小湾水电站接缝灌浆浆液试验及施工技术
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摘要接缝灌浆是大坝安全运行的重要保证之一，小湾水电站接缝灌浆提出了比以往施工更为严格、起点更高的要求，采用0.45:1单一水灰比，突破了季节性限制，全年施工。本文介绍了小湾水电站接缝灌浆水泥浆液试验及右岸989m以下高程接缝灌浆的施工技术，从施工过程及检查结果进行了分析，得出了可靠的结论，为后期的施工提供了可靠的、指导性的依据。
关键词接缝灌浆 浆液试验 单一水灰比效果
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1．工程概况
小湾水电站位于云南省西部南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，属大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。该工程由混凝土双曲拱坝（最大坝高295m）、坝后水垫塘及二道坝、左岸泄洪洞及右岸地下引水发电系统组成。水库库容为149.14×108m3，电站装机容量4200MW（6×700MW）。
小湾水电站大坝共设43个坝段，一个推力墩坝段，42条横缝，最高坝段共有27层接缝灌浆区。在1133高程以下每个灌区高度约为12m，1133~1232m高程灌区高度约为9m，1232m以上顶拱灌区高度约为12.5m，共有约1800个灌区，灌浆面积达35.45万㎡。
接缝灌浆管路布置采用“灌浆槽+升浆管”方式，升浆管采用塑料拔管成孔，大坝接缝灌浆要求全年施工，在横缝张开度大于1mm时采用中热硅酸盐水泥；当张开度小于1mm大于0.3mm时采用中热硅酸盐超细水泥；水泥强度等级为42.5级，细度要求为通过80μm方孔筛筛余量不大于3%。根据小湾电站材料供应，接缝灌浆采用袋装滇西42.5中热硅酸盐水泥和广东江门生产的超细水泥；减水剂根据先期的室内浆液试验初步确定为浙江龙游生产的 ZB-1A高效减水剂，掺量为水泥重量的1%。接缝灌浆采用单一水灰比，浆液比级不高于0.45：1，浆液强度不低于M40。浆液马氏漏斗粘度小于40S，2h析水率小于3%。
2．浆液试验
根据接缝灌浆技术要求对接缝灌浆用水泥及灌浆浆液性能进行分析研究后，决定水泥浆液室内与室外试验原材料选用为：1）水泥品种：采用袋装滇西42.5中热硅酸盐水泥、散装滇西42.5中热硅酸盐水泥、祥云42.5普通硅酸盐水泥、滇西52.5R普通硅酸盐水泥、祥云超细42.5硅酸盐水泥、广东江门超细42.5硅酸盐水泥；2）外加剂品种：浙江龙游ZB-1A、江苏博特JM-Ⅱ及JM-PCA、马贝X404。同时根据室内灌浆浆液的试验成果，对几种室内试验基本符合要求的浆液在现场也进行了室外试验，从中选取符合灌浆要求的水泥浆液。
根据接缝灌浆总体原则性要求及室内试验情况，确定主要进行如下不同品种水泥、不同减水剂和掺量、不同比级的浆液试验：
滇西42.5中热硅酸盐水泥采用0.45：1、0.48：1、0.50：1三种水灰比，42.5普通硅酸盐水泥采用0.45：1、0.50：1两种水灰比；滇西52.5R普通硅酸盐水泥采用0.50：1、0.55：1、0.60：1三种水灰比；广东江门超细42.5普通硅酸盐水泥、祥云超细42.5普通硅酸盐水泥采用0.6：1、0.7：1、0.8：1水灰比，各级水灰比水泥浆液中均掺高效减水剂，浆液马什漏斗粘度要求小于45s。
另外，检测马什漏斗粘度时，前1小时每10min测读一次，后1小时每20min测读一次，历时2h，若马什粘度超过70S不再继续试验。
