萬海濤, 歐漢森

(湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院,湖南 長沙　410007)

1　工程概況

皂市水利樞紐工程消力池混凝土采取分塊澆筑工藝,塊與塊之間設(shè)有鍵槽并布置兩道止水(上部為銅止水,下部為橡膠止水)。 消力池混凝土澆筑完成后,通過止水檢查槽對消力池止排水系統(tǒng)進行了壓水試驗檢查,未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏現(xiàn)象。2007年汛期消力池充水后也未發(fā)現(xiàn)消力池排水槽及排水溝有明顯滲漏現(xiàn)象。2008年1月27日,工作人員在進行例行巡查時,發(fā)現(xiàn)消力池右導(dǎo)墻灌漿及排水廊道內(nèi)預(yù)埋的消力池護2-護3、護3-護4、護4-護5共三個Φ150 mm的排水管有大量水流涌出,護4-護5間Φ25 mm滲漏排水管內(nèi)涌水呈射流狀排出(見照片1),總滲漏量約為1 500 L/min,消力池右導(dǎo)墻灌漿及排水廊道內(nèi)水位迅速上漲,嚴(yán)重影響消力池滲漏排水系統(tǒng)正常運行。

照片1　消力池底板廊道排水管滲漏圖

2　滲漏通道勘查及滲漏成因分析

滲漏通道的勘查采用從易到難、由表及里的方法進行。由于此次滲漏現(xiàn)象具突發(fā)性且滲漏量極大,危及消力池滲漏排水系統(tǒng)正常運行,考慮到廠房尾水渠與大壩消力池基本呈平行排列,中間有廠壩導(dǎo)墻分隔,經(jīng)分析判斷認(rèn)為存在兩種滲漏途經(jīng):一種是廠房尾水渠的巖石基礎(chǔ)內(nèi)存在滲漏通道,水流由廠房尾水渠經(jīng)滲漏通道、廠壩導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)縫至消力池排水槽排水管排出。為查明涌水來源,在廠房尾水投放高錳酸鉀對水體進行染色,經(jīng)觀察未發(fā)現(xiàn)排水孔涌水有顏色變化,排除了滲漏來自廠房尾水渠的可能性。

另一種則屬于混凝土結(jié)構(gòu)縫或施工缺陷引起的滲漏。由于消力池混凝土為分塊澆筑,塊與塊之間設(shè)有鍵槽并布置兩道止水,為確定上述分析,在消力池未抽水情況下,派潛水員由距離滲水部位較近的右導(dǎo)2與右導(dǎo)3分縫沿縫向下查看。潛水員在消力池底部距導(dǎo)墻1 m、8 m及上游5 m部位分別發(fā)現(xiàn)三處無泥漿沉積,在潛水員潛水查看過程中排水管出水變渾濁。初步判斷上述滲漏成因的可能性較大,滲漏部位為消力池護4-護5及右導(dǎo)2-右導(dǎo)3分縫區(qū)。

為進一步查清滲漏位置并對滲漏進行有效處理,采用抽排結(jié)合的方式強行排干消力池內(nèi)積水。在消力池排水過程中,射水壓力和流量隨水位降低而減少。經(jīng)從消力池廊道排水管逆向壓風(fēng)檢查發(fā)現(xiàn):護4-6與護5-6結(jié)構(gòu)縫自與廠壩導(dǎo)墻丁字接頭部位向消力池側(cè)8 m段有明顯氣泡冒出;在消力池護坦面觀察到護3-6、護4-6與廠壩導(dǎo)墻間24 m長結(jié)構(gòu)縫水流呈旋渦狀流入縫內(nèi),滲漏量較大(見照片2)。對上述部位的積水和淤泥進行全面清理后發(fā)現(xiàn),該部位伸縮縫張開明顯,張開度2～3 mm之間,連通性好。

綜合分析判斷認(rèn)為:2008年1月,水庫所在的常德石門地區(qū)遭遇了50年一遇的長時間、大面積冰凍雨雪天氣,消力池底板混凝土分塊澆筑過程中,在低溫狀態(tài)下混凝土收縮導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)縫或止水槽拉大張開,形成滲漏通道。

照片2　消力池護坦結(jié)構(gòu)縫滲漏圖

3　滲漏處理措施

3.1　施工材料的選用

根據(jù)工程經(jīng)驗,此工程施工采用華東勘測設(shè)計研究院研發(fā)的HW 水溶性聚氨酯組合材料。HW水溶性聚氨酯化學(xué)材料具有良好的親水性能,漿液遇水后先分散乳化,進而凝膠固結(jié),可在潮濕或涌水情況下進行灌注,固結(jié)體可遇水膨脹,具有以水止水的功能。HW水溶性聚氨酯主要性能見表1。

