龙口水电站大坝横缝漏水处理施工工艺

龙口水电站大坝横缝漏水处理施工工艺

中国水利水电第三工程局有限公司龙口水电站大坝横缝漏水处理施工工艺屈高见王健马东辉　田科宏（中国水电三局有限公司勘测设计研究院）【摘要】本文结合龙口水电站大坝横缝漏水处理工程实例，介绍了垂直骑缝钻孔化学灌浆施工工艺。【关键词】龙口水电站大坝横缝漏水化学灌浆3中国水利水电第三工程局有限公司1前言水工混凝土大坝结构缝因止水失效导致的漏水现象在处理时通常有三种工艺方法，即迎水面处理法（缝口封闭法）、背水面化学灌浆、坝顶垂直骑缝钻孔化学灌浆。三种方法中，前两种方法应用较为普遍，尤其是背水面化学灌浆法仍然是现在大量运用的主要方法。而采用垂直骑缝钻孔化学灌浆虽然在原理上是最治本最耐久的方法，但限于施工工艺上的难度以及业主或设计采用该方案的谨慎态度，以至于鲜有很成功的工程实例。黄河龙口水电站近期成功运用垂直骑缝钻孔化学灌浆技术处理了大坝横缝漏水问题，其中的工艺技术值得总结。2工程问题简介黄河龙口水利枢纽工程位于黄河北干流托龙段尾部、山西省和内蒙古自治区的交界地带，坝址距上游已建的万家寨水利枢纽25.6km，下游距已建的天桥水电站约70km。枢纽工程以发电为主（河床式电站，总装机420MW），同时具有滞洪削峰等综合利用作用。大坝为混凝土重力坝，最高坝高51m，坝顶长420m，坝顶高程▽900。自左至右共分十九个坝段，其中左岸1#至10#为厂房坝段，右岸11#至19#为泄洪坝段。坝段间结构缝设有两道止水，分别是上游铜止水下游橡胶止水，两道止水间距50cm。该工程于2009年5月底下闸蓄水，随着水位升高，发现厂房及基础廊道出现渗漏水现象，蓄水至▽877.5高程时,发现厂房坝段、基础廊道及▽841廊道、▽837廊道横缝处均出现严重渗漏水现象，最大漏水位于4#~5#横缝，漏水量达到174L/min。漏水除给电站辅助设备运行造成不利影响外，较大的漏水量增加了抽排水设备的负担。3漏水原因分析及方案制定3.1漏水原因分析根据渗水量及渗漏水的部位以及钻孔取芯情况可以判定漏水原因如下：(1)横缝止水出现局部破损；(2)在混凝土浇筑过程中，由于止水片周围振捣不密实，沿止水片附近出现脱空现象，坝前水绕过止水渗入基础廊道及厂房内；(3)横缝附近的混凝土存在松散的蜂窝，所以横缝周围的裂缝及施工缝同时表现出渗漏水迹象。3.2处理方案漏水处理方案的制定原则是根据渗漏成因推断结果及影响建筑物运行的程度，分析处理的必要性、并制定最经济最有效的处理方案。首先可以明确的是，厂房内大量渗漏水对机电设备安全运行带来较大威胁，并在一定程度上影响混凝土建筑物使用寿命，必须尽快采取有效措施予以处理。由于水库已蓄水，冬季库区水面结冰，因此在大坝上游面处理的方案不采纳。着重考虑在坝顶骑缝钻孔化学灌浆辅以厂房内背水面化学灌浆的处理方案。4坝顶骑缝钻孔化学灌浆自坝顶用地质钻机沿橡胶止水和铜止水间骑缝钻孔至坝基水平止水，孔内低压灌注3n中国水利水电第三工程局有限公司弹性化学材料，该材料在孔内固化后形成一道弹性防渗止水，同时，浆液在灌浆压力作用下，沿渗漏通道扩散，填充结构缝周围不密实混凝土。灌浆材料可选用弹性聚氨酯材料。参见图4-1：3中国水利水电第三工程局有限公司图4-1坝顶骑缝钻孔布置图3中国水利水电第三工程局有限公司钻孔再造止水工艺流程为：钻孔→纠偏→洗孔→埋管→灌浆（自下而上）→结束。该方案的特点是耐久性较好，能彻底恢复止水缺陷，但前提是要求混凝土结构缝的横剖面为一条直背水面灌浆斜孔结构缝排气出浆（或贴嘴灌浆）线，再者要求钻孔自始至终要骑缝（每50cm进尺观察混凝土芯样并纠偏），因此施工难度较大，国内成功的工程实例较少。