吐爾洪·馬合木提，楊子宇

(1. 新疆維吾爾自治區(qū)水利廳建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心，新疆 烏魯木齊 830000；2. 武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072)

“十二五”期間，在國務(wù)院批準(zhǔn)的重點(diǎn)基礎(chǔ)項(xiàng)目中，水利水電工程用地達(dá)23.3萬hm2，占比近30%。在水利工程的建設(shè)過程中，為了滿足水利建設(shè)中泄洪、灌溉、發(fā)電、施工導(dǎo)流和通航等需要而在地下或者山體中開鑿的過水洞稱為水工隧洞[1]，水工隧洞是水利工程的重要組成部分[2]。

現(xiàn)階段，在灌漿作業(yè)完成后，由于混凝土襯砌時(shí)預(yù)埋灌漿管及混凝土襯砌后造孔時(shí)會(huì)對(duì)混凝土造成一定破壞[3]。為了防止出現(xiàn)滲水通道，影響灌漿效果，需要對(duì)灌漿孔進(jìn)行封堵作業(yè)[4]。

根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》SL62-2014規(guī)定，常用的封孔方法有“全孔灌漿法”和“導(dǎo)管注漿法”這兩種，但是這兩種方法的灌漿封孔效果不佳，可能會(huì)留下滲水通道。特別是有壓隧洞和高速水流隧洞在過水運(yùn)行后停水檢查的時(shí)候，通常存在部分灌漿孔滲水和孔口封堵砂漿脫落等問題，孔周邊襯砌的混凝土也存在破壞。長此以往，滲水會(huì)銹蝕混凝土內(nèi)部的鋼筋；同時(shí)伴隨著化學(xué)作用，混凝土的耐久性在不斷降低；常年在高水位下，洞內(nèi)的水向巖石內(nèi)部滲流，會(huì)降低隧洞周邊的巖石強(qiáng)度及透水性、整體性，可能會(huì)造成隧洞出口邊坡沿著滲漏通道溢出部位的塌方，進(jìn)而造成安全事故[5]。因此，需要一種新的封孔方法，保證灌漿質(zhì)量達(dá)到預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)效果。

本文介紹了預(yù)縮砂漿封孔法，即灌漿封孔時(shí)利用高壓縮空氣將粘結(jié)強(qiáng)度高的預(yù)縮砂漿射入灌漿孔進(jìn)行封孔。經(jīng)工程運(yùn)行實(shí)際情況表明，預(yù)縮砂漿封孔法和傳統(tǒng)的灌漿封孔方法相比，有著高效快捷，質(zhì)量可靠等特點(diǎn)，值得在其他工程中推廣。

1 常用封孔方法的不足及解決措施

1.1 壓力灌漿封孔法的不足

根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》SL62-2014規(guī)定，隧洞固結(jié)灌漿后需要封孔，有“全孔灌漿法”和“導(dǎo)管注漿法”這兩種封孔方法[6]。一般工況下，隧洞固結(jié)灌漿采用單孔灌漿法，在施工期孔內(nèi)吃漿量達(dá)到設(shè)計(jì)或規(guī)范規(guī)定值要求后，采取全孔灌漿法封孔，孔口空余部分用干硬性砂漿填實(shí)抹平[7]。

隧洞灌漿孔有倒向孔、俯孔和水平孔之分(如圖1)，為了防止孔內(nèi)漿液倒流到孔外，灌漿完成后倒孔需要進(jìn)行閉漿，在閉漿期間水泥漿液會(huì)逐漸沉淀、凝固，形成下部為水泥結(jié)石上部為水或空腔的現(xiàn)象(如圖2)，俯孔由于同樣的原因?qū)е律喜繛樗虏繛樗嘟Y(jié)石；水平孔會(huì)稍有不同，沉淀原因會(huì)造成孔內(nèi)分層，半孔為水泥結(jié)石半孔為空腔(如圖3)[8]。

由于檢查灌漿質(zhì)量時(shí)對(duì)封孔的質(zhì)量檢查沒有具體的要求，導(dǎo)致施工期灌漿孔的封堵質(zhì)量很難檢測(cè)并及時(shí)的采取措施，造成安全隱患。

圖1 水工隧洞灌漿孔位布置示意圖

圖2 倒向孔、附孔水泥結(jié)石示意圖

圖3 水平孔水泥結(jié)石示意圖

1.2 針對(duì)水泥漿沉淀的工程措施

針對(duì)孔內(nèi)的漿液沉淀形成水泥結(jié)石的問題，俯孔可用水灰比為0.5∶1濃漿將孔內(nèi)水置換后再進(jìn)行壓力灌漿，再沉淀后用砂漿將孔內(nèi)回填抹平。但是，在使用“全孔灌漿法”對(duì)孔進(jìn)行封孔，采用的是水灰比為0.5∶1的水泥濃漿，同時(shí)閉漿的時(shí)間一般不少于30 min，在施工作業(yè)時(shí)灌漿管路容易堵管，導(dǎo)致功效降低。

