潘家口大壩水下裂縫封堵技術(shù)

1、潘家口大壩水下裂縫封堵技術(shù)趙素橋牛淑金張會(huì)文遷西 064309)邢京萍肖田元(水利部海委引灤工程管理局(中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 北京 100038)摘要 潘家口水庫(kù)主壩 41# 壩段, 在上游壩面 196. 6 m 高程附近出現(xiàn) 1 條貫穿整個(gè)壩段近似水平的裂縫, 深度為 6 9 m 。在實(shí)施“前堵后排, 預(yù)應(yīng)力錨固”的綜合處理措施中, 上游面裂縫封堵是裂縫處理的主要工程措施之一, 其處 理特點(diǎn)是水深 (最深 23 m ) , 水溫低 (6 8)。 介紹了裂縫封堵所采取的新技術(shù), 新材料和新工藝。關(guān)鍵詞 水下裂縫 封堵 鑿槽嵌縫 錨固橡膠板 灌漿 潘家口水庫(kù)水下 23 m 左右潛水施工是可行的

2、。 根據(jù)貴州紅楓水庫(kù)水下錨固橡膠防滲試驗(yàn)及北京西郊珠窩水庫(kù)水 下錨固橡膠防滲層的施工經(jīng)驗(yàn), 在技術(shù)上也是有保 證的。3 水下封堵材料水下裂縫封堵能否取得成功, 關(guān)鍵在于材料和 工藝技術(shù)兩個(gè)方面。在正式施工前, 對(duì)工程施工中所 采用的材料及施工工藝進(jìn)行了試驗(yàn), 其中包括橡膠 板、錨固粘接材料、灌漿材料、嵌縫材料等。3. 1 橡膠板性能對(duì)用 于 壩 面 封 堵 的 橡 膠 板 ( 厚 5 mm , 長(zhǎng) 19. 2 m ) , 其力學(xué)性能如下:(1) 硬度 (邵氏 a 型) 6551工程概況潘家口水庫(kù)是灤河干流上以供水為主, 并具有 發(fā)電、防洪等綜合效益的大型控制工程, 主壩為低寬 縫混凝土重力壩。

3、1991 年 1 月檢查發(fā)現(xiàn) 41# 溢流壩段壩體排水管漏水異常, 至 1996 年漏水量已達(dá)到 297 m 3 d , 經(jīng)過(guò) 打探測(cè)孔、水下電視錄像、孔內(nèi)電視錄像等多種手段檢測(cè), 在 41# 壩段上游壩面 196.6 m高程附近發(fā)現(xiàn)一條近似水平的裂縫, 裂縫上下游方向深度為 6 9m , 沿左右方向貫穿整個(gè)壩段。 41# 壩段出現(xiàn)的水平 裂縫減小了 196. 6 m 高程受力斷面達(dá) 13, 裂縫的出現(xiàn)大大增加了揚(yáng)壓力和滲漏水量, 降低了該壩段的整體性和穩(wěn)定性, 同時(shí), 根據(jù)分析, 其水平裂縫可 能還會(huì)發(fā)展。上述情況表明該壩段的安全受到威脅。因此, 經(jīng)過(guò)多方案研究論證, 決定采用以“裂縫封堵、

4、 預(yù)應(yīng)力錨固、增打壩體排水孔”的綜合工程措施, 其 中上游面水下裂縫封堵是裂縫處理的主要工程措施 之一。2 水下錨固橡膠板封堵方案由潛水員在水下進(jìn)行施工作業(yè)。其主要方法是:安裝一塊長(zhǎng) 19 m 的大型橡膠板; 沿裂縫開挖 5 cm 5 cm 的 v 型槽或 u 型槽, 然后在槽內(nèi)嵌入復(fù)合柔性材料; 在橡膠板外面增加一塊 pv c 模板進(jìn) 行支護(hù), 待灌入的粘接漿液凝固后拆除。水下封堵方案可不降低庫(kù)水位, 不影響水庫(kù)正 常運(yùn)行, 只要選擇一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的水下施工隊(duì)伍, 在(2) 拉伸強(qiáng)度m p a)(3) 扯斷伸長(zhǎng)率(4) 脆性3. 2錨固粘接材料 18 m p a ( 實(shí) 測(cè) 18.9450%

5、(實(shí)測(cè) 532% )- 40無(wú)裂縫水下錨固劑的凝膠時(shí)間和強(qiáng)度是錨固效果的主要指標(biāo)。針對(duì)潘家口水庫(kù)的情況, 對(duì)水下環(huán)氧樹脂錨 固劑和粘接材料, 進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)。 3 5 月份潘家口水庫(kù)水下溫度為 6 8, 水溫低, 要求固化劑有較好的低溫反應(yīng)活性, 否則凝膠時(shí)間太長(zhǎng), 強(qiáng) 度增長(zhǎng)太慢, 滿足不了施工工期要求, 經(jīng)試驗(yàn)錨固粘 接材料性能如下:水下錨固劑凝膠時(shí)間 24 h (變硬)。 水下錨桿、錨固螺栓拉拔抗剪抗度 2. 75 4. 6m p a混凝土與灰漿的粘接強(qiáng)度 2. 03 m p a收稿日期: 1998- 05- 182419981n o 15潘家口大壩水下裂縫封堵技術(shù)作業(yè), 整個(gè)施工

