聚脲补强、格宾护底、帷幕灌浆工艺在除险加固工程中的应用

2016-12-23黄振华

黑龙江水利科技 2016年10期

关键词：聚脲除险船闸

黄振华

(江西省赣抚平原水利工程管理局，南昌 330096)

聚脲补强、格宾护底、帷幕灌浆工艺在除险加固工程中的应用

黄振华

(江西省赣抚平原水利工程管理局，南昌 330096)

赣抚平原水利工程中的焦石进水闸和船闸由于使用时间久远，不同程度的出现了裂纹等损伤，随着科技的发展，对于帷幕灌浆中的灌浆原料更为优化，研制出性能优异、对环境友好的材料，在赣抚平原水利工程中的焦石进水闸和船闸除险加固工程中采用了聚脲补强、格宾护底、帷幕灌浆3个工艺对其进行除险加固，节约成本的同时，也提高了进水闸和船闸的安全性。

聚脲补强；格宾护底；帷幕灌浆；焦石进水闸；除险加固

到目前为止，全国共有大中型水闸7000多座，但水闸大都是20世纪50—70年代建成的，受限于当时的经济技术条件、建设标准低、施工条件差、运行的时间长、部分水闸老化失修严重，严重影响防洪、排涝、挡潮、引水等功能的正常发挥，亟需进行排险加固。到2008年水利部组织的全国水闸安全普查显示，全国4.1万座小(1)型以上水库约有2/3以上有不同程度的病险情况。鉴于建设大型水库投资大、时间长等不利方面，对现有的病险水闸的除险加固显得更为重要。

1 赣抚平原焦石进水闸和船闸情况介绍

焦石枢纽进水闸及船闸位于赣抚平原水利枢纽工程西总干渠的渠首，是赣抚平原水利工程的重要组成部分。进水闸位于焦石拦河坝左岸，焦石进水闸共7孔，每孔净宽3m，设计正常引水流量为107m3/s，最大过闸流量为164m3/s，灌溉西总干渠6.7 万 hm2农田；焦石船闸进出口净宽8m，闸室长65m、底宽12m，水深3m，通行百吨级轮船，是沟通赣江、抚河航运的主要出入口船闸。

按照《水闸安全鉴定规定》(SL214—98)水闸病险级别的判定标准，经江西省大坝管理中心核查确认，焦石枢纽进水闸及船闸为三类闸，需除险加固。2012年6月，江西省发改委以《关于赣抚平原焦石进水闸和船闸除险加固工程初步设计(代可研)的批复》同意工程初步设计，核定项目概算投资1181.91万元。

2 聚脲补强

2.1 聚脲补强简介

聚脲补强工艺是1991年美国开发出来的对工作桥表面喷涂具有强弹性抗冲磨的聚脲材料，中国水利水电科学院于2003年引进此技术并成功的应用到水利工程中。该工艺具有的优势：①可以实现快速固化，5s时间即可固化，1min可实现步行强度，过程不需催化剂；②不受施工环境的影响，可以在任意曲面、斜面，甚至是垂直面都可以实现不挂流的现象；③施工过程对环境的湿度、温度不敏感，适应性强；④聚脲材料本身具有优异的耐磨性、柔韧性、耐老化性、高黏性和高拉升强度等性能；⑤对底材如混凝土、钢筋等有很优异的黏结强度；⑥具有极强的防渗、耐冲击和防炭化性能。

2.2 聚脲补强技术在焦石进水闸船闸中的应用

该技术要求在进水闸闸房以外闸体与船闸上下游放水洞及中断闸室侧墙喷涂聚脲补强，采用2mm聚脲弹性体抗冲磨材料他要达到的性能如表1所示。

渗漏治理方案：清理进水闸闸墩表面和船闸上下游放水洞和中段闸室表面污渍、杂物，除去疏松基层，露出混凝土层；用水冲洗表面的浮尘，大型颗粒；悬挂钢丝网进行增强；磨碎石混凝土2-3cm；抹聚合物水泥砂浆1cm；刷带湿施工底漆；喷涂BASF聚脲2.0mm；完工，检查验收。

