万家寨水利枢纽大坝接缝灌浆施工问题处理

万家寨水利枢纽大坝接缝灌浆施工问题处理孙新宁张嘉晔万家寨水利枢纽大坝为半整体式混凝土直线重力坝，坝顶高程982.00m，最大坝高105m，坝顶全长443m。根据坝体稳定条件、温控要求、施工浇筑能力以及水工结构布置等条件，全坝自左向右共分为22个坝段。设21条横缝，各条横缝均需部分进行灌浆。其中河床坝段17条横缝灌浆高程为915.00m，两岸坝肩的4条横缝灌浆高程分别为948.00m和940.00m。各条横缝灌浆高程以下部位设垂直梯形键槽，横缝灌区绝大部分采用塑料拔管形式。通过横缝灌浆使各坝段间可以通过剪切和挤压传递荷载，改善坝体受力条件、提高坝基浅层抗滑稳定安全储备，使坝体具有一定的整体作用。坝体设1～3条纵缝，其中除#22坝段取消纵缝实现通仓浇筑外，#1、#21坝段设１条纵缝，#12～#18坝段设3条纵缝，其余坝段均设2条纵缝。#12～#18坝段设厂坝接缝，通过灌浆形成整体连接，使厂坝联合受力。全部纵缝、厂坝接缝缝面设水平三角形键槽，均采用预埋出浆盒形式。全坝共有纵、横缝灌区277个，其中纵缝灌区150个，横缝127个，总灌浆面积63097.1m2。横缝灌区一般高度为10～12m，少数灌区高度达到15m。纵缝灌区高度为7～20m，第Ｉ纵缝灌区高度较大，一般在15～17m，底孔坝段受底孔孔口限制，每个坝段有一个灌区高度达20m。大坝下闸蓄水前完成全部纵缝灌区以及河床坝段横缝灌区的灌浆工作，边坡坝段横缝和厂坝接缝安排在水库蓄水至960.00m以后灌浆。大坝接缝灌浆温度采用坝体稳定温度，各灌区灌浆温度为8℃～13℃。一、施工存在问题与处理万家寨大坝接缝灌浆由于前期诸多因素影响，截至1997年底，共完成56个灌区，工期滞后近一年。根据1998年10月1日下闸蓄水、11月28日发电的形象目标要求，加之灌浆系统本身不完善等问题，致使大坝接缝灌浆工作成为制约建设总体计划的重要因素之一。为确保阶段形象目标，除采取赶工措施外，施工过程中存在的有关技术及组织问题，必须得到解决。1.坝体冷却处理万家寨工程坝体冷却采用坝内分层埋设蛇形冷却水管，通过低温水的冷却措施。冷却水管布置的疏密程度依据冷却降温幅度大小和速度调整。坝体冷却分为一期冷却和二期冷却。一期冷却在混凝土浇筑后当日通自然水，消减水泥水化热温升峰值，持续15～20天。当温降具备条件时，通人工制冷水进行二期冷却，水温2℃～4℃，冷却水温与坝体混凝土温差不大于20℃～22℃。坝体冷却降温速度不能过快，开始通水后的最大降温速度不能超过1℃/d，控制流量在1.02～1.5m3/h。坝体冷却是灌浆的前提和基础，在灌浆工期拖后的情况下，必须同时进行大面积冷却，以利于灌浆施工。采取了以下处理措施：①供水管路系统改造：根据地域自然特性，利用冬季河水直接冷却的有利条件，对施工供水管路进行系统改造，保证了大面积冷却用水。②闷管测温：鉴于坝内温度计埋设不能满足灌区测温要求，结合灌区通水检查，进行全面的闷管测温，以便及时了解坝体温度状况，为安排灌浆进度提供可靠依据。③组建专业冷却队伍：在冷却通水期间，负责记录坝块的通水、换向、测流、时间，定期进行水温观测和流量调节。当温度接近设计规定值时，选择典型部位、典型层进行闷温测试。④增埋坝体混凝土测缝计、温度计：原设计只在#5坝段、#14坝段布设了两套测缝计和测温计，远不能满足接缝灌浆要求。在以后坝块浇筑时，补埋了一批测缝计和测温计，改善了缝面张开度和混凝土温度的控制条件。⑤增建二期制冷厂：坝体二期冷却设计利用拌和系统冷却水，但冷却水量很难满足需要。根据坝体混凝土浇筑进度、坝体温度状况，以及坝体冷却和灌浆要求，经核算规模，建立了二期制冷厂，彻底解决了二期冷却用水。⑥加强工作程序管理：为解决抢工期灌浆能力限制，将闷管测温有效期延长至７天，但在待灌期间保持连续冷却，并做好冷却记录。开灌前检查待灌期间的冷却记录，若无温度异常，仍以此成果作为灌区温度。温度检查实行三检制，闷温温度观测要有质检人员参加并签字，监理工程师进行抽检，发现问题及时纠正。2.灌区缺陷问题处理坝体密封灌区的形成，涉及到施工中的很多环节，施工衔接工序较多，稍有不慎，就会造成堵管、串区、外漏等缺陷。工程施工过程中，应依靠各阶段通水检查及时发现处理。根据灌前对灌区通水检查，了解各个灌区灌浆管路系统畅通及灌区密封情况。据统计：补打排气孔的有48个灌区（包括一侧通气的灌区），经处理后有31个灌区恢复畅通；有60个灌区进行了嵌缝处理；有33个灌区相串，一般两灌区相串居多。灌浆前后，均采取了相应的处理措施。（1）灌区排气管路不通的处理先进行倒压水处理，水压采用0.2mpa，若无效，对于具备打孔条件的灌区，补打排气孔。补孔位置选择灌区顶部两端，直孔穿透排气槽；或在排气槽高程以下0.5～1.0m范围内打斜孔，穿过缝面50cm。