沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝重复灌浆系统的施工

1、沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝重复灌浆系统的施工水电站设计DHPS 第 19 卷第 4 期 2003年 12 月 沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝重复灌浆系统的施工 郭国华 ,钟建军 2,蒲洪 2(1.中国水利水电第八工程局 ,湖南长沙 410007;2.四川二滩国际工程咨询有限责任 公司 ,四川成都 61(1072)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 :'rv543.6 文献标识码

2、 :B 文章编号 :1003 9805(2003)04008806 1 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"重点科技攻关项目一一"lOOm 以上高碾压混凝土拱坝研

3、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 ,经济效益显着 .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9.5m,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 36.5万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 .拱坝共设置 2 条诱 导缝（2号,3号

4、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18101750m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3210.6m2注入水泥总量93409.6kg最大单位注 灰量56.5kg/m2,最小单位注灰量10.3kg/n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1.6cm故再次对缝面进行了灌浆，共 耗水泥总量21021.8kg最

5、大单位注灰量 9.6kg/m2, 最小单位注灰量 3.7kg/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.3.1 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30cnl（高程1760m高程以下）或25cm（1760m高程以上）,长度为 lOOcm,重量50左右.重力式诱导板设计成对，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 1.3.2灌浆管路系统设计3.2.1 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

6、式 ,即水平间距0.5m,沿高程方向间距0.5-0.6m,埋设一对收稿日期 :20030604作者简介 :郭国华（ 1 974一） ,男,湖南常德人 ,工程师,主要从事水电工程施工工作 88广一一j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.一般每个虑到坝后无灌浆平台 ,不方便施工,一般将管口引至灌浆区诱导缝面预埋相互独立的 3套 1 英寸的单坝后左 ,右岸边坡 ） .串联在进灌浆 管路上的出浆盒回路钢管作进浆管和回浆管（管间距为0.75水平间距1.5m,高程方向间距1.52.25m.0.9m）,管口设计为直通下游面，出露0.5m左右（考止水片止浆片图 2 沙牌碾压混凝土拱坝诱

7、导缝重复灌浆系统典型布置示意 排气管设计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 0.75m 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 ,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 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

8、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0.100.21MPa 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水或浆液回流 .图 3 重复灌浆出浆盒结构示意测缝计布置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 硅羞噩丁 r _一一 上,中,下游部位各埋设一只测缝计 ,上游距坝前 1.8m,下游距坝后1.5m,中游位于坝中间.3.3 灌浆设计3.3.1 灌浆条件 首次灌浆在蓄水前缝面张开度大于 0.5mm时 进行.随坝体混凝土温度降低 ,缝面再度增开达0.5mm 以上时进行重复灌浆

9、 ,重复灌浆可多次进 行.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号 525 号现标准标号 42.5R 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 2:1,1:1,0.5:1 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/ T51482001)执行.灌浆压力控制为确保缝面在灌浆过程中增开度小于0.1mm时，进浆压力0.4

10、0.5MPa但对缝面 张开度较小且通水检查单开流量小于 25L/rain 的灌 区，可适当地增加进浆压力至 0.81.0MPa.最终 排气压力为 0.20.3MPa.4 诱导缝灌浆系统预埋及灌浆施工4.1 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0.17MPa左右. 最高为0.21MPa最低为0.10MPa.4.2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

11、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 5 7m 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 5crn 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

12、等 ） 根据设计图纸在项目部车间内加工而成 ,诱导板在 预制场按规定的规格及混凝土配合比进行预制 .4.3 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 前进行，通水检查压力不大于O.IMPa.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.4.4 灌浆施工前的准备工作4.4.1 缝面增开度 ,坝体混凝土温度的测量 缝面增开度和坝体温度通过预

13、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.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 ,结果见表 5,表 6.(3) 出浆盒及缝面的

14、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 0.4MPa 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 .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,然后通人 洁净的压缩空气排除缝内积水 .灌浆材料 灌浆采用白花水泥厂生产的 42.5R 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 次混凝土施工完成后 3 天到第

15、二次碾压混凝土施工标准 ,水泥无受潮结块现象 表12号缝110灌区温度,增开度平均值L/mTm表 32 号缝灌浆管路通畅性情况 L/min 表 43 号缝灌浆管路通畅性情况 表 52 号缝排气管路通畅性情况 l_./m/n表 7 首次灌浆时 2 号缝出浆盒及缝面通畅性情况I./min灌区编号 123456789IO鼍 63567482s74 排气管最大流量 3225.55532424634343235 表 9 重复灌浆时 2 号缝出浆盒及缝面通畅性情况 L/min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

16、至用完时间小于2h.制 浆站标准浆液水灰比均为 0.5:1 的浆液.4.5 灌浆施工4,5.1灌区施工顺序(1) 首次灌浆2 号缝 1 灌区坚 3号缝 1,2,3灌区一 2 号缝 2,3 灌区 3号缝 4,5,6,7 灌区一 4号缝 4,5,6,7灌区墼 2号缝 8,9,10灌区一 3号缝 8,9,10灌区(2) 重复灌浆2 号缝 1,2,3,4,5灌区一 3 号缝 1,2,3,4, 5,6,7,8,9,10灌区一 2 号缝 6,7,8,9,10灌区 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

17、等回路 .浆液水灰比的控制(1) 水灰比采用 1:1,0.5:1二个比级 ,先灌稀浆 至排气管排出接近进浆浓度的浆液或灌人量约等于 可糟_厂 _一一 灌区编号 123456789lO 进,量鹋 60鼢 8078 进 ,量 s67 镐钾勰表 63 号缝排气管路通畅性情况 IMmin 表 8 首次灌浆时 3 号缝出浆盒及缝面通畅性情况 IMmin灌区编号 123456789lO鼍 606057ss72矶