沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝重复灌浆系统的施工

1、水电站设计D H P S第 19 卷第 4 期2 0 0 3 年 1 2 月12 / 12沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝重复灌浆系统的施工郭国华1 , 钟建军2 , 蒲洪2(11 中国水利水电第八工程局 , 湖南 长沙 410007 ; 21 四川二滩国际工程咨询有限责任公司 , 四川 成都 610072)摘 要 :较为详细地介绍了沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝重复灌浆系统的施工 , 主要内容有灌浆系统的预埋与检查 、灌浆的技术条 件 、灌浆前的准备工作 、灌浆顺序 , 以及灌浆结果分析和工程质量检查结果。关键词 :碾压砼坝; 接缝灌浆; 重复灌浆; 沙牌拱坝中图法分类号 : TV54316文献标识码 :

2、B文章编号 :1003 - 9805 (2003) 04 - 0088 - 061前言碾压混凝土坝由于可进行大仓面薄层连续浇 筑 , 全断面整体碾压 , 并可高掺粉煤灰 , 不仅施工快 速 , 而且大量节约水泥 , 降低了造价 ; 但碾压混凝土 水化热散发速度缓慢 , 在水库蓄水前封拱时坝体混 凝土温度达不到稳定温度就需对接缝进行灌浆处 理 , 随坝体混凝土温度降低 , 在冷却到稳定温度场的 过程中 , 已灌浆的接缝将因较大的温度拉应力而再 一次被拉开 , 需要进行重复灌浆 。由水电八局承建的沙牌碾压混凝土拱坝最大坝 高为 130m , 是国家“九五”重点科技攻关项目 “100m 以上高碾压混

3、凝土拱坝研究”的依托工程 。 该坝诱导缝重复灌浆系统设计与施工的成功 , 拓宽 了碾压混凝土坝成缝途径 , 解决了碾压混凝土水化 热散发速度缓慢与水库蓄水前必须进行接缝灌浆的 矛盾 , 经济效益显著 。本文将详细介绍沙牌碾压混 凝土大坝诱导缝重复灌浆设计与施工的情况 。2工程概况沙牌碾压混凝土拱坝坝高 130m , 坝底宽 28m , 坝顶宽 915m , 坝顶中心线弧长 258m , 坝体设计除廊 道四周及建基面等局部采用常态混凝土 ( 或改性混 凝土) 之外 , 其余全采用碾压混凝土 , 共计碾压混凝 土 3615 万 m3 , 碾压混凝土浇筑采用全断面通仓薄 层碾压 、连续上升的方法施工

4、 。拱坝共设置 2 条诱 导缝 (2 号 、3 号缝面) 和两条横缝 (1 号 、4 号缝面) ,诱导缝靠近河谷中部 , 底高程为 1750m ; 横缝靠近两 岸坡 , 底高程分别为 1810m 及 1813m 。诱导缝在高程 1810 1750m 的 20 个灌区自 2001 年 4 月开始至 2001 年底完成首次灌浆 , 灌区面 积 3 21016m2 , 注入水泥总量 93 40916kg , 最大单位注 灰量 5615kg/ m2 , 最小单位注灰量 1013kg/ m2 。首次 灌浆后 , 因多种原因水库未及时蓄水 , 随着坝体混凝 土温度降低 , 到 2003 年 4 月坝体混凝

5、土温度基本达 到稳定温度 , 坝体混凝土收缩使已灌浆的诱导缝被 拉开 , 最宽达 116cm , 故再次对缝面进行了灌浆 , 共 耗水泥总量 21 02118kg , 最大单位注灰量 916kg/ m2 , 最小单位注灰量 317kg/ m2 。3诱导缝灌浆系统设计沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝重复灌浆系统采用 单回路灌浆管路 , 分区高度一般为 6m 。311诱导板的设计沙牌碾压混凝土拱坝采用预制混凝土重力式诱 导板 , 结构尺寸为上部宽度 10cm , 高度 30cm ( 高程 1760m 高程以下) 或 25cm (1760m 高程以上) , 长度为100cm , 重量 50kg 左右 。重力

6、式诱导板设计成对 , 定 位容易 , 也为出浆盒 、灌浆管路埋设提供了方便 , 具 体结构形状见图 1 。312灌浆管路系统设计31211灌浆管路设计 沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝重复灌浆系统布置见图 2 。诱导缝采用双向间断的布置形式 , 即水平 间距015m , 沿高程方向间距015016 m , 埋设一对收稿日期 :2003 - 06 - 04整理简介 :郭国华(1974 - ) , 男 , 湖南常德人 , 工程师 , 主要从事水电工程施工工作。图 1 诱导板结构示意诱导板 , 形成不完全切断坝体的间断缝 。一般每个 灌浆区诱导缝面预埋相互独立的 3 套 <1 英寸的单 回路 钢 管

