皂市水利枢纽工程消力池底板渗漏处理

万海涛, 欧汉森

(湖南省水利水电勘测设计研究总院,湖南 长沙　410007)

1　工程概况

皂市水利枢纽工程消力池混凝土采取分块浇筑工艺,块与块之间设有键槽并布置两道止水(上部为铜止水,下部为橡胶止水)。 消力池混凝土浇筑完成后,通过止水检查槽对消力池止排水系统进行了压水试验检查,未发现明显渗漏现象。2007年汛期消力池充水后也未发现消力池排水槽及排水沟有明显渗漏现象。2008年1月27日,工作人员在进行例行巡查时,发现消力池右导墙灌浆及排水廊道内预埋的消力池护2-护3、护3-护4、护4-护5共三个Φ150 mm的排水管有大量水流涌出,护4-护5间Φ25 mm渗漏排水管内涌水呈射流状排出(见照片1),总渗漏量约为1 500 L/min,消力池右导墙灌浆及排水廊道内水位迅速上涨,严重影响消力池渗漏排水系统正常运行。

照片1　消力池底板廊道排水管渗漏图

2　渗漏通道勘查及渗漏成因分析

渗漏通道的勘查采用从易到难、由表及里的方法进行。由于此次渗漏现象具突发性且渗漏量极大,危及消力池渗漏排水系统正常运行,考虑到厂房尾水渠与大坝消力池基本呈平行排列,中间有厂坝导墙分隔,经分析判断认为存在两种渗漏途经:一种是厂房尾水渠的岩石基础内存在渗漏通道,水流由厂房尾水渠经渗漏通道、厂坝导墙结构缝至消力池排水槽排水管排出。为查明涌水来源,在厂房尾水投放高锰酸钾对水体进行染色,经观察未发现排水孔涌水有颜色变化,排除了渗漏来自厂房尾水渠的可能性。

另一种则属于混凝土结构缝或施工缺陷引起的渗漏。由于消力池混凝土为分块浇筑,块与块之间设有键槽并布置两道止水,为确定上述分析,在消力池未抽水情况下,派潜水员由距离渗水部位较近的右导2与右导3分缝沿缝向下查看。潜水员在消力池底部距导墙1 m、8 m及上游5 m部位分别发现三处无泥浆沉积,在潜水员潜水查看过程中排水管出水变浑浊。初步判断上述渗漏成因的可能性较大,渗漏部位为消力池护4-护5及右导2-右导3分缝区。

为进一步查清渗漏位置并对渗漏进行有效处理,采用抽排结合的方式强行排干消力池内积水。在消力池排水过程中,射水压力和流量随水位降低而减少。经从消力池廊道排水管逆向压风检查发现:护4-6与护5-6结构缝自与厂坝导墙丁字接头部位向消力池侧8 m段有明显气泡冒出;在消力池护坦面观察到护3-6、护4-6与厂坝导墙间24 m长结构缝水流呈旋涡状流入缝内,渗漏量较大(见照片2)。对上述部位的积水和淤泥进行全面清理后发现,该部位伸缩缝张开明显,张开度2～3 mm之间,连通性好。

综合分析判断认为:2008年1月,水库所在的常德石门地区遭遇了50年一遇的长时间、大面积冰冻雨雪天气,消力池底板混凝土分块浇筑过程中,在低温状态下混凝土收缩导致局部结构缝或止水槽拉大张开,形成渗漏通道。

照片2　消力池护坦结构缝渗漏图

3　渗漏处理措施

3.1　施工材料的选用

根据工程经验,此工程施工采用华东勘测设计研究院研发的HW 水溶性聚氨酯组合材料。HW水溶性聚氨酯化学材料具有良好的亲水性能,浆液遇水后先分散乳化,进而凝胶固结,可在潮湿或涌水情况下进行灌注,固结体可遇水膨胀,具有以水止水的功能。HW水溶性聚氨酯主要性能见表1。