6、層面有 3 層: 壩頂 ( 230. 5 m )、工作平臺(tái) (219 208 m )、水下作業(yè) (196. 6 m )。純漿與橡膠板的粘接強(qiáng)度 1. 68 m p a根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推算, 水下錨桿 3 d 齡期可達(dá)到10 t 的拉拔力。3. 3水溶性聚氨酯l w 漿液為出廠 l w性能如下:粘度 (25) 凝膠時(shí)間 凝膠體延伸率 遇水反應(yīng)膨脹率3. 4嵌縫材料加入 20% 丙酮配制而成,100 m p as20 120 s 300%300% 400%以往化學(xué)灌漿多用環(huán)氧灰漿 (或砂漿) 作為嵌縫材料, 基本上是脆性材料。 這次嵌縫處理, 設(shè)計(jì)要求 使用延伸率100% 的柔性材料, 用單純的環(huán)氧灰

7、漿 是不可能的。許多柔性材料水上可以應(yīng)用, 但在水下粘接性能很差。為了滿足設(shè)計(jì)要求, 根據(jù)環(huán)氧水泥砂 漿在水下能與混凝土壩面粘接的特點(diǎn), 采用了環(huán)氧灰漿粘接橡膠條 ( 1 cm 厚橡膠板粘成 2 cm 3 cm的橡膠條) 進(jìn)行嵌縫。 嵌縫材料性能如下:圖 1上游壩面水下封堵布置示意圖100% (實(shí)測(cè) 350% )8. 0 m p a橡膠條的延伸率抗拉強(qiáng)度與環(huán)氧灰漿 的粘接強(qiáng)度0. 8 m p a (實(shí)測(cè) 0. 93 m p a)4水下封堵施工工藝及技術(shù)措施4. 1施工工藝流程潘家口水庫(kù) 41# 壩段上游壩面水下封堵布置及剖面見圖 1、圖 2。4. 2潛水工作平臺(tái)的搭設(shè)與布置在 41# 壩段閘墩

8、的一側(cè), 焊制一個(gè)可以隨水位 升降的工作平臺(tái)。工作平臺(tái)至壩頂焊一垂直扶梯, 作為施工人員上下的通道, 工作平臺(tái)離水面 1. 5 m 左 右, 水位下降時(shí)平臺(tái)也隨之下降。 工程初期水位在219 m , 施工后期水位降至 208 m , 下降了 11 m , 平 臺(tái)也隨之下降 11 m 。在平臺(tái)上作業(yè), 既不受水位、風(fēng)浪影響, 又便于潛水員下水作業(yè)。其他人員在壩頂上圖 2 a - a 剖面示意圖4. 3壩面檢查及清理對(duì) 196 198 m 高程范圍內(nèi)壩面及兩側(cè)的橫縫 進(jìn)行檢查, 查清水平裂縫高程、開度并繪制素描圖,了解該范圍內(nèi)壩面不平整度。(1) 用風(fēng)動(dòng)鋼絲刷對(duì)裂縫上下各 60 cm 、長(zhǎng) 20

9、m范圍內(nèi)混凝土壩面進(jìn)行徹底清理, 清除壩面的一切 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 19981n o 1625海 河水 利雜物及混凝土乳皮, 露出新鮮的混凝土;(2) 對(duì)大于 0. 5 cm 的混凝土凸出部分要予以鑿 除或鑿成緩坡;( 3) 對(duì)應(yīng)橡膠板固定周邊的混凝土要用水下環(huán) 氧灰漿打平。4. 4 水下鑿槽與嵌縫水下鑿槽嵌縫, 要求嵌縫能隨裂縫伸縮變形, 不 致脫開, 這完全是一個(gè)新的課題。除使用復(fù)合結(jié)構(gòu)材料外, 工藝也很關(guān)鍵

10、。沿 18 m 長(zhǎng)水平裂縫和封堵范 圍內(nèi) 0. 8 m 長(zhǎng)的橫縫用風(fēng)鉆沿裂縫面鉆 42 的連續(xù)淺孔, 然后橫向鑿?fù)? 經(jīng)多次修鑿, 形成一條 5 cm5 cm 的 u 型槽, 然后將完整的橡膠條 ( 厚 2 cm , 高 3 cm ) 一次放入槽內(nèi), 用環(huán)氧灰漿抹平, 并用 10 cm 寬的硬塑料板支護(hù)。4. 5 橫縫鉆孔及灌漿41# 壩段兩側(cè)豎向橫縫封堵的目的是要堵住壩了抽樣檢驗(yàn), 共抽檢了 20 根錨桿, 其抗拔力均大于3. 125 t。4. 7橡膠板安裝及塑料壓板固定 橡膠板按模具孔位開孔后, 安裝在壩面上, 上面套裝壓板, 壓板之間必須對(duì)接, 不能搭接。 為保證裂縫變形不致影響或拉裂表