本工程钻孔深度在40m至50m之间。当上述骑缝钻孔灌浆方案不能完全消除厂房内渗漏水时，可辅以背水面化学灌浆。化学灌浆可在背水面有压涌水情况下顶水作业。施工工艺流程为：钻孔或贴嘴→灌浆→观察漏水点转移情况并重新布置灌浆孔→重复灌浆过程直至处理区域无渗漏水→结束。见图4-2：3中国水利水电第三工程局有限公司图4-2背水面处理法示意图3n中国水利水电第三工程局有限公司5龙口水电站大坝横缝堵漏施工情况5.1总体概况龙口水电站大坝横缝钻孔化学灌浆施工自2009年10月开始，截至到2009年底,共完成六道漏水量较大的结构缝钻孔化学灌浆施工。分布在坝顶结构缝部位的六个骑缝钻孔最小孔深21m，最大孔深44m，孔径为φ168mm，部分孔因纠偏需要上部扩孔至φ220mm。单孔灌浆量在3t至5t之间，灌浆量和孔深、孔径、缝宽、漏水量、混凝土密实程度等因素均有关系。灌浆施工结束后，24h之内，大坝下游各缝面漏水现象消失，不需要再次背水面补充灌浆。整个工程施工的技术关键点在于两个方面：一是确保自始至终骑缝钻孔，二是大漏水量情况下的灌浆工艺。下面以漏水量最大的4#-5#横缝缝为例，介绍施工过程。5.2钻孔选坝顶▽900高程平台作为钻孔施工点。孔位布置在两道垂直止水之间，两道止水间距50cm。钻孔开孔孔径φ168mm，采用地质钻机自坝顶骑缝钻至设计高程，钻孔过程中，需做详细钻孔记录，观察混凝土芯样，判断是否偏离，随时采取相应纠偏措施；同时仔细观察孔口返水量的变化情况，并由此推断漏水通道的高程位置。钻孔施工的难点在于如何确保自始至终骑缝，通过全孔取芯观察，扩孔纠偏措施要防止损伤钢筋好止水。4#~5#横缝总孔深43.2m，其中0～29m因纠偏需要扩至φ220mm孔径，其余28～33m为φ168mm孔径。部分孔段混凝土芯样破碎呈块状、孔深钻到28.5m时孔口突然不返水，说明该处有较大渗漏通道。该钻孔自始至终保持骑缝，混凝土芯样单边最小厚度3.0cm。5.3化学灌浆5.3.1工艺流程化学灌浆工艺流程为：埋管→压水→封缝→灌浆（自下而上）→结束。5.3.2灌浆材料在灌注漏水量较大的结构缝时，采用油溶性聚氨酯灌浆材料和水溶性聚氨酯浆液合理搭配使用。水溶性聚氨酯浆液是目前混凝土结构缝防渗处理最常用材料，该材料具有良好的亲水性，其固结体是一种弹性体，伸长率达300%。而且遇水膨胀，具有弹性止水和以水止水双重功能。在灌注漏水量较大的结构缝时，先期可灌入适量油溶性聚氨酯灌浆材料。油溶性聚氨酯灌浆材料是一种单组分亲油性聚氨酯化学灌浆材料，由多异氰酸酯和多羟基聚醚在一定条件下反应而成，是一种能快速防渗堵漏、补强加固的产品。由于其遇水后固化快（一般可控制在数十秒至数分钟内固化），膨胀倍数大（自由发泡时，一般可达20倍以上），因此可用于大流量涌水的封堵。5.3.2埋管埋管的目的是提供灌浆通道。埋设的灌浆管需具备两个特点：一是有利于以浆排水，尽可能快速排出孔内积水；二是孔内积水排完后能封闭加压灌浆。常规做法是：埋一根进浆管至孔底，孔口再埋一根排水（气）管，缺点是排水较慢。还有一种做法叫“拔管方法”，具体是先将灌浆管插入孔底，然后一边灌浆，一边将灌浆管缓慢提升，该法由于孔口敞开，有利于“以浆排水”，但缺点是孔内灌满后因孔口封闭困难，无法加压继续灌浆，以至于浆液扩散半径有限，同时没有对横缝周围疏松混凝土进行有效灌注。龙口水电站大坝横缝灌浆在埋管时则综合了这两种方法的优点，采用“接力埋管或分段埋管”，例如，4#-5#横缝灌浆孔内共埋设四根管道，下部管口分别位于不同的高程，自下而上编号为①号管▽858m、②号管▽878m、③号管▽890m、④号管▽898m。