表1　HW水溶性聚氨酯主要性能

工程渗漏成因主要为在冰冻天气影响下局部结构缝缝面或止水槽拉大张开,工程缝面修补材料采用丙乳砂浆。试验研究和工程实践表明,丙乳砂浆与普通砂浆相比,极限拉伸率提高1～3倍,抗拉强度提高1.35～1.5倍,抗裂性显著提高,较混凝土面粘结强度提高4倍以上,抗冲磨强度提高2.85倍等,且具有优良的抗冻融性能。

3.2　工程渗漏处理技术工艺

对消力池结构缝局部处理方案如图1所示。

图1　结构缝处理示意图

在铜止水以上40 cm结构缝采用灌注HW水溶性聚氨脂进行止水处理，混凝土缝面采用丙乳砂浆嵌缝表面封堵,对有渗漏部位的排水槽进行水泥灌浆回填。

3.2.1结构缝灌浆和表面嵌缝

消力池渗漏处理采用结构缝灌浆封堵和表面嵌缝处理相结合的方法。主要工艺流程为:缝状描述→凿缝、清缝→钻孔、冲洗→埋灌浆管、压水检查→缝面灌浆→烘烤缝面→丙乳砂浆嵌缝和封孔→排水槽水泥灌浆回填。

(1)缝状描述。根据现场实际情况,对结构缝的连续程度、走向和缝宽等进行描述,并做好记录。

(2)凿缝、清槽。沿渗漏部位结构缝走向凿5 cm×8 cm的“U”型槽,并除去裂缝表面周边的水泥浆皮、钙化物等。

(3)钻孔、冲洗。①灌浆孔布置:结构缝张开度在2.0～3.0 mm之间,孔距2.0 m;结构缝张开度在1.5～2.0 mm之间,孔距1.0～1.5 m;结构缝张开度在1.5 mm以内,孔距0.5～0.8 m。

② 钻孔:结构缝灌浆孔孔径为Φ30～Φ35 mm。在后浇混凝土块钻斜孔,钻孔角度约为45°～50°,孔深0.5 m,钻孔深度控制在距离铜质止水片50～100 mm以上。沿缝面钻骑缝孔作为排气孔,孔距1.5 m,确保所有钻孔穿过结构缝,但不打穿铜质止水片。灌浆孔采用手持式风钻钻孔,部分结构缝钻孔结合手持式金刚石薄壁钻机[1]。

③ 冲孔:钻孔钻至设计孔深后,采用风水联合敞开冲洗,将孔内混凝土粉等冲洗干净,随后用风将孔吹干。

(4)埋灌浆管、压水检查。①埋灌浆管:埋入灌浆管的深度约为钻孔深度的2/3,灌浆管直径为φ16 mm,采用环氧砂浆或快干水泥固定。

②压水检查:在埋管材料具有足够强度后,进行压水试验检查。压水试验采用单点法,压力为0.1 MPa,压水时间20 min,压水试验结束后将钻孔通风吹干。

(5)结构缝灌浆。①灌浆前准备:在结构缝缝面灌浆前用清水冲洗缝面,冲出结构缝中的污泥和杂物,并检查各钻孔之间及钻孔与缝面之间的串通效果并初估吸浆量。在灌浆泵上安设压力表,压力表与管路之间装设隔浆装置,以防浆液进入压力表,并且灌浆泵尽可能接近孔口以准确控制灌浆压力。在灌浆及排水廊道内将原渗漏的排水槽和排水沟进行临时封堵,保持排水槽和排水沟充满水。

② 制浆:根据结构缝缝面调查情况(长度、张开度、深度)和灌前通水情况估算所需浆量。准确称量HW水溶性聚氨酯并测定浆液温度、粘度等参数,标注和记录浆液的制备时间、重量,并留出少量用透明瓶装好作室温凝胶观察,以便及时调整和改善浆液的可灌性和待凝时间。