7、作 进 浆 管 和 回 浆 管 ( 管 间 距 为 0175 019m) , 管口设计为直通下游面 , 出露 015m 左右 ( 考虑到坝后无灌浆平台 , 不方便施工 , 一般将管口引至 坝后左 、右岸边坡) 。串联在进灌浆管路上的出浆盒 水平间距 115m , 高程方向间距 1152125m 。31212排气管设计图 2 沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝重复灌浆系统典型布置示意上 、中 、下游部位各埋设一只测缝计 , 上游距坝前灌浆系统排气管布置于各灌区顶部 , 距出浆盒 中心的垂直距离为 0175m 左右 , 采用 <2 英寸穿孔镀 锌钢管连接各间断分布的预制混凝土诱导板 , 构成 排气槽

8、, 排气管上游端采用 <1 英寸镀锌钢管引出冲 洗管 , 以便在每次灌浆结束后冲洗排气管 。31213出浆盒结构设计采用如图 3 所示的一种特制的橡胶套阀作为重 复灌浆管路的出浆盒 。该橡胶套阀由一根穿槽钢 管 、一个橡胶套管和两个管接头组成 , 能够通过管接 头方便快捷地串联安装在灌浆管路中 。出浆盒的出 浆槽采用长槽形 , 4 条槽孔均匀布在钢管上 。橡胶 套由优质高弹且耐久性优良的橡胶硫化而成 。橡胶 套在穿槽管的外面借助收缩压力能紧密地覆盖管壁 上的出浆盒 , 只有当管内压力大于 01100121MPa 时 , 水或浆才能顶开橡胶套从出浆槽流出 , 但无论多 大外力也不会使外面的

9、水或浆液回流 。图 3 重复灌浆出浆盒结构示意31214测缝计布置1810m 高程诱导缝上测缝计埋设高程分别为1752m 、1764m 、1776m 和 1788m ; 同一高程每条缝上118m , 下游距坝后 115m , 中游位于坝中间 。313 灌浆设计31311灌浆条件 首次灌浆在蓄水前缝面张开度大于 015mm 时进行 。随 坝体混凝土温度降低 , 缝面再度增开达 015mm 以上时进行重复灌浆 , 重复灌浆可多次进 行 。31312 主要技术要求灌区之间按先下后上 、先坝中后两岸 , 灌区各回 路之间按先下后上的原则控制施工顺序 。各缝面之 间应保证平衡施工 。灌浆材料采用原标准标

10、号 525 号现标准标号 4215R 的普通硅酸盐水泥或细 、超细普通硅酸盐水 泥 。根据缝面的可灌性情况 , 通过现场试验论证后 , 可适当加入硅粉 、粉煤灰等掺合料 。灌浆浆液水灰比采用 21 、11 、0151 三级 , 根 据灌区情况选择开灌水灰比级 , 浆液变换及结束标 准按水 工建筑物水泥灌浆施工技术规范( DL/ T5148 - 2001) 执行 。灌浆压力控制为确保缝面在灌浆过程中增开度 小于 011mm 时 , 进浆压力 014015MPa , 但对缝面 张开度较小且通水检查单开流量小于 25L/ min 的灌 区 ,可适当地增加进浆压力至 018110MPa 。最终 排气压

11、力为 012013MPa 。89 4诱导缝灌浆系统预埋及灌浆施工411出浆盒试验每一批次出浆盒到货后 , 都进行抽样试验 , 主要 测定出浆盒的开环压力 。检测器材包括压力泵 、压 力表 、灌浆管路 、减压阀等 。根据前期抽样试验统计 结果表明 , 出浆盒开环压力一般为 0117MPa 左右 , 最高为 0121MPa , 最低为 0110MPa 。412灌浆系统预埋施工根据碾压层的厚度 , 每碾压二层埋一层诱导板 , 诱导板内设置重复灌浆系统的进 、出浆管 , 并将管头 引至坝的下游 。埋设方法为 : 当埋设层的下一层碾 压结束后 , 按诱导缝的准确位置放样 , 再按设计将准 备好的成对重力