原则补孔数量以每侧2个为限，仍未通气（或仅有一侧通气）及不具备补孔条件的灌区，按排气不通灌区施灌。排气不通灌区施灌方法：①以备用进回浆管作为排气管，主浆管仍为进浆管。灌浆时备用进回浆管间断放浆，出浆浓度达到设计和灌浆技术规范后，再进行倒灌。②进浆压力按0.6mpa控制，适当延长灌浆时间。③倒灌时按规范要求进行。④灌浆浆液浓度按两级执行，先用1∶1浆液开灌，而后用0.5∶1浓浆封灌。尽可能安排孔检、槽检取样，灌区合格评定按进回浆位置作为排气槽位置进行评判。（2）灌区串区、外漏问题处理①形成原因：灌区串区、外漏问题，与细部结构设计、施工过程控制及止水止浆材料缺陷等均有关系。认为在封区结构设计中，同一坝段内上下层灌区封区止浆片采用丁字形式，跨缝未封闭；灌区错缝布置之间仅设一道止浆片；止浆止水片搭接采用焊、铆连接形式等传统工艺做法值得商榷，设计保证程度不够。加之施工过程中，止浆片周围混凝土振捣不实等质量通病，易造成止浆片失效，形成灌区串区、外漏缺陷。②处理原则：除加强施工过程控制外，灌浆施工顺序根据具体情况确定。灌区漏水一般采取嵌缝处理，在缝面骑缝凿20cm×20cm坡口，用环氧砂浆填塞封闭。因为多为两灌区相串，灌浆采用并联（一泵两区）灌浆，开始先灌低灌区，再灌高灌区。不能并联或一区一泵灌浆时，一区灌浆另一灌区通循环水冲洗，待前灌区灌浆结束再灌后一灌区。3.灌区排气管管口压力处理①灌区高度及面积是影响排气管管口压力的一个重要因素。万家寨工程由于水工结构布置的要求，部分灌区设计高度较大。在全部277个灌区中，高度超过12m的有110个，高度超过15m的有70个，灌区面积大于300m2的有58个，200m2以上的有104个。根据11Ⅱ1和2Ⅱ1两灌区压水试验测试的进出水压力关系，排气管出水压力为进水压力的10%～30%。显然浆液的压力损失远大于水的压力损失，要达到设计出浆压力十分困难。结合1997年6月20日前对16个灌区灌浆的实践表明：当灌区高度在12m以上，进浆压力为设计规定值0.4mpa时，排气管口基本呈无压状态。②进浆压力调整结果。经试验论证并咨询专家意见，决定对于高灌区，在保证缝面增开度小于0.5mm的情况下，排气管口压力达不到0.2mpa时，可适当提高进浆压力至0.6mpa，最大限至0.8mpa。在排气槽出浆压力小于0.1mpa，或出浆密度小于1.5g/cm3，均采取倒灌，倒灌压力为0.2mpa。③进浆压力调整后的现场处理。在压力调整后的灌浆过程中，由于廊道布置所致输浆管路较长，加之灌区键槽面粗糙、管路系统施工不细致及灌区串漏等原因，当进浆压力稍大于0.6mpa时，易造成送浆胶管爆裂，灌浆间断，缝面和排气槽浆液沉淀，排气管不出浆堵塞。据不完全统计，因爆管造成12个灌区排气出浆不畅或堵塞。由于进浆压力增大，造成压力表反映不灵敏，因进浆压力未达到规定值和压力不稳定，浆液沉淀使缝面排气管堵塞的有17个灌区。改用高压胶管及更换高性能压力表后，大大降低了爆管事故，进浆压力稳定，排气管出浆一般较正常。二、灌浆质量评定大坝接缝灌浆全部277个灌区中，管路畅通的266个，进浆压力大于0.4mpa的268个，排气管口出浆密度达1.5g/cm3以上（含1.4～1.49g/cm3）的226个，排气管口有压力的198个。仅按灌浆成果，灌区合格率达81.6%，已是合格工程，但坝段合格率尚欠缺。通过布孔检、槽检等质量检查手段，进行压水试验及观察缝面充填情况，对51个不合格灌区重新进行质量评价，有23个灌区改评为合格灌区。总评合格灌区249个，不合格灌区28个，灌区合格率为89.9%，超过规范合格率80%，不合格灌区未相连（不集中）。每坝段内纵缝灌区合格率和每条横缝内的灌区合格率都超过规定的70%，而达71.4%～100%。评定为合格工程。三、对大坝接缝灌浆施工的几点体会国内许多水电站建设因接缝灌浆拖延而影响发电工期，应加强设计优化，降低灌浆难度，提高施工可操作性，从而保证工程质量及工期要求。①坝体冷却是灌浆的前提和基础，应充分研究利用冬季低温水的有利条件，进行坝体大面积冷却。对缩短冷却工期，降低制冷厂运行成本大有好处。②优化灌区细部结构设计，止浆止水片的封区布置、搭接形式及选材等传统做法值得商榷，以提高设计保证程度。③灌区高度是影响灌浆质量的一个重要因素。在设计上应尽量避免高、大灌区，浇筑过程中，宜多埋设一些测温计和测缝计。以便控制冷却过程和选择时机闷温对比，减少因多次闷温造成工期损失。④加强施工控制管理，提高管路系统安装及键槽模板施工工艺，严格止水止浆片周围混凝土振捣等，以减少灌区管路堵塞、缝面粗糙、串漏等质量缺陷。⑤提高灌浆施工作业条件，坝内廊道布置应充分考虑交通、照明、排水、通风、弃浆和集中制浆站布置需要，便于质量控制。