白鹤滩拱坝横缝接缝灌浆施工工艺

2019-10-29魏万山孙德炳张学昊

中国水利 2019年18期

魏万山，孙德炳，张学昊

（中国水利水电第四工程局有限公司水电工程公司，650051，昆明）

一、概况

白鹤滩水电站工程大坝采用椭圆形混凝土双曲拱坝，坝顶高程834.00 m，最大坝高 289.0 m，拱冠坝顶厚度14.0 m，拱冠坝底厚度63.50 m，坝体设横缝不设纵缝，共分31个坝段。《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T 5148—2012）、《水电水利工程接缝灌浆施工技术规范》（DL/T 5712—2014）明确要求每一灌浆区的面积宜为 200～300 m2，《混凝土拱坝设计规范》（DL/T 5346—2006）明确要求每一灌浆区的面积为300～450 m2，不宜大于 600 m2。白鹤滩水电站大坝横缝单个灌浆区的面积最大达到1208 m2，单个特大面积的灌浆区施灌历时长，灌浆过程中缝面增开度难以控制，施工难度大。

二、工艺原理

接缝灌浆时，横缝灌浆区缝面内采用纯压式灌浆，灌浆区外的管路连接采用循环式，以防管路堵塞。纯水泥浆液由灌浆泵输送到灌浆区预埋的进浆管，浆液经进浆管后进入灌浆区底部的进浆槽；进浆槽充满浆液后，浆液沿升浆管及横缝面上升到灌浆区顶部排气槽，待排气管出浓浆后，说明横缝缝面内被浓浆有效充填，然后采取屏浆和闭浆措施。

三、施工工艺

1.接缝灌浆应具备的条件

（1）接缝灌浆系统要求

接缝灌浆区内的键槽设置、灌浆管道及止浆片埋设等均应按施工图纸进行。

（2）坝体混凝土温度

接缝灌浆开始时，温度控制应满足设计要求。白鹤滩水电站大坝封拱温度高程545～664 m范围为13℃，高程 664～779 m范围为 14℃，高程779～834 m范围为16℃。

（3）坝体混凝土龄期

接缝灌浆区两侧坝体混凝土龄期不应小于120天。

（4）接缝张开度

接缝的张开度不小于0.5 mm，否则作为特殊情况处理。

（5）悬臂高度

各坝段浇筑和接缝灌浆应均匀上升，防止悬臂高度过大，坝段允许悬臂最大高度宜不超过60 m。

（6）其他要求

①在混凝土坝体内及横缝处需要埋设一定数量的温度计和测缝计，除按设计图外，视具体结构部位按监理工程师要求增加或调整埋设。

②灌浆时灌浆区底高程应高于上游水位，并不得影响接缝正常张开度。

③接缝灌浆后浆液强度达到40MPa后才允许挡水。

2.接缝灌浆前准备工作

（1）一般规定

①施工人员必须检查灌浆设备的性能，确保稳定性。在需要通水平压或缝面冲洗的灌浆区，做好管口阀门和压力表的安装等准备工作。

②检查仪器仪表及制浆系统是否满足要求。

③变形观测装置是否安装到位，仪表是否正常。

④对施工人员进行技术交底工作，做到分工明确，合理布置灌浆设备，一般布置双灌浆系统满足应急需求。

⑤接缝灌浆“准灌证”必须资料齐全，经监理工程师现场复核并审签后方可进行接缝灌浆施工。

（2）灌浆区两侧和上部坝块的混凝土温度测定

准备灌浆前，测试灌浆区缝面两侧和上部坝块的混凝土温度，通过预埋温度计（可使用安全监测埋设的温度计）量测和坝块内冷却水管充水闷温法量测。测得的温度不满足要求的应继续通水冷却。

预埋温度计量测：灌浆前，通过收集埋设在拟灌缝面两侧和上部坝块的温度计量测混凝土温度资料，将最接近计划灌浆时间量测的温度作为该坝块混凝土温度。

冷却管通水闷温法量测：对灌浆区两侧和上部坝块混凝土内至少选取3～4个冷却参数相同的浇筑层同时进行闷水测温，闷温时间3～5天，使混凝土与管内的水充分进行热交换。

（3）缝面张开度量测

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灌浆前，测定灌浆区缝面张开度。表层缝面张开度使用表面测缝计、塞尺（厚薄规）或刻度放大镜直接量测，内部缝面张开度可采用预埋的测缝计量测。无法直接量测的灌浆区，灌浆区的张开度可通过预灌性压水来估算确定，压水前用压缩风将灌浆区内的积水吹干净，然后将缝面注满水，利用注入缝面水的体积，计算出缝面张开度。

一般在通水开始前至接缝灌浆时埋有测缝计的部位须加强接缝张开度的观测，在没有埋设测缝计的部位用厚薄规测量接缝张开度。

（4）缝面增开度量测

在预灌性压水、灌浆过程中进行增开度观测。增开度监测仪器采用千分表或测缝计，增开度观测一般按5～10分钟观测一次，增开度控制标准按设计要求执行（缝面顶部最大增开度一般不大于0.5 mm）。千分表观测装置见图1，振弦式测缝计表面螺栓连接安装见图2。