表1 聚脲补强技术性能要求

3 格宾护底

3.1 宾格护底简介

宾格加强工艺是在加筋土技术上发展起来的，它实现对加筋土技术的提升与完善。宾格加强技术突出优势在于：①钢丝网面组成其六边形的结构，拉筋与面墙无节点连接，是一钢筋网面结构，在这个结构上面分层填土压实，与回包断网面和面墙网面共同作用形成加筋格宾结构；②格宾加强具有操作简单快捷的优势，可分割成各种规格的单元，一般规格是幅宽2m，高0.5-1.0m，长度根据需要设定的；③基于格宾加强工艺的钢丝网面结构，它可以增高边坡的高度，甚至可以实现垂直的坡面，减少占地面积；④结构具有良好的透水性，能节省建设排水系统设施的费用；⑤在该结构上镀锌或者高尔凡，可是寿命增加50-60a。由于覆膜高尔凡具有较高的耐腐蚀性，能是材料的使用寿命增加至100a以上[4]。

3.2 格宾护底技术在焦石进水闸上的应用

格宾护底位于进水闸下游海幔处，顶高程22.12m,沿水流方向护底长度38.30m。格宾石笼采用镀高尔凡格宾网，尺寸为4.0m×1.0m×0.5m，网孔型号为8×10，网面钢丝为2.7mm，绑扎钢丝为2.2mm，网面抗拉强度50kN/m，内装块石。

格宾石笼护底施工顺序：①做前期准备，测量放样；②清理基面，保证基面的平整、密实、无杂质，如果遇到较差地质土质如淤泥时，需要先铺设块石再铺设护垫；③安装组装好的格宾网；④均匀填充石料，要求一次性填满高度，可适当高出护垫，要求必须密实，空隙可用小碎石填塞；填充料的容重应达到1.70 t/m3；⑤格宾网封盖，要求面层石料必须砌垒整平。封盖网与网身、间隔网间相交边框线必须每隔25cm绑扎一道。应将所有石笼组相邻的封盖框线与边框线绑扎在一起。

组装格宾网护垫时的注意事项：①间隔网与网身应成90°相交后，才可绑扎成护垫状；②绑扎线必须是与网线同材质的钢丝；③每道绑扎必须是双股线并绞紧；④护垫组的间隔网与网身间绑扎道必须符合要求；⑤间隔网与网身的4处交角各绑扎一道；⑥间隔网与网身交接处，每间隔25cm绑扎一道；⑦护垫组间相邻的上下框线或折线，必须符合每间隔25cm绑扎一道要求。

4 帷幕灌浆

4.1 帷幕灌浆简介

灌浆技术首次被提出被应用于阿里因普瑞贝矿对井筒的灌浆堵水，用水泥封堵井筒漏水的地方。到1910年使用自动压力记录表，建立了灌浆压力与渗透性能之间的关系。荷兰采矿工程师E.J.Joosten首次提出采用水玻璃、CaCl2双液系统的二次加注的工艺，证实了化学灌浆灌浆技术的可行性。帷幕灌浆是将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成连续的阻水帷幕，以减小渗流量和降低渗透压力的灌浆工程。帷幕灌浆技术首次被应用到大型工程中的是美国对胡佛水坝的帷幕灌浆，并在这次工程之后建立了灌浆工程设计与施工要求标准。随着材料领域的发展，应用于灌浆技术中的材料也逐渐丰富起来，各种化学浆材和水泥浆材等被应用于灌浆技术中，使得灌浆工艺和设备得到了空前的发展。

4.2 帷幕灌浆技术在焦石进水闸中的应用

帷幕灌浆位于进水闸上游，灌浆轴线长度68m，共分为35孔，设计钻孔进尺5.95-22.10m，设计灌浆进尺5.18-10.21m。灌浆采用PO42.5水泥，细度要求通过80um方孔筛余量≤5%。

帷幕灌浆技术在焦石进水闸中的施工顺序：

1)做好施工准备及测量放样；②搭设灌浆设备；③钻孔，采用钻孔机钻孔，每2m一孔，共35孔，孔位误差不得超过10cm；④清孔，回水澄清后10min结束，且要求且孔底残留物厚度≤20cm；⑤压水试验；⑥采用自上而下分段灌浆法，灌浆采用孔口封闭孔内循环的方式，射浆管距离孔底≤50cm；灌浆压力为0.5Mpa，浆液水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1七个比级(重量比)。当灌浆达到设计压力，注入率≤0.4L/min后，继续灌注30min可结束；⑦封孔；⑧完工，验收。

由于注浆孔的布置和浆料液消耗量有扩散半径决定，扩散半径也决定着工艺选择参数、评价注浆的效果。

牛顿浆液在砂层的球形扩散公式：

(1)

式中：r为浆液的渗透半径；K为土体的渗透系数；h1为注浆压力水头；β为浆液黏度与水的黏度之比，β=μg/μw；n为土体的孔隙率；t为注浆时间；r0为注浆孔半径。

牛顿浆液的柱形扩散公式：

(2)

宾汉姆浆液：

(3)