行,從進(jìn)漿管口進(jìn)水,并在水中加入高錳酸鉀,觀察記錄壓水過程、速度、容量和外漏出現(xiàn)的時(shí)間,并以此測(cè)算出漏點(diǎn)以下縫容、漏點(diǎn)的位置高程及漏量。

        3.4.2 鉆設(shè)注水孔

        從灌區(qū)頂部廊道向下鉆注水孔,在漏點(diǎn)上方與排水管溝連通,如果能從頂部廊道通過管溝向下插管至漏點(diǎn)附近,也可取代鉆孔。注水孔用于在灌漿過程中向漏點(diǎn)灑水,出流方式為花灑式散播,在充分保證漿液固化反應(yīng)所需包水量的同時(shí),避免水流沖擊力過大造成固化殼脫落。

        3.4.3 灌漿工藝要點(diǎn)

        外漏灌區(qū)處理施工布置見圖1,灌漿工藝要點(diǎn)如下:

        圖1 外漏灌區(qū)處理示意圖Fig.1 Grouting treatment of the leakage area

        (1)灌區(qū)底部左右進(jìn)漿管各設(shè)一臺(tái)灌漿泵,漏點(diǎn)側(cè)使用快漿,另一側(cè)使用慢漿,同時(shí)勻速進(jìn)漿。

        (2)進(jìn)漿量達(dá)到外漏點(diǎn)位置時(shí),啟動(dòng)上方注水孔向漏點(diǎn)處灑水。灑水應(yīng)在漿液從外漏點(diǎn)溢出時(shí)啟用,不宜過早開啟,否則容易造成灌區(qū)進(jìn)水,使?jié){液在灌區(qū)內(nèi)固化,造成灌漿中斷。

        (3)開始灑水后隨即降低快漿進(jìn)漿速度或間歇進(jìn)漿,如果發(fā)現(xiàn)底部管溝有漿液流出,可采取在播灑的清水中添加催化劑(二乙烯三胺)以加快反應(yīng),同時(shí)停止進(jìn)快漿,以利于外漏點(diǎn)固化殼形成。隨著時(shí)間延長(zhǎng),灌區(qū)內(nèi)快漿也開始固化,漿液自身流動(dòng)度持續(xù)降低,內(nèi)外因素共同作用下,外漏將逐漸減緩和停止。

        (4)在整個(gè)過程中,另一側(cè)慢漿始終保持勻速進(jìn)漿,壓力盡可能低,至灌區(qū)頂部排氣管出漿即可結(jié)束灌漿。水溶性聚氨酯屬化學(xué)漿液,無需經(jīng)過水泥灌漿的擠水壓密過程[3],而且灌區(qū)內(nèi)部壓力過大不利于外漏點(diǎn)固化。

        4 實(shí)施情況及效果

        升船機(jī)上閘首接縫灌漿剩余灌區(qū)灌漿于2015年4月1~7日實(shí)施,串通區(qū)按由低到高順序連續(xù)灌漿。

        灌漿資料表明,各灌區(qū)行漿過程順利,部分區(qū)灌入量偏大。為檢查灌漿質(zhì)量和分析處理效果,灌后沿C1、C2縫各布設(shè)一個(gè)騎縫取芯孔,取芯結(jié)果表明,縫內(nèi)漿液結(jié)石充填飽滿,基礎(chǔ)排水溝未見淤塞,部分區(qū)灌入量偏大系補(bǔ)鉆孔打穿混凝土冷卻水管所致,隨后對(duì)其余冷卻水管也進(jìn)行了回填。

        5 結(jié)語

        三峽升船機(jī)上閘首接縫灌漿剩余灌區(qū)檢查處理于升船機(jī)試通航前全部完成,經(jīng)灌后檢查,縫面結(jié)石飽滿密實(shí),基礎(chǔ)排水系統(tǒng)保持順暢,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo),取得了滿意的處理效果。

        水溶性聚氨酯灌漿材料在水電工程領(lǐng)域已有數(shù)十年的應(yīng)用歷史[1],曾廣泛應(yīng)用于新安江、葛洲壩、隔河巖、三峽等大型水電項(xiàng)目的防水堵漏工程,但是用于壩體接縫灌漿外漏灌區(qū)的處理尚屬首例。本次實(shí)踐充分利用和發(fā)揮了水溶性聚氨酯材料的可控固化特性,擴(kuò)展了這一傳統(tǒng)材料的應(yīng)用范圍,不僅為三峽升船機(jī)按期投入試運(yùn)行創(chuàng)造了條件,也為類似復(fù)雜工程問題的解決提供了一種方便快捷有效的新途徑。

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