而倒向孔和水平孔即使再次進(jìn)行濃灌漿還是會(huì)存在空腔現(xiàn)象。施工單位為了解決空腔問題，只好再次將孔掃開重新用水泥砂漿回填，人工用木桿將水泥砂漿向孔內(nèi)推送回填至孔口。實(shí)際操作時(shí)，砂漿容易再次從孔內(nèi)脫落，不僅效率低下，更無法保證封孔質(zhì)量達(dá)到預(yù)期要求。

因此，需要一種新的灌漿方法保證封孔工作的質(zhì)量和效率。

2 預(yù)縮砂漿封孔法

常用的封孔方法的局限性在于：為了保證漿液填滿灌漿孔，要求漿液有良好的流動(dòng)性，選用的水泥漿的含水量一般偏高，導(dǎo)致漿液與結(jié)合面的粘結(jié)力過低；同時(shí)水泥與砂在水中的流動(dòng)性高，水泥漿在重力作用下會(huì)逐漸沉淀，凝固在下部形成水泥結(jié)石。為了解決粘結(jié)度過低的問題，設(shè)想采用常運(yùn)用于混凝土缺陷修補(bǔ)的預(yù)縮砂漿進(jìn)行封孔[9]，預(yù)縮砂漿主要特點(diǎn)有：①水灰比小，一般介于0.18～0.22之間，經(jīng)過預(yù)縮后水分可以在水泥漿中均勻分布，砂漿孔隙小，表面不泌水，顯著提高砂漿與結(jié)合面的粘結(jié)質(zhì)量。②灰砂比一般介于1∶1.8～1∶2.5之間，經(jīng)過預(yù)縮處理后，砂漿已經(jīng)接近初凝，體積先行收縮，再經(jīng)振實(shí)后砂礫被水泥漿牢固的粘結(jié)，從而有效地避免了由于砂漿收縮造成的脫殼。③振實(shí)后的砂漿密度大、強(qiáng)度高，與原混凝土界面粘結(jié)強(qiáng)度高、抗沖抗磨強(qiáng)度也較高[10]。同時(shí)，為了使流動(dòng)性不高的干硬性水泥砂漿可以將孔填滿，僅僅靠自流是無法完成的，需要配備合理的工程設(shè)備。空壓機(jī)可以利用高壓縮空氣把抗壓，粘結(jié)強(qiáng)度高的預(yù)縮砂漿射進(jìn)灌漿孔底部，將孔逐層填滿[11]。當(dāng)孔填滿后再抹平孔口，完成灌漿封孔工作。

2.1 預(yù)縮砂漿配制及施工要求

預(yù)縮砂漿是將普通水泥砂漿拌好后，歸堆存放并用麻袋或草袋等不透明的材料遮蓋0.5～1.5 h后，形成的干硬性水泥砂漿[12]。

在實(shí)際工程施工時(shí)，一般條件下預(yù)縮砂漿原料的配合比約為水泥∶砂∶水∶外加劑=1∶1.8∶0.26∶0.4；水泥為P.O42.5；砂細(xì)度模數(shù)為1.8～2.0；減水劑為ZB-IA溶液濃度約為12%；技術(shù)指標(biāo)為抗壓強(qiáng)度≥45 MPa；抗拉強(qiáng)度≥1.5 MPa；粘結(jié)強(qiáng)度≥2.0 MPa[13]。砂漿拌置是稠度以用手捏成團(tuán)塊，手心有潮濕感而無析水為宜。砂漿拌好后堆置0.5～1.5 h，達(dá)到預(yù)縮效果后必須在2～4 h內(nèi)使用[14]。

2.2 預(yù)縮砂漿封填設(shè)備

采用預(yù)縮砂漿封孔法，需要的封孔設(shè)備有空壓機(jī)和封孔器[15]。而封孔器是由充氣閥、壓力表(4.0 MPa)、儲(chǔ)氣罐、放氣閥、砂漿料斗、軟管、內(nèi)徑25～30 mm的鋼管組成，鋼管的直徑與長度一般根據(jù)灌漿孔深度和直徑來確定。由于射砂漿作業(yè)具有重復(fù)性，在氣管上可設(shè)置多個(gè)放氣閥和料斗閥、能提高工作效率。