室内浆液拌制方法：先将外加剂融于水，搅拌均匀，将称量好的水泥放入搅拌锅内，再将融入外加剂的水快速的倒入搅拌锅内，拌和设备为水泥胶砂搅拌机，搅拌时间3分钟，采用秒表计时，在进行浆液粘度损失试验时，采用人工搅拌的方法，搅拌均匀后，进行粘度测读。同时，也采用了干掺的方法拌制水泥浆液，进行浆液性能的比较，干掺是将外加剂干粉和水泥拌和均匀，然后加水进行拌和，搅拌时间3分钟。室内试验分水泥品种、减水剂品种、减水剂掺量、不同比级四个方面进行组合进行了73组试验，由于数据量大，在此不一一列出，仅列举与要求较为相符的几种实验结果，同时对这几种浆液配比也进行了室外现场试验。浆液性能试验结果分别见表2-1，表2-2。
表2-1室内灌浆浆液性能试验结果表
表2-2现场灌浆浆液性能试验结果表
备注：对序号X3的灌浆浆液进行了凝结时间测定，初凝历时25:55，终凝历时27:21。
根据室内试验和现场试验的结果，对部分浆液进行了强度试件成型，现场浆液试验试块强度试验结果见表2-3。
表2-3 现场灌浆浆液强度试验结果表
从以上强度试验结果可以看出，现场浆液试验的90天抗压强度满足接缝灌浆浆液强度不低于M40的要求。
通过一系列的室内和室外现场水泥浆液试验之后，从各种参数和数据上进行对比，现场试验的X3号试验浆液从各方面都能达到接缝灌浆的要求，可以用于接缝灌浆。根据前期的大坝接缝张开度监测资料，EL989m以下高程横缝张开度均大于1mm，因此，前期接缝灌浆浆液初步确定为以下配合比：
采用滇西P.MH42.5(袋装)中热水泥，江苏博特JM-Ⅱ减水剂，水灰比为0.5:1，减水剂掺量为水泥重量的1%。
3．灌浆施工条件及施工工艺
3.1灌浆施工条件
进行坝体接缝灌浆之前，灌缝两侧混凝土及灌区混凝土的温度必须达到施工技术和施工图纸规定的数值。
接缝灌浆与接触灌浆灌区内的键槽设置、灌浆管道及止浆片埋设均按施工图纸进行。
接缝灌浆区两侧坝体混凝土龄期不小于60天且在满足压重条件下，尽可能尽早灌浆。
除顶层外，接缝灌浆区上部须有6m厚混凝土压重，其温度已达到施工技术要求与施工图纸规定的混凝土灌浆温度。
接缝张开度不宜小于0.3mm，灌浆管道系统和缝面畅通，灌区止浆封闭完好，若发现有事故必须处理合格。
根据坝体高度、施工时间及二期冷却和大坝各缝面监测的资料，989m以下灌区均符合以上接缝灌浆要求。
3.2施工方法及施工工艺
3.2.1接缝灌浆顺序
⑴ 同一高程灌区灌浆顺序为从坝体中间向两边逐步推进的顺序，在小湾水电站右岸接缝灌浆施工顺序为：22缝21缝20缝19缝18缝……依次向右推进；左岸施工顺序为：23缝24缝25缝……依次向左推进。
⑵ 接缝灌浆由最底层开始，由下而上逐层灌注。
⑶ 在同一横缝同一高程的独立灌区采用连续灌浆方式，先灌注上游区后灌注下游区，第二灌区开始灌浆时间与第一灌区灌浆结束后时间控制在8h以内。
⑷ 在达到灌浆条件后，上下层灌区可以连续灌浆，但是上层灌区灌浆和下层灌区灌浆结束时间控制在4小时以内。
3.2.2工艺流程
总体施工工艺流程为：管路通水检查、灌区封闭性压水检查、预灌性压水检查、灌区缝面充水浸泡、冲洗、灌浆、闭浆、灌后检查。
3.2.3灌浆施工方法
⑴ 灌浆机械。灌浆采用SGB6-10型泥浆泵，JJS-2B型搅拌槽，制浆采用ZJ-400型高速搅拌机与JJS-10型储浆槽，为使浆液粘度损失减小，在灌浆时，尽量保证灌浆泵与灌浆管口距离不大于50m。
⑵ 灌浆材料。在灌浆过程依据缝面张开度的不同采用不同的材料及浆比进行灌注，对于此次EL989m以下灌区缝面张开度均大于1mm，采用P.MH42.5级中热水泥浆液灌注，减水剂采用JM-Ⅱ型高效减水剂。