11、面橡膠封堵層, 在裂縫部 位的橡膠表面貼一條寬 10 cm 的止水膠帶, 外面的保護(hù)紙帶保留。 裝橡膠板時(shí), 保護(hù)紙帶不撕掉, 保證橡膠板與混凝土表面粘接。 用于固定橡膠板的鋼壓條水平向長(zhǎng) 55 cm , 共68 根, 豎直向 2 根, 每根長(zhǎng) 95 cm 。鋼壓條寬 10 cm , 厚 0. 5 cm 。鋼壓條上開孔位置要求準(zhǔn)確, 誤差小于 5 mm 。從一端開始逐塊壓緊壓板, 安裝壓板的同時(shí)將灌漿管預(yù)埋在橡膠板內(nèi), 安裝完畢后進(jìn)行壓顏色水檢查, 壓力略大于水頭壓力, 以周邊不漏為合格。 密 封試驗(yàn)完畢后, 將塑料壓板固定在橡膠板外面。4. 8 粘接灌漿灌漿共分 8 個(gè)區(qū), 中間兩區(qū) 2.

12、75 m 1 m , 其余6 個(gè)區(qū) 2. 2 m 1 m 。 粘接灌漿是施工的最后工序,其目的是使橡膠板與混凝土壩面整體粘接, 以防止 橡膠板局部破損或周邊密封不好而出現(xiàn)橡膠板失去防滲效果。灌漿區(qū)采用橡膠板外面壓一塊 8 mm 厚壓板進(jìn) 行分隔, 用角鋼固定在錨桿上。從每個(gè)灌區(qū)下部進(jìn)漿管壓顏色水, 上部的兩個(gè)排水管皆出顏色水, 周邊不 見出顏色水, 說(shuō)明周邊密封良好。每個(gè)灌漿分區(qū)上邊設(shè) 2 個(gè)出漿管, 下邊設(shè) 1 個(gè)進(jìn)漿管, 灌漿操作在壩頂進(jìn)行, 灌漿以出漿管全部出濃漿作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。5 效果分析41# 壩段水平裂縫封堵前最大漏水量為 237 l m in , 時(shí)間為 1997 年 2 月 4

13、日, 壩前水位 219. 08 m , 裂縫處理后最大漏水量為 26. 6 l m in , 時(shí)間為 1998年 1 月 30 日, 壩前水位 202. 72 m , 封堵后漏水量約 是封堵前的 110。若考慮裂縫處理前后水庫(kù)水位的降低影響, 封堵后減少的漏水量初步估計(jì)達(dá) 80% 左 右, 說(shuō)明處理的效果是很明顯的, 成效顯著。 從揚(yáng)壓 力觀測(cè)結(jié)果也可以看出, 排水孔后相應(yīng)斷面的揚(yáng)壓 系數(shù)由原來(lái)的 0. 3 0. 6, 降低為 0. 06 0. 18, 達(dá)到 了封堵的目的。參考文獻(xiàn)1 陸吾華. 一種水下處理混凝土壩面裂縫和滲漏的可行方 法. 水利水電技術(shù), 1989 (5)面 與銅片止水 (

14、1.5 m深) 之間的進(jìn)水通道, 使 1. 5m 2 的橫縫沒有水流通道進(jìn)入水平縫。(1) 鉆孔: 在與水平裂縫交匯處的橫縫上下各鉆2 個(gè)騎縫孔, 孔徑 42 mm , 孔深 135 cm , 孔深誤差 要小于2 cm 。( 2) 埋灌漿管: 灌漿管埋深 1.3 m , 同時(shí)在 1 個(gè)孔內(nèi)埋 2 個(gè)管, 深管進(jìn)漿, 淺管排水, 出漿后封閉。(3) 壓水試驗(yàn): 通過(guò)試驗(yàn)判斷橫縫的透水性能,確定灌漿壓力及灌漿量。(4) 灌漿: 采用由下而上的方式, 先灌橫縫最下 面的孔, 用丙酮趕水, 然后灌注用丙酮稀釋后的水溶性聚氨酯, 灌漿最大壓力為 0. 4 m p a, 鄰孔出漿或上 下表面出濃漿即可作為灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。 灌完漿后封死進(jìn)漿管, 待漿液凝膠后割除灌漿管。4. 6 水下鉆孔及安裝錨桿4. 6. 1 水下鉆孔水下共鉆 148 孔, 孔深 30 cm , 孔深誤差小于1 cm 。水平向鉆孔間距為 20 cm 、35 cm 間隔布置, 豎 直向鉆孔間距為 30 cm 、20 cm , 鉆孔孔位偏差上下 不超過(guò) 0. 5 cm , 左右不超過(guò) 2 cm 。本次水下鉆孔大膽采用了大型模具, 解決了橡膠板開孔要根據(jù)水下錨桿分布的實(shí)際空間位置, 放大樣套孔的辦法。4. 6. 2 安裝錨桿