表1　HW水溶性聚氨酯主要性能

工程滲漏成因主要為在冰凍天氣影響下局部結(jié)構(gòu)縫縫面或止水槽拉大張開,工程縫面修補材料采用丙乳砂漿。試驗研究和工程實踐表明,丙乳砂漿與普通砂漿相比,極限拉伸率提高1～3倍,抗拉強度提高1.35～1.5倍,抗裂性顯著提高,較混凝土面粘結(jié)強度提高4倍以上,抗沖磨強度提高2.85倍等,且具有優(yōu)良的抗凍融性能。

3.2　工程滲漏處理技術(shù)工藝

對消力池結(jié)構(gòu)縫局部處理方案如圖1所示。

圖1　結(jié)構(gòu)縫處理示意圖

在銅止水以上40 cm結(jié)構(gòu)縫采用灌注HW水溶性聚氨脂進行止水處理，混凝土縫面采用丙乳砂漿嵌縫表面封堵,對有滲漏部位的排水槽進行水泥灌漿回填。

3.2.1結(jié)構(gòu)縫灌漿和表面嵌縫

消力池滲漏處理采用結(jié)構(gòu)縫灌漿封堵和表面嵌縫處理相結(jié)合的方法。主要工藝流程為:縫狀描述→鑿縫、清縫→鉆孔、沖洗→埋灌漿管、壓水檢查→縫面灌漿→烘烤縫面→丙乳砂漿嵌縫和封孔→排水槽水泥灌漿回填。

(1)縫狀描述。根據(jù)現(xiàn)場實際情況,對結(jié)構(gòu)縫的連續(xù)程度、走向和縫寬等進行描述,并做好記錄。

(2)鑿縫、清槽。沿滲漏部位結(jié)構(gòu)縫走向鑿5 cm×8 cm的“U”型槽,并除去裂縫表面周邊的水泥漿皮、鈣化物等。

(3)鉆孔、沖洗。①灌漿孔布置:結(jié)構(gòu)縫張開度在2.0～3.0 mm之間,孔距2.0 m;結(jié)構(gòu)縫張開度在1.5～2.0 mm之間,孔距1.0～1.5 m;結(jié)構(gòu)縫張開度在1.5 mm以內(nèi),孔距0.5～0.8 m。

② 鉆孔:結(jié)構(gòu)縫灌漿孔孔徑為Φ30～Φ35 mm。在后澆混凝土塊鉆斜孔,鉆孔角度約為45°～50°,孔深0.5 m,鉆孔深度控制在距離銅質(zhì)止水片50～100 mm以上。沿縫面鉆騎縫孔作為排氣孔,孔距1.5 m,確保所有鉆孔穿過結(jié)構(gòu)縫,但不打穿銅質(zhì)止水片。灌漿孔采用手持式風(fēng)鉆鉆孔,部分結(jié)構(gòu)縫鉆孔結(jié)合手持式金剛石薄壁鉆機[1]。

③ 沖孔:鉆孔鉆至設(shè)計孔深后,采用風(fēng)水聯(lián)合敞開沖洗,將孔內(nèi)混凝土粉等沖洗干凈,隨后用風(fēng)將孔吹干。

(4)埋灌漿管、壓水檢查。①埋灌漿管:埋入灌漿管的深度約為鉆孔深度的2/3,灌漿管直徑為φ16 mm,采用環(huán)氧砂漿或快干水泥固定。

②壓水檢查:在埋管材料具有足夠強度后,進行壓水試驗檢查。壓水試驗采用單點法,壓力為0.1 MPa,壓水時間20 min,壓水試驗結(jié)束后將鉆孔通風(fēng)吹干。

(5)結(jié)構(gòu)縫灌漿。①灌漿前準(zhǔn)備:在結(jié)構(gòu)縫縫面灌漿前用清水沖洗縫面,沖出結(jié)構(gòu)縫中的污泥和雜物,并檢查各鉆孔之間及鉆孔與縫面之間的串通效果并初估吸漿量。在灌漿泵上安設(shè)壓力表,壓力表與管路之間裝設(shè)隔漿裝置,以防漿液進入壓力表,并且灌漿泵盡可能接近孔口以準(zhǔn)確控制灌漿壓力。在灌漿及排水廊道內(nèi)將原滲漏的排水槽和排水溝進行臨時封堵,保持排水槽和排水溝充滿水。

② 制漿:根據(jù)結(jié)構(gòu)縫縫面調(diào)查情況(長度、張開度、深度)和灌前通水情況估算所需漿量。準(zhǔn)確稱量HW水溶性聚氨酯并測定漿液溫度、粘度等參數(shù),標(biāo)注和記錄漿液的制備時間、重量,并留出少量用透明瓶裝好作室溫凝膠觀察,以便及時調(diào)整和改善漿液的可灌性和待凝時間。

