程正邦，石春，李世斌，徐新宇，郝曉輝

（中電建建筑集團有限公司，北京 100120）

1 工程概況

吉林敦化抽水蓄能電站，發(fā)電樞紐機組額定水頭655.0 m，最大發(fā)電水頭700.9 m，最大抽水揚程712.0 m，為典型的700.0 m 級高水頭電站。電站引水系統(tǒng)工程分為引水隧洞、調壓室和高壓管道三大部分，水道系統(tǒng)從調壓室井座段下游起，一直到引水支管段末端全部采用鋼管襯砌，設計鋼管安裝長度為4 238.51 m，重量約為2.33 萬t。引水系統(tǒng)高壓管道由高壓主管、高壓岔管和高壓支管組成。鋼管襯砌，即鋼管作為內模板，在鋼管與巖體之間回填素混凝土，混凝土性能指標為C20F50W6，二級配，厚60 cm。鋼管底拱90°范圍設置接觸灌漿，混凝土回填60 d 后實施，灌漿完成14 d 后采用彈性波法和敲擊法檢測，要求灌漿飽滿密實，局部脫空面積不大于0.5 m2且不連續(xù)為合格。

2 工藝優(yōu)化

敦化抽水蓄能電站引水系統(tǒng)工程是工程次關鍵線路，技術上制約工期進度的主要為高壓管道平洞段壓力鋼管鋼襯的接觸灌漿，工程平洞段鋼管所用鋼材均為500 MPa 級調質鋼和600 MPa 級、800 MPa 級高強鋼，施工中，高強鋼不允許在管壁上開孔，必須采用預埋灌漿管的施工方法進行灌漿。根據(jù)DL/T 5148-2012《水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范》要求，鋼襯接觸灌漿宜在襯砌混凝土澆筑結束60 d 后進行，且每個回填灌漿區(qū)段長度不宜大于3 個襯砌段，若灌漿區(qū)段太長，混凝土內埋管過多，不僅影響灌漿質量，而且對混凝土本身施工質量也有很大影響，嚴重制約施工進度。

2.1 初步方案

鋼襯接觸灌漿指用漿液灌入鋼襯下半部分鋼管外壁與回填混凝土之間的縫隙。敦化抽水蓄能電站為700.0 m 級高水頭電站，壓力鋼管絕大部分采用高強鋼卷制，高強鋼焊接條件苛刻，裂紋敏感度較高，鋼管管壁不允許開孔，接觸灌漿只能采用預埋管路方式實施。

通過以往類似工程經(jīng)驗和現(xiàn)在市面上常見的材料，制定了預埋管路式灌漿方案[1]。首先進行生產(chǎn)性試驗，混凝土澆筑單元長度為12.0 m，為保險起見，選擇500 MPa 級鋼管作為試驗段（500 MPa鋼管可開孔灌漿）。鋼管安裝完成后，先采用PVC管作為漿液通道，管上面間隔20 cm 開花孔，土工布包裹后，固定于鋼管外壁。鋼管底拱90°范圍布置3 組，末端引出澆筑單元端部模板，孔口采用膠塞封閉保護，混凝土澆筑60 d 齡期后實施了接縫灌漿，灌漿14 d 后進行彈性波檢查和敲擊檢查。彈性波反饋圖像顯示，3 條測線區(qū)存在6 處欠密實段，通過在確定測線范圍進行敲擊檢查，有2 處脫空面積超過0.5 m2，其他4 處未超標，經(jīng)開孔補灌，檢測合格。連續(xù)試驗了3 個澆筑單元，效果都不很理想，利用管壁上的預留孔實施了二次補灌后檢測合格。急需尋找一種特殊的裝置或工藝，來解決實施接觸灌漿后仍然出現(xiàn)超標準脫空現(xiàn)象。