灌浆过程自下而上也分四个阶段，第一阶段①号管灌浆，②③④号管排水；第二阶段①②号管灌浆，③④号管排水；第三阶段①②③号管灌浆，④号管排水；第四阶段①②③号管加压灌浆，④号管封闭。5.3压水3n中国水利水电第三工程局有限公司埋管完成后，可压入有色水，观察下游缝面，了解漏水通道情况，同时确定合适的灌浆流量。压水过程中，下游缝面大的漏点要进行简单引流预封堵。5.4灌浆采用三台大流量齿轮泵（50L/Min,2.5MPa）分别连接到1#、2#、3#管，首先1#泵大流量灌注水溶性聚氨酯浆，2#、3#、4#管均排水，待2#管出浆时，1#、2#泵同时灌注水溶性聚氨酯浆，3#、4#均排水，待3#管出浆时，1#、2#、3#泵同时低压大流量灌注，4#管排水，直至4#管排浆后，关闭4#管阀门，增压灌浆（设计压力1.0MPa）,期间因压力不升，而流量持续大，用2#泵穿插快速灌入油溶性聚氨酯浆液约50Kkg后，压力升高，流量有所下降。4#5#横缝自2010年1月14日8:14开始，至2010年1月15日03:55结束，灌浆历时约20h。期间厂房、廊道等背水面横缝表面局部漏浆，采取了临时封闭措施，尽量减少浆液浪费。灌浆结束约30h后，4#5#横缝背水面灌前所有漏水部位不再漏水，混凝土面变白发干，灌浆堵水效果明显。施工前制定的背水面钻孔化学辅助灌浆措施没有实施。6结语水工混凝土大坝的主要任务是挡水，横缝渗漏是水工大坝常见的病害之一。有关资料统计显示，几乎所有水工混凝土大坝都不同程度的存在着因止水结构失效而导致的横缝渗漏问题。在三种主要处理方法中，坝顶骑缝钻孔化学灌浆方法是最治本的方法，但该方法对施工工艺要求最高，龙口水电站大坝横缝漏水问题采用此方法得到圆满解决，笔者认为，其中的技术关键点是：（1）骑缝钻孔纠偏工艺；（2）合理的埋管方法；（3）充分认识不同类型聚氨酯灌浆材料的特点，在灌浆过程中合理搭配使用。3中国水利水电第三工程局有限公司卡塔尔路赛CP1项目召开“大干100天”动员大会8月10日下午，卡塔尔路赛CP1项目在员工营地召开了“大干100天，确保1A目标”全面实现的动员大会，号召全体员工向实现11月30日“1A区域”完工目标冲刺。CP1项目部、卡塔尔区域总部领导、工区班组长以上负责人等200余人参加了动员会。会上，就“大干100天，确保1A目标全面实现”工作做了详细安排，项目经理李炳汉强调：这100天要完成的工程量十分巨大，对项目部的施工和管理实力是一次挑战。因此，项目部管理层要统一思想、统一行动、高标准、严要求，精心组织、周密安排，把责任落实到位，通过有效的“大干100天，确保1A目标”活动，激励广大员工为集团海外大型项目做出积极贡献，为集团继续开发中东国际市场奠定坚实基础。他要求全体员工，关键时刻要树立高度的责任感和使命感，要充分认识到“1A目标”按期实现对集团和公司乃至每个员工生存发展的重要性。要发挥完整的“战斗力”、提高“执行力”，坚定不移的打好这场“战役”。围绕“大干100天，确保1A目标”，项目部制定了组织措施考核办法，激励机制，出台了组织纪律和后勤保障措施，施工组织计划也按每个节点细化到工区。　　会上，项目部工区员工代表分别发言，表达了“坚决彻底完成任务”的坚强决心和坚定信心。　　“1A目标”是卡塔尔CP1项目海滨区域的道路及其下的电气、给排水、箱涵结构物，最终形象是高标准道路共计8公里，占CP1修订后合同工程量的300%。　　活动期间，项目部要求全体员工在任务重、时间紧，交叉施工作业的困难面前，树立团队精神，在确保安全、质量、环保的前提下，按期实现“1A目标”。3