皂市水利樞紐工程消力池底板滲漏處理

萬海濤, 歐漢森

(湖南省水利水電勘測設計研究總院,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進行了壓水試驗檢查,未發現明顯滲漏現象。2007年汛期消力池充水后也未發現消力池排水槽及排水溝有明顯滲漏現象。2008年1月27日,工作人員在進行例行巡查時,發現消力池右導墻灌漿及排水廊道內預埋的消力池護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,消力池右導墻灌漿及排水廊道內水位迅速上漲,嚴重影響消力池滲漏排水系統正常運行。

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。由于此次滲漏現象具突發性且滲漏量極大,危及消力池滲漏排水系統正常運行,考慮到廠房尾水渠與大壩消力池基本呈平行排列,中間有廠壩導墻分隔,經分析判斷認為存在兩種滲漏途經:一種是廠房尾水渠的巖石基礎內存在滲漏通道,水流由廠房尾水渠經滲漏通道、廠壩導墻結構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,經觀察未發現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構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2與右導3分縫沿縫向下查看。潛水員在消力池底部距導墻1 m、8 m及上游5 m部位分別發現三處無泥漿沉積,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2-右導3分縫區。

為進一步查清滲漏位置并對滲漏進行有效處理,采用抽排結合的方式強行排干消力池內積水。在消力池排水過程中,射水壓力和流量隨水位降低而減少。經從消力池廊道排水管逆向壓風檢查發現:護4-6與護5-6結構縫自與廠壩導墻丁字接頭部位向消力池側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與廠壩導墻間24 m長結構縫水流呈旋渦狀流入縫內,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現,該部位伸縮縫張開明顯,張開度2～3 mm之間,連通性好。

綜合分析判斷認為:2008年1月,水庫所在的常德石門地區遭遇了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,在低溫狀態下混凝土收縮導致局部結構縫或止水槽拉大張開,形成滲漏通道。

照片2　消力池護坦結構縫滲漏圖

3　滲漏處理措施

3.1　施工材料的選用

根據工程經驗,此工程施工采用華東勘測設計研究院研發的HW 水溶性聚氨酯組合材料。HW水溶性聚氨酯化學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,可在潮濕或涌水情況下進行灌注,固結體可遇水膨脹,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構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,較混凝土面粘結強度提高4倍以上,抗沖磨強度提高2.85倍等,且具有優良的抗凍融性能。

3.2　工程滲漏處理技術工藝

對消力池結構縫局部處理方案如圖1所示。

圖1　結構縫處理示意圖

在銅止水以上40 cm結構縫采用灌注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結構縫灌漿和表面嵌縫

消力池滲漏處理采用結構縫灌漿封堵和表面嵌縫處理相結合的方法。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。根據現場實際情況,對結構縫的連續程度、走向和縫寬等進行描述,并做好記錄。

(2)鑿縫、清槽。沿滲漏部位結構縫走向鑿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:結構縫張開度在2.0～3.0 mm之間,孔距2.0 m;結構縫張開度在1.5～2.0 mm之間,孔距1.0～1.5 m;結構縫張開度在1.5 mm以內,孔距0.5～0.8 m。

② 鉆孔:結構縫灌漿孔孔徑為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構縫,但不打穿銅質止水片。灌漿孔采用手持式風鉆鉆孔,部分結構縫鉆孔結合手持式金剛石薄壁鉆機[1]。

③ 沖孔:鉆孔鉆至設計孔深后,采用風水聯合敞開沖洗,將孔內混凝土粉等沖洗干凈,隨后用風將孔吹干。

(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,壓水試驗結束后將鉆孔通風吹干。

(5)結構縫灌漿。①灌漿前準備:在結構縫縫面灌漿前用清水沖洗縫面,沖出結構縫中的污泥和雜物,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。在灌漿泵上安設壓力表,壓力表與管路之間裝設隔漿裝置,以防漿液進入壓力表,并且灌漿泵盡可能接近孔口以準確控制灌漿壓力。在灌漿及排水廊道內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:根據結構縫縫面調查情況(長度、張開度、深度)和灌前通水情況估算所需漿量。準確稱量HW水溶性聚氨酯并測定漿液溫度、粘度等參數,標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,以便及時調整和改善漿液的可灌性和待凝時間。

③ 灌漿:對于連通的結構縫,則應先灌兩側,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]。灌注作業連續進行,以利充填密實和節約漿材。灌漿時保持吸漿管口置于盛漿設備液面以下,以免灌漿時吸入空氣。當注入率<10 mL/min時,持續灌注30 min即可結束。

(6)烘烤縫面。利用碘鎢燈或電吹風加熱灌漿區域結構縫表面和鉆孔部位,將鉆孔和縫面烘干。

(7)丙乳砂漿嵌縫和封孔。縫面灌漿完成后,將滲漏部位沿結構縫走向鑿出的“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。化學灌漿結束后,應仔細檢查灌漿孔內是否填充密實,若發現孔內未填滿,應補灌部分化學漿液。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　質量檢查及處理效果分析

4.1　質量檢查方法

滲漏處理結束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,合格標準為在0.3 MPa的設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重新注入10～30 cm的水,在灌漿及排水廊道內,對相應部位的排水槽進行壓風檢查底板有無氣泡冒出。

4.2　裂縫灌漿質量檢查結果

由于需盡快充水準備渡汛,滲漏處理結束后3天即按照壓水檢查要求共實施了壓水試驗4段,結果均能滿足設計要求。鉆孔取芯檢查發現已灌部位縫面化學漿液充填密實,膠結良好,在原滲漏相應部位的排水槽進行壓風檢查時,消力池底板各結構縫無氣泡冒出。對消力池灌漿及排水廊道內表面直觀檢查,發現原射水及涌水等大滲漏量部位經過灌漿已無滲漏現象,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期效果。

5　結語

(1)皂市水利樞紐工程消力池底板滲漏處理結果表明,對消力池滲漏原因的分析是準確的,局部結構縫滲漏處理采取化學灌漿結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,關鍵在于對滲漏原因的準確分析與判斷。

(2)通過對消力池局部結構縫滲漏采取化學灌漿結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[M].長春：吉林科學技術出版社,2005.

[2]張景秀.壩基防滲與灌漿技術[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[M].武漢：長江出版社,2004.