2.2 方案一次優(yōu)化

采用可重復灌漿管來解決上述問題?？芍貜凸酀{管內徑8 mm、外徑22 mm，主管路采用高級塑料（PVC 和PP）為主材，具有良好的柔韌性，內芯骨架設計為螺旋體形狀。在管體上均勻設有4排出漿孔（交錯布置）和外層設有單向開關作用的發(fā)泡材料，以防止砂漿將其堵塞。當灌漿時，漿液會沿著管壁壓縮發(fā)泡材料，全斷面出漿，并均勻地注入混凝土與鋼管之間的縫隙中，漿液不倒流，可重復灌漿，灌漿密實，飽滿，灌后效果好[2]。

隨著工程進展速度加快，這種灌漿管可滿足多次性灌漿，灌后密實飽滿，但存在以下問題。

1）管路柔軟，每隔20～25 cm 需要固定一個管卡，數(shù)量眾多，安裝時間較長；鋼管底部空間狹小，人員躺在底板上操作，安裝難度大。

2）管卡為硬塑料材質，和鋼管固定只能采取膠粘，粘結凝固時間長，而且塑料和鋼板外防腐層是兩種不同材質，粘結力不理想。

3）灌漿管內徑8 mm，對于漿液要求較高，稍微有點雜質就可能造成管路堵塞，造成灌漿失效。

4）管路抗擾動性能差，混凝土入倉或振搗時，灌漿管容易被沖擊或擾動而掉落，恢復原狀難度大，造成埋管失效。

目前，這種可重復灌漿管多為PVC 材質，一般用于混凝土接縫灌漿，經(jīng)過生產(chǎn)性試驗分析，這種灌漿管與壓力鋼管外壁接觸面積較小，花孔出漿量小且易造成堵孔。另外，價格競爭性較大，廠商多為小作坊，貨源質量參差不齊，對灌漿質量影響較大。

敦化電站水道系統(tǒng)壓力鋼管長4 238.5 m，接觸灌漿工程量大，尤其是澆筑前的預埋灌漿系統(tǒng)，工藝復雜，安裝過程的一個小失誤或澆筑過程經(jīng)受擾動掉落，就可能導致整個單元灌漿失敗，補充灌漿或再次修復難度大，急需一種便于埋設且一次性灌漿質量較高的灌漿工藝解決以上問題。

2.3 方案二次優(yōu)化

經(jīng)過現(xiàn)場試驗和技術改造，采用了一種灌漿盒及配套管路裝置，解決了此工程鋼管襯砌的接觸灌漿問題，見圖1。根據(jù)設計要求和試驗結果，定制了一種喇叭狀的鐵皮結構灌漿盒，該套灌漿盒裝置形狀為漏斗狀，由喇叭口、喇叭嘴連接口和小支管組成。喇叭口和連接口采用一塊1.5 mm厚的鐵皮沖壓，形成圓錐體型，喇叭口外方內圓，接觸鋼管壁的正方形壓邊邊長120.0 mm，喇叭口圓形直徑100.0 mm，邊沿寬10.0 mm，沖壓后的椎體高25.0 mm，頂部開圓孔直徑22.0 mm，向外翻出5.0 mm 高的小棱邊，小支管采用內徑25.0 mm、壁厚2.5 mm、長150.0 mm。灌漿漿液通過主管進入支管后到達漏斗部，并向四周擴散，將鋼管外壁與混凝土的縫隙填滿，達到接觸灌漿的目的。

圖1 自制灌漿盒預埋設計圖

安裝時，喇叭口緊貼鋼管外壁，四周采用工業(yè)肥皂施封，喇叭嘴連接1 根支管，通過三通連接于主管路上，主管路為直徑25 mm 的鋼管，直接焊接于鋼管加勁環(huán)上，同時將灌漿盒壓緊在鋼管外壁上，固定后不再隨意移動，主管末端引出澆筑倉面端部，隨澆筑單元增加逐步接長。灌漿時，漿液通過主管路進入到支管和灌漿盒，沖開喇叭口接縫，到達鋼管外壁與底部混凝土的縫隙中，完成接觸灌漿。