③ 灌漿:對于連通的結(jié)構(gòu)縫,則應(yīng)先灌兩側(cè),以封閉兩端,然后灌中央部分;如未貫通,則可視施工方便順次灌注。灌漿采取純壓式灌注,開灌后進漿壓力0.05 MPa,分級逐步升至0.1 MPa。當(dāng)吸漿率<5 mL/min時,灌漿壓力可提升到0.2 MPa。對于連通孔,灌漿時以一孔為進漿孔,相鄰孔為回漿孔[2]。灌注作業(yè)連續(xù)進行,以利充填密實和節(jié)約漿材。灌漿時保持吸漿管口置于盛漿設(shè)備液面以下,以免灌漿時吸入空氣。當(dāng)注入率<10 mL/min時,持續(xù)灌注30 min即可結(jié)束。

(6)烘烤縫面。利用碘鎢燈或電吹風(fēng)加熱灌漿區(qū)域結(jié)構(gòu)縫表面和鉆孔部位,將鉆孔和縫面烘干。

(7)丙乳砂漿嵌縫和封孔?？p面灌漿完成后,將滲漏部位沿結(jié)構(gòu)縫走向鑿出的“U”型槽清理干凈并吹干,采用配制好的丙乳砂漿嵌縫填實抹平?；瘜W(xué)灌漿結(jié)束后,應(yīng)仔細(xì)檢查灌漿孔內(nèi)是否填充密實,若發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)未填滿,應(yīng)補灌部分化學(xué)漿液。灌漿完畢后,需將灌漿管割除,并在表面抹丙乳砂漿,并滿足該部位表面平整度要求。

(8)排水槽水泥灌漿回填。采用0.5∶1水泥漿液對排水槽進行灌漿回填,回填干縮空間采用水泥砂漿填實抹平。

4　質(zhì)量檢查及處理效果分析

4.1　質(zhì)量檢查方法

滲漏處理結(jié)束7天后,對灌前漏水大的部位和灌漿時吸漿量較大的部位進行壓水檢查,壓水試驗采用單點法,合格標(biāo)準(zhǔn)為在0.3 MPa的設(shè)計壓力下縫面透水率≤1 Lu[3]。

對灌前漏水大的部位和灌漿時吸漿量較大的部位,灌漿處理后布置檢查孔進行鉆孔取芯檢查,檢查孔孔徑91 mm,孔深大于灌漿深度10 cm。觀察其縫面漿液結(jié)石和充填情況。

壓水檢查和鉆孔取芯檢查完成后,在灌漿完成的部位于消力池內(nèi)重新注入10～30 cm的水,在灌漿及排水廊道內(nèi),對相應(yīng)部位的排水槽進行壓風(fēng)檢查底板有無氣泡冒出。

4.2　裂縫灌漿質(zhì)量檢查結(jié)果

由于需盡快充水準(zhǔn)備渡汛,滲漏處理結(jié)束后3天即按照壓水檢查要求共實施了壓水試驗4段,結(jié)果均能滿足設(shè)計要求。鉆孔取芯檢查發(fā)現(xiàn)已灌部位縫面化學(xué)漿液充填密實,膠結(jié)良好,在原滲漏相應(yīng)部位的排水槽進行壓風(fēng)檢查時,消力池底板各結(jié)構(gòu)縫無氣泡冒出。對消力池灌漿及排水廊道內(nèi)表面直觀檢查,發(fā)現(xiàn)原射水及涌水等大滲漏量部位經(jīng)過灌漿已無滲漏現(xiàn)象,原少量滲漏呈明顯濕印的部位均已變干,表明滲漏處理達到預(yù)期效果。

5　結(jié)語

(1)皂市水利樞紐工程消力池底板滲漏處理結(jié)果表明,對消力池滲漏原因的分析是準(zhǔn)確的,局部結(jié)構(gòu)縫滲漏處理采取化學(xué)灌漿結(jié)合丙乳砂漿嵌縫的措施是行之有效的。消力池底板滲漏處理的成功,關(guān)鍵在于對滲漏原因的準(zhǔn)確分析與判斷。

(2)通過對消力池局部結(jié)構(gòu)縫滲漏采取化學(xué)灌漿結(jié)合丙乳砂漿嵌縫措施,消力池底板滲漏情況得到有效處理。2008年4月份重新充水正常運行,到目前為止未出現(xiàn)明顯滲漏情況。在消力池完成排水后僅用20天時間即完成消力池底板滲漏處理施工,周期短、見效快,為確保皂市水利樞紐工程正常發(fā)電及安全渡汛提供了有力保障,取得了良好的工程效益。

參考文獻:

[1]孫志峰.水利水電工程鉆鑿施工技術(shù)[M].長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社,2005.

[2]張景秀.壩基防滲與灌漿技術(shù)[M].北京：水利電力出版社,1992.

[3]楊月林,朱均超.水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)[M].武漢：長江出版社,2004.