12、式预制板安装在已碾压好的诱导缝 上 ,诱导板的安设工作先于 12 个碾压条带进行 , 并将重复灌浆管逐步向下游延伸 ; 当铺料带在距诱 导缝 57m 时 , 卸两车料后 , 用平仓机将碾后混凝 土小心缓慢地推至诱导缝位置 , 将预制混凝土诱导 板覆盖 , 并保证预制板的顶部有 5cm 左右的混凝土 料 ,防止在碾压混凝土时直接压在预制的诱导板上 而损伤诱导板 。对诱导缝的止浆片和诱导腔部位 , 采用改性混凝土浇筑 。测缝计安装在测缝计专用模 板中间 , 采用掏孔后埋法施工 。灌浆管 ( 含进浆管 、回浆管 、排气管 、冲洗管等) 根据设计图纸在项目部车间内加工而成 , 诱导板在 预制场按规定的

13、规格及混凝土配合比进行预制 。 413灌浆系统检查与维护为防止在混凝土施工时破坏管路 , 灌浆系统预 埋管路由专人负责检测与维护 , 三班跟班检查 , 发现 问题及时解决 。每一层灌浆管路系统预埋完后 , 原 则上要求通水检查 , 但考虑到碾压混凝土施工中不 允许有过多的水进入仓面 , 通水检查一般安排在一 次混凝土施工完成后 3 天到第二次碾压混凝土施工前进行 , 通水检查压力不大于 011MPa 。检查结果表 明 , 进 、回浆管路通畅性较好 , 很少堵塞 ; 排气管路的 通畅概率在 70 %左右 。414灌浆施工前的准备工作41411缝面增开度 、坝体混凝土温度的测量 缝面增开度和坝体温

14、度通过预埋在缝面的测缝计来观测 。从灌浆前最后一次测量结果 ( 见表 1 、表 2) 来看 , 首次灌浆时诱导缝坝体混凝土温度偏高 , 但 缝面张开度较大 , 重复灌浆时诱导缝坝体混凝土温 度基本达到稳定温度 , 缝面张开度达到设计要求 。 首次与重复灌浆时诱导缝坝体混凝土温度及缝面增 开度平均值见表 1 、表 2 。41412灌前通水检查 通水检查分四步进行 :(1) 灌浆管路通畅性检查 , 主要检查进 、回浆管 路的通畅性 。采用压力水通过压力表 、水表等仪器 进行灌浆管路的通畅性检查 , 结果见表 3 、表 4 。(2) 排气管路的通畅性检查 , 主要检查排气管路 与冲洗管的互通情况 ,

15、 结果见表 5 、表 6 。(3) 出浆盒及缝面的通畅性检查 , 采用单开通水 检查方法 , 即利用某一进浆管路通水 , 回浆管路封 闭 ,压力控制在 014MPa 左右 , 观测进浆管路进水和 排气管路出水流量 。首次灌浆时各灌区出浆盒及缝 面通畅性检查情况见表 7 、表 8 , 重复灌浆见表 9 、10 。(4) 灌区的密封性检查 。通水时观测坝前 、坝后 及观测廊道 , 缝面有无外漏现象 。41413预灌性压水试验 灌浆前进行预灌性压水试验 , 压水压力与灌浆压力相同 。灌浆前缝面应通水浸泡 24h , 然后通入 洁净的压缩空气排除缝内积水 。41414灌浆材料灌浆采用白花水泥厂生产的

16、4215R 普通硅酸盐 水泥 , 所用水泥经过沙牌试验室检测完全符合质量 标准 , 水泥无受潮结块现象 。表 1 2 号缝 110 灌区温度 、增开度平均值灌区名称(灌区编号)12345678910首次灌浆时温度/ 1111121112111716171622112211151815181518重复灌浆时温度/ 1015111511151210121012121212121512151215首次灌浆时增开度/ mm310215215114114115115113113113重复灌浆时增开度/ mm015017017018018019019110110110注 :灌区自底向顶高程依次编为 110

17、 号。表 2 3 号缝 110 灌区温度 、增开度平均值灌区名称(灌区号)12345678910首次灌浆时温度/ 1215131413141518151822142214161416141614重复灌浆时温度/ 1013111211121119111912111211121312131213首次灌浆时增开度/ mm312213213115115114114112112112重复灌浆时增开度/ mm01811011011111111311311211211290表 3 2 号缝灌浆管路通畅性情况L/ min表 4 3 号缝灌浆管路通畅性情况L/ min1234567891058796080878