③ 灌浆:对于连通的结构缝,则应先灌两侧,以封闭两端,然后灌中央部分;如未贯通,则可视施工方便顺次灌注。灌浆采取纯压式灌注,开灌后进浆压力0.05 MPa,分级逐步升至0.1 MPa。当吸浆率<5 mL/min时,灌浆压力可提升到0.2 MPa。对于连通孔,灌浆时以一孔为进浆孔,相邻孔为回浆孔[2]。灌注作业连续进行,以利充填密实和节约浆材。灌浆时保持吸浆管口置于盛浆设备液面以下,以免灌浆时吸入空气。当注入率<10 mL/min时,持续灌注30 min即可结束。

(6)烘烤缝面。利用碘钨灯或电吹风加热灌浆区域结构缝表面和钻孔部位,将钻孔和缝面烘干。

(7)丙乳砂浆嵌缝和封孔。缝面灌浆完成后,将渗漏部位沿结构缝走向凿出的“U”型槽清理干净并吹干,采用配制好的丙乳砂浆嵌缝填实抹平。化学灌浆结束后,应仔细检查灌浆孔内是否填充密实,若发现孔内未填满,应补灌部分化学浆液。灌浆完毕后,需将灌浆管割除,并在表面抹丙乳砂浆,并满足该部位表面平整度要求。

(8)排水槽水泥灌浆回填。采用0.5∶1水泥浆液对排水槽进行灌浆回填,回填干缩空间采用水泥砂浆填实抹平。

4　质量检查及处理效果分析

4.1　质量检查方法

渗漏处理结束7天后,对灌前漏水大的部位和灌浆时吸浆量较大的部位进行压水检查,压水试验采用单点法,合格标准为在0.3 MPa的设计压力下缝面透水率≤1 Lu[3]。

对灌前漏水大的部位和灌浆时吸浆量较大的部位,灌浆处理后布置检查孔进行钻孔取芯检查,检查孔孔径91 mm,孔深大于灌浆深度10 cm。观察其缝面浆液结石和充填情况。

压水检查和钻孔取芯检查完成后,在灌浆完成的部位于消力池内重新注入10～30 cm的水,在灌浆及排水廊道内,对相应部位的排水槽进行压风检查底板有无气泡冒出。

4.2　裂缝灌浆质量检查结果

由于需尽快充水准备渡汛,渗漏处理结束后3天即按照压水检查要求共实施了压水试验4段,结果均能满足设计要求。钻孔取芯检查发现已灌部位缝面化学浆液充填密实,胶结良好,在原渗漏相应部位的排水槽进行压风检查时,消力池底板各结构缝无气泡冒出。对消力池灌浆及排水廊道内表面直观检查,发现原射水及涌水等大渗漏量部位经过灌浆已无渗漏现象,原少量渗漏呈明显湿印的部位均已变干,表明渗漏处理达到预期效果。

5　结语

(1)皂市水利枢纽工程消力池底板渗漏处理结果表明,对消力池渗漏原因的分析是准确的,局部结构缝渗漏处理采取化学灌浆结合丙乳砂浆嵌缝的措施是行之有效的。消力池底板渗漏处理的成功,关键在于对渗漏原因的准确分析与判断。

(2)通过对消力池局部结构缝渗漏采取化学灌浆结合丙乳砂浆嵌缝措施,消力池底板渗漏情况得到有效处理。2008年4月份重新充水正常运行,到目前为止未出现明显渗漏情况。在消力池完成排水后仅用20天时间即完成消力池底板渗漏处理施工,周期短、见效快,为确保皂市水利枢纽工程正常发电及安全渡汛提供了有力保障,取得了良好的工程效益。

参考文献:

[1]孙志峰.水利水电工程钻凿施工技术[M].长春：吉林科学技术出版社,2005.

[2]张景秀.坝基防渗与灌浆技术[M].北京：水利电力出版社,1992.

[3]杨月林,朱均超.水工建筑物水泥灌浆施工技术[M].武汉：长江出版社,2004.