二次優(yōu)化具有如下優(yōu)勢：

1）該套灌漿盒裝置制作工藝簡單，可批量化生產(chǎn)，預埋的灌漿管路為市面上常見的大宗材料，料源采購便利，價格具有很強的競爭力。

2）灌漿盒外壁采用工業(yè)肥皂密封，澆筑漿液不會反向透入到灌漿系統(tǒng)，灌漿時，通過壓力灌漿打開灌漿盒和管壁的縫隙，漿液全部注入接觸灌漿的空隙之中。

3）灌漿盒及灌漿管路均為鐵皮或鋼管材質，壓力鋼管固定方法簡單，普通的手工焊接均可達到定位與固定的目的。固定后受混凝土澆筑沖擊和振搗擾動能力強，埋設安裝質量可靠。

4）灌漿管路直徑大，漿液通過性好，發(fā)生堵管可能性極低，灌漿效率高，一次性灌注質量高。

5）灌漿主管和支管、主管之間、主管接長均采用市面上常見的三通、直接頭、彎頭等構件，采購方便。

3 效果

采用可重復灌漿管實施鋼襯段接觸灌漿，以18.0 m 一個單元計，預埋可重復灌漿管18.0 m×6=108.0 m，固定管卡25 cm 一個，共計432 個。每月澆筑2個單元，60 d后實施接觸灌漿，需要4個單元引管，使用灌漿管和固定卡4組。人工3人，每單元埋設管路用時1 d，共計4 d。采用該套預埋自制灌漿盒裝置實施鋼襯段接觸灌漿，以18.0 m一個單元計，預埋自制灌漿盒系統(tǒng)，1.5 m一排，每排3個，布置灌漿盒36 個，按照預定尺寸，用鐵皮40.69 kg，加工費0.5元/個，灌漿管路主管18.0 m/根×3根=54.0 m，支管0.15 m/根×18 根=2.7 m，每米鋼管單重2.57 kg。單倉埋管主管：2.57 kg/m×18.0 m/根×3 根=138.78 kg；支管2.57 kg/m×0.15 m/根×18 根=6.94 kg。每月澆筑2個單元，60 d后實施接觸灌漿，需要增加3 個單元引管。人工3 人，每單元埋設用時0.50 d，共計2 d，每人日工資以200 元計?？芍貜凸酀{管與預埋灌漿盒費用對比如表1 所示。

表1 可重復灌漿管與預埋灌漿盒費用對比

投資上采用預埋灌漿盒系統(tǒng)進行接觸灌漿，比采用可重復灌漿管的方式每倉節(jié)省1 233.40 元，引水系統(tǒng)需要接觸灌漿的鋼管襯砌段長2 655.7 m，按照平均18.0 m/單元計算，布置148 個單元，除去前期做試驗的8 個單元，節(jié)約費用17.268 萬元。

灌漿盒系統(tǒng)應用于鋼管襯砌的接觸灌漿上，相對前期采用土工布包裹塑料花管方式和采用現(xiàn)成的可重復灌漿管方式，實現(xiàn)了不斷探索、優(yōu)化和革新，經(jīng)第三方物探通過彈性波檢測和四方聯(lián)合敲擊檢查，灌漿后密實飽滿，偶有欠密實部位或區(qū)段，均未超過設計要求和規(guī)范規(guī)定，灌后效果良好。

從質量管控上，一次性灌漿密實、飽滿，解決了首次灌漿出現(xiàn)超標準脫空或欠密實現(xiàn)象[3]；從進度管控上，灌漿盒系統(tǒng)安裝所用工時是原來埋設可重復灌漿管的1/2，縮短了單元倉號備倉時間；從商務經(jīng)營上，預埋灌漿盒系統(tǒng)實施鋼襯接觸灌漿方式，為類似工程投標報價提供依據(jù)；從經(jīng)驗推廣上，預埋灌漿盒系統(tǒng)可運用于新老混凝土之間的接縫灌漿施工。

4 結語

該灌漿盒系統(tǒng)在高壓管道中平段試驗成功后，逐步推廣到上平段和下平段，在條件要求苛刻的斜井彎管段也體現(xiàn)出良好的現(xiàn)場灌漿便利和灌后效果。通過灌漿后彈性波檢測和敲擊檢查，采用該套裝置，灌漿后質量可靠，灌注密實飽滿，灌后效果好。偶爾有欠密實部位，影響面積均在設計允許范圍之內，免去二次補灌。