18、586787065灌区编号首次灌浆时 进 、回浆管最大流量重复灌浆时进 、回浆管最大流量 56 34 63 47 36 41 35 26 28 46 表 5 2 号缝排气管路通畅性情况L / min1234567891040 2515 503548384146484633 25 3322213924282532灌区编号首次灌浆时 排气管最大流量重复灌浆时 排气管最大流量123456789106860708378807578717138674645484745494538灌区编号首次灌浆时 进 、回浆管最大流量重复灌浆时 进 、回浆管最大流量 表 6 3 号缝排气管路通畅性情况L / min12

19、3456789105735434543565649584431302828382835303032灌区编号首次灌浆时 排气管最大流量重复灌浆时 排气管最大流量表 7 首次灌浆时 2 号缝出浆盒及缝面通畅性情况L/ min表 8 首次灌浆时 3 号缝出浆盒及缝面通畅性情况L/ min1234567891070796356748266817475灌区编号进 、回浆管 最大流量 排气管最大流量 32 2515 55 32 42 46 34 34 32 35 表 9 重复灌浆时 2 号缝出浆盒及缝面通畅性情况L/ min灌区编号12345678910进 、回浆管最大流量606057 85 72 71

20、64 81 70 75 排气管最大流量 50 35 29 45 41 45 32 38 34 40 表 10 重复灌浆时 3 号缝出浆盒及缝面通畅性情况L/ min123456789107141685439454030354832253520203024252526灌区编号进浆管通水 最大流量排气管出水 最大流量41415浆液制备浆液由制浆站集中制浆 , 水泥的称量误差小于 5 % ; 制浆用水采用水表计量 。浆液采用高速搅拌 , 搅拌时间一般 90s , 自制备至用完时间小于 2h 。制 浆站标准浆液水灰比均为 0151 的浆液 。415灌浆施工41511灌区施工顺序(1) 首次灌浆 间隔

21、14 天 灌区编号123456789103968485146334842483230302726302635282530进浆管通水 最大流量排气管出水 最大流量缝面容积后 , 改浓一级水灰比直至结束 。(2) 当缝面增开度大 、缝面管路通畅 、缝面通畅 性检查排气管单开流量大于 30L/ min 时 , 一开始即 灌注 0151 浆液 。(3) 为使浓浆尽快填满缝面 , 开灌时排气管全开放浆 , 其它管口 (回浆管) 间歇放浆 , 并测记相应管口 排出浆液的密度与弃浆量 , 当排气管排出最浓一级 浆液时 , 调节阀门控制压力直至结束 。(4) 先一回路浆管灌注结束 , 立即进行后一回路2 号

22、缝 1 灌 区2 号缝 2 、3 灌区3 号 缝 1 、2 、3 灌 区 间隔 42 天 3 号缝 4 、5 、6 、7 间隔 205 天 的灌浆工作 。后一回路灌注起始浆比为先一回路灌 注的最终浆比 。灌区4 号缝 4 、5 、6 、7 灌区8 、9 、10 灌区3 号缝 8 、9 、10 灌区(2) 重复灌浆2 号缝41514灌浆压力及缝面增开度控制(1) 在灌浆过程中 , 利用测缝计跟踪监测缝面增 开度 , 确保缝面增开度控制在 015mm 以内 , 施工中缝面 增 开 度 最 大 为 011mm , 最 小 为 0 , 一 般 在2 号缝 1 、2 、3 、4 、5 灌区3 号缝 1

23、、2 、3 、4 、5 、6 、7 、8 、9 、10 灌区2 号缝 6 、7 、8 、9 、10 灌区41512灌区各回路浆管灌注次序 灌区各回路浆管灌注次序全部按自下而上的原则 ,即先灌注 1 号回路 ( 回路编号按自下而上的顺 序) , 再依次灌注 2 号 、3 号等回路。41513浆液水灰比的控制(1) 水灰比采用 11 、0151 二个比级 , 先灌稀浆 至排气管排出接近进浆浓度的浆液或灌入量约等于0104mm 左右 。(2) 灌浆进浆压力最大 015MPa , 以各回路回浆 管管口压力表指示的压力控制 , 回浆管堵塞的回路 用进浆管管口压力控制 ; 排气管压力为 0128MPa 。

24、 最终以排气管压力来控制 。41515结束标准 排气管出浆达到或接近最浓比级浆液 , 排气管口压力或缝面增开度达到设计规定值 , 注人率不大 于 014L/ min 时续灌 20min , 灌浆即结束 。91 41516 灌后冲洗灌浆结束后对灌区各回路进 、回浆管轮换冲洗 ,冲洗压力为 0105011MPa , 直至回水清净 。 排气管冲洗时间较难把握 , 一般在灌浆结束后1030min 进行 , 冲洗压力为 0140145MPa ; 但冲洗 至回清水的时间较长 , 一般大于 30min , 而且带出的 浆液过多 。41517 特殊情况处理进 、回浆管及排气管路堵塞的处理 , 主要采用掏 孔