图1 千分表观测装置示意图

图2 振弦式测缝计表面螺栓连接安装示意图

缝面增开度监测采用在下游坝面和廊道内相应的横缝位置安装表面测缝计，并结合坝体内预埋的横缝测缝计监测。

（5）灌浆区通水检查

通水检查前应按照管口布置图核对管口标识牌信息，进浆管和排气管的管口均安装压力表和专用阀门，便于压力控制及流量测定。

通水压力为设计灌浆压力的80%。主要检查灌浆管路通畅性、排气管路的通畅性、缝面的通畅性、灌浆区的密封性等。

灌浆管路未发生堵塞时，水从底部进浆管进水，从回浆管返出。如发现灌浆管路堵塞，应查明堵塞部位，采取措施恢复灌浆管路畅通。

通水检查合格后，要进行预灌性压水检查，压水压力等于灌浆压力，其主要目的是验证封闭性压水检查和为灌浆服务，预压水前必须将缝面内的积水吹干，从进浆管进水开始计量到最后一个排气管出水，计算出灌浆区容积，然后升压至灌浆压力，检查封闭情况和各管口单开出水量。预灌性压水检查合格，灌浆区即具备灌浆条件。

（7）缝面充水浸泡

灌浆前，缝面充水浸泡24小时。

（8）管口装置规划

施工准备时，配备3套管口装置（包括压力表、球阀等），2 套“Y”形灌浆管路，统筹规划，可有效缩短灌浆管路倒运安装时间，提高工作效率，加快施工进度。以往施工时，在灌浆区和相邻平压灌浆区各布置一套管口装置，需在灌浆结束后将管口装置拆卸并转移安装到下一相邻平压灌浆区，期间将消耗时间约30分钟。按要求配备3套管口装置，即在相邻的3个灌浆区管口提前安装管口装置，前一灌浆区灌浆结束后,可直接将灌浆管路转移到下一灌浆区连接管口装置进行灌浆（见图3），以此类推，由此每个灌浆区灌浆耗用时间缩短约30分钟，提高了施工效率。

图3 管口装置循环安装示意图

3.接缝灌浆施工

（1）灌浆顺序

接缝灌浆自下而上分层、分区进行，待下层全部灌浆完成形成拱圈条件后，再进行上层接缝灌浆，同一高程灌浆区应按大坝中部向两岸推进灌注，同拱圈灌浆区接缝灌浆需同步进行。灌浆前、灌浆过程派专人通过监理工程师协调，使同一高程的灌浆区接缝灌浆同步进行，同步向两岸逐区推进，坝体受力均衡。

（2）灌浆压力及其控制

灌浆压力以灌浆区顶部排气槽压力作为控制值，排气槽最大压力为0.3～0.35MPa。无盖重灌浆区顶部的排气槽压力建议调整为0.1～0.15MPa。

灌浆过程中严密观测缝面增开度，保证缝面增开度在灌浆区顶部不超过0.5 mm、并确保已灌浆的区域不被重新拉开。灌浆过程中同时观测记录灌浆压力及增开度，增开度采用内观、外观双重观测。若缝面增开度达到设计规定值而灌浆压力达不到设计值时，按照缝面增开度为准限制灌浆压力。

（3）浆液水灰比

当缝面张开度较大（一般大于0.5 mm）管路畅通时，采用 1∶1的普通硅酸盐水泥浆液灌注200L润管后，可直接采用水灰比为0.5∶1的单一水灰比浆液灌浆。一般情况下开灌水灰比为1∶1的浆液，当排气管排出的浆液密度接近1.5g/cm3时，可换成水灰比0.5∶1的浆液灌注。

（4）灌浆方法

①进浆管进浆时，其他管口均开启，按出浓浆的先后次序依次关闭各管口。灌浆过程中其他管口间断开启放浆。在排气管开始排出最浓浆液时，应尽快达到设计压力，并间歇性开启各管口，排出残留的空气和稀浆，每次放浆时间10～15秒，完成一次循环后，关闭所有管口，使最浓的浆液充满缝面。所有管口每次放浆时均量测浆液密度和放浆量，及时做好记录。

②在灌浆缝面起压的同时，邻缝须进行通水平压。根据管口与排气槽高差计算确定平压压力表读数，平压压力保证灌浆区顶部压力不超过0.2MPa，

③灌浆区布置上、下游两套灌浆管路，且灌浆区面积较大时，在灌浆泵的进浆管安装三通，将进浆管分为“Y形的两支进浆支管，施工时先由一支进浆支管从下游进浆管进浆，待下游回浆管出浆后，再由另一支进浆支管从上游进浆管进浆。灌浆过程中严格控制灌浆压力，密切关注缝面增开度，使缝面浆液充填密实。

在灌浆泵的进浆管安装三通，两支“Y”形进浆支管接至灌浆区预埋的2根进浆管后同时进浆，有利于进浆槽内快速充满浆液。

（5）灌浆结束条件

①当排气管排浆达到1.73 g/cm3以上，且管口压力或缝面增开度达到设计规定值时，注入率不大于0.4 L/min，持续20分钟，灌浆即可结束。

《水电水利工程接缝灌浆施工技术规范》（DL/T 5712—2014）要求排气管的出浆密度应达到1.73 g/cm3以上，或张开度小于0.5 mm的横缝使用湿磨细水泥的灌浆区和不同高程同坝缝串区灌浆时的上层灌浆区排气管的出浆密度达到1.50 g/cm3以上，且压力达到设计值的50%以上时灌浆区灌浆质量方为合格。

②灌浆结束时先关闭各管口阀门再关停灌浆泵，闭浆时间不少于8小时。