⑶ 浆液浓度。灌浆采用单一水灰比，采用0.5:1及0.45:1两种单一比级。根据试验结果，第一层灌区灌浆采用0.5:1水灰比，第二层灌区灌浆时，上游区采用0.5:1的比级，在最下游即靠近下游坝体的灌区进行0.45:1浆液的灌浆试验，先用0.5:1水泥浆液进行灌注，待各管口回浆达到设计要求，在确定0.45:1浆液粘度在要求范围之内后进行置换灌浆，通过现场灌浆试验，各管口最终回浆比重均达到1.85g/cm3以上，最高达到1.89 g/cm3，证明0.45:1水泥浆液的可灌性，所以989m以下灌区后期灌浆时在下游坝面侧灌区及坝后贴角内灌区均采用0.45:1的单一水灰比灌注。
⑷ 灌浆压力。灌浆压力以顶层排气槽压力作为控制值，以灌区底层进浆管压力作为辅助控制值，根据经验公式P底=P排+γ浆或水H+εγ浆或水H（ε为阻力损失系数，γ浆或水为浆或水密度，H为灌区高度），灌浆时压力按如下控制：灌浆区层顶（排气回浆槽）压力为0.25～0.35Mpa；灌浆区层底进浆管口压力：0.55～0.65Mpa。灌浆时排气槽压力采取中间值0.3 Mpa。
⑸ 灌浆结束条件：当排气管浆比重达到或接近最浓比级浆液，且管口压力或缝面增开度达到设计规定值，注入率不大于0.4L/min时，持续灌注20min，结束灌浆。
当排气管出浆不畅或被堵塞时，采取在缝面增开度限值内，尽可能提高进浆压力至达到限值为止进行灌浆。当注入率不大于0.4L/min，持续20min，结束灌浆。若无效，则在灌浆结束后，立即从两个排气管中进行倒灌处理。倒灌时采用最浓比级的浆液，在灌浆规定的压力下，缝面停止吸浆，持续10min灌浆结束。
3.3特殊情况处理
⑴ 对于相互串通的上下层灌区，在两区同时满足灌浆的条件时，采用串灌方式进行，先灌下层灌区，待上层灌区发现有浆串出时，开始用另一灌浆泵进行上层灌区的灌浆。灌浆过程中以上层灌浆压力为主调整下层灌区的灌浆压力。通过串灌，两灌区都达到了设计结束要求。
⑵ 对于灌浆过程中达到设计压力缝面不吸浆而排气管不出浆及出浆浓度达不到设计要求的灌区在闭浆结束后对出浆浓度不够及不出浆的管路进行倒灌，通过倒灌，出浆浓度达到设计要求。
⑶ 在灌浆过程中出现的灌浆管路不通畅情况，在保证浆液粘度的情况下尽量将灌浆压力提高至设计最大压力进行灌浆，通过处理，各管口均顺利出浆，达到设计要求的浓度。
4．灌浆成果及灌浆效果检查情况
在灌浆结束2个月后，根据灌浆成果资料对灌区进行质量检查，检查的方式采用打骑缝孔、穿缝孔取芯和孔内声波、录像和压水的方式进行。对小湾水电站右岸EL989m以下48个灌区中11个区进行检查，共计21个检查孔。
通过灌浆资料的分析，可知全部灌区缝面均充填饱满，并且排气管出浆密度均远远超出设计要求，压力均满足要求。从而可以得出结论：对于封闭良好、管路通畅的灌区，在横缝张开度大于1mm的情况下，浆液马氏粘度不大于45s时可以采用0.45:1单一水灰比浆液灌注，只要各方面准备工作做好，灌浆施工进度、质量可以保证。
从检查孔情况看，孔内声波值普遍较好，没有出现明显的断层面和低波速带，压水情况反映出灌区内充填饱满，没有漏水通道，而从取出的岩芯看，骑缝孔的岩芯大部分都是粘合在一起，缝面有1~2mm厚的水泥结石，在灌区顶部施工的骑缝检查孔更是取出了排气槽的水泥结石，排气槽内水泥充填密实，没有丝毫的缝隙；在施工的穿缝检查孔中，所有缝面也都是胶结良好，充填饱满。从这几个方面看，在小湾水电站的第一批接缝灌浆灌区施工过程中所采取的灌浆参数是合理的，灌浆效果明显，证明对于接缝灌浆可以采用单一水灰比的浓浆灌注。
5．结束语
通过989.0m以下接缝灌浆的施工过程以及灌区质量检查情况，可知在灌区张开度大于1mm、管路畅通、封闭性良好的情况下，加强施工过程控制，可以采用0.45:1、0.5:1的单一比级浆液进行灌浆，并且可灌性较好，灌后效果良好。
参考文献与资料：
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