封孔器剖面示意圖如圖4所示。

圖4 封孔器的剖面圖

2.3 封孔施工流程

隧洞灌漿作業(yè)的工藝流程為掃孔-洗孔-設(shè)備安設(shè)-砂漿拌制-孔口處理。對(duì)于水平孔和導(dǎo)向孔，用手風(fēng)鉆重新掃孔，用水或壓縮空氣沖凈孔內(nèi)的水泥漿等雜物。制作完成的封孔器安裝固定在灌漿施工臺(tái)車上，利用臺(tái)車移動(dòng)。具體操作步驟如下：放氣閥關(guān)閉-進(jìn)氣閥打開-充氣-觀測(cè)壓力表讀數(shù)(0.8～1 MPa)-進(jìn)氣閥關(guān)閉；下料斗閥門打開-向輸漿管內(nèi)裝填預(yù)縮砂漿(每次的裝填長度約為400 mm)-下料斗閥門關(guān)閉；內(nèi)徑30 mm的鋼管插進(jìn)孔內(nèi)(鋼管的出口離孔底200 mm左右)-打開放氣閥。重復(fù)上述步驟直至孔內(nèi)填滿砂漿為止，隨后將孔口抹平。

3 工程案例

3.1 工程概況

北疆水利樞紐工程位于新疆維吾爾自治區(qū)北部的莫縣境內(nèi)，是1座以灌溉為主兼顧發(fā)電、防洪、生態(tài)等綜合利用大的大(Ⅰ)型一等工程。電站裝機(jī)4臺(tái)，總裝機(jī)容量320 MW；水庫總庫容17.7億m3。主要建筑物包括粘土心墻壩，電站廠房，引水發(fā)電洞，深孔排沙放空洞，表孔溢洪洞及中孔(導(dǎo)流)泄洪洞。其中：粘土心墻壩，表孔溢洪洞，中孔泄洪洞，深孔排沙防空洞和發(fā)電引水系統(tǒng)進(jìn)水口為1級(jí)建筑物；引水發(fā)電洞，電站廠房為2級(jí)建筑物；次要建筑物為3級(jí)建筑物；臨時(shí)建筑物為4級(jí)建筑物。

泄水建筑物和發(fā)電引水建筑物的進(jìn)水口均布置在右岸。表孔溢洪洞，中孔泄洪洞和深孔排沙放空洞的洞線接近于平行布置，深孔排沙放空洞位于兩條發(fā)電洞中間，其軸線與發(fā)電洞上平洞隧洞段的軸線平行。中孔泄洪洞由于導(dǎo)流洞采用的“龍?zhí)ь^”改建而成。

在北疆水利樞紐工程中，預(yù)縮砂漿封孔法被應(yīng)用于引水隧洞和泄洪洞的灌漿封孔作業(yè)中。

3.2 隧洞灌漿封孔

在水工隧洞質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，灌漿孔封孔質(zhì)量是否合格可以通過隧洞在運(yùn)行一段時(shí)間后是否有滲水現(xiàn)象來判斷。北疆水利樞紐工程于2005年完工投入運(yùn)行至今，引水隧洞經(jīng)過多年輸水運(yùn)行，停水檢查時(shí)未發(fā)現(xiàn)有灌漿孔封孔砂漿脫落、滲水等現(xiàn)象，有效的保證了北疆工程中的隧洞灌漿孔封堵工作達(dá)到預(yù)期要求。

4 結(jié) 語

本文分析了當(dāng)前工程常用的水工隧洞灌漿封孔方法，基于工程中常遇到的水泥沉淀形成結(jié)石的問題，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選擇合理的封孔材料和相應(yīng)封孔設(shè)備，提出了利用空壓機(jī)和封孔器將流動(dòng)性不高、收縮小、粘結(jié)強(qiáng)度高、抗沖抗磨強(qiáng)度高的預(yù)縮砂漿射進(jìn)灌漿孔底部，將孔逐層填滿的新的灌漿封孔方法，即預(yù)縮砂漿封孔法。

經(jīng)北疆水利樞紐工程的引水隧洞的多年運(yùn)行實(shí)踐證明，采取預(yù)縮砂漿封孔法對(duì)灌漿孔進(jìn)行封孔，因砂漿

配置過程中摻加了減水劑，所以砂漿的收縮性比水泥漿低，利用高壓縮空氣射入的粘結(jié)強(qiáng)度高的砂漿可以做到在孔內(nèi)填封密實(shí)。同時(shí)利用封孔器進(jìn)行灌漿封孔，簡便易行，經(jīng)濟(jì)高效，同時(shí)可保證封孔質(zhì)量，值得應(yīng)用推廣到其他工程的灌漿封孔工作中。