25、、冲洗 、钻孔等方法 。掏孔直接针对管口被堵塞的 管路 ; 冲洗是采用高压脉冲水反复冲洗微通的管路 ; 钻孔则是在管路完全不通时 , 在灌区合适位置 (廊道 或坝后) 钻穿缝孔 , 孔位 、孔向 、孔斜由计算确定 , 测 量放样 , 孔深以穿过缝面 20cm 控制 。沙牌诱导缝 灌浆共钻孔 11 个 , 恢复 7 个灌区的灌浆及排气系 统。缝面外漏时 , 采取嵌缝补漏措施 。串浆时 , 如果 具备灌浆条件 , 灌浆设备及材料满足要求 , 采用几个 灌区连续灌浆的方法 。5 工程质量检查对灌浆过程严格进行质量控制 , 分析施工记录 和成果资料 , 结合钻孔取芯和压水试验 , 判断灌浆效 果 。6

26、 成果分析611 耗浆量成果分析20 个灌区的诱导缝重复灌浆的灌区总面积为3 21016m2 ,首次灌浆时注入水泥总量为 93 40916kg , 平均单位注灰量为 2911kg/ m2 , 最大单位注灰量为 5615kg/ m2 , 最小单位注灰量为 1013kg/ m2 。重复灌 时注入水泥总量为 21 02118kg , 平均单位注灰量为 615kg/ m2 , 最大单位注灰量为 916kg/ m2 , 最小单位 注灰量为 317kg/ m2 。各灌区水泥用量及单位注入 量结果见表 1113 , 根据表 1113 绘制的各灌区单 位注入量增减折线见图 4 。从折线图看 , 首次灌浆和重复

27、灌浆时各灌区的 单位注入水泥量基本均匀 ; 首次灌浆各灌区单位面 积注入水泥量比重复灌浆时要大得多 , 这与碾压混 凝土特性有一定关系 ; 平均注灰量比充填密实缝面 测算的水泥用量稍微偏大 , 除灌区串浆造成部分浆 液损失外 , 缝面得到了很好的充填 。图 4 各灌区单位面积注入水泥量增减折线灌区 灌区底高程 灌区顶高程 灌区面积/ m/ m/ m2号灌入量/ kg单位 注入量/ kg·m - 2灌区 灌区底高程 灌区顶高程 灌区面积/ m/ m/ m2号灌入量/ kg单位 注入量/ kg·m - 21175010175710196103 82410191511750101

28、75710196105 2261026172175710176210140102 0171014142175710176210140103 4111024143176210176810168104 1171024153176210176810168101 9111011144176810177410160171 6491710134176810177410160176 3111139135177410178010158161 8971212105177410178010158163 1261019176178010178610156153 422142119617801017861015615

29、9 6781861197178610179210154146 4361841177178610179210154147 1661046148179210179810159115 1941832178179210179810159115 5661435109179810180410157118 8781056159179810180410157114 06516251910180410181010154195 52214351710180410181010154193 988142517表 11 首次灌浆各灌区水泥用量以及单位注入量表 12 2 号缝重复灌浆各灌区水泥用量以及单位注入量灌区号12

30、345678910灌入量/ kg96019953197551775015854147281685218688175861567318单位注入量/ kg·m - 241961841541751441751541331741392表 13 3 号缝重复灌浆各灌区水泥用量以及单位注入量灌区号12345678910灌入量/ kg1 8721 2441 4101 3161 41410 34141 4828641 305161 27312单位注入量/ kg·m - 2916819814812819616916514813812612质量检查沙牌碾压混凝土拱坝 18101750m 高程诱导缝 共 20 个灌区首次与重复灌浆时缝面张开度均大于 015mm , 已达到设计规定 , 排气管排浆密度均达到115g/ cm3 以上 , 其它情况正常 。选择 2 号缝 6 号 、7 号灌区与 3 号缝 4 号 、9 号 灌区进行钻孔取芯与压水试验 , 检查孔与缝面成一 定夹角 , 过缝面 20cm 终孔 , 通过芯样观测缝面水泥 结石的充填情况 。压水时压力为 014MPa , 橡塞堵在 缝面以上一定距离的位置 。检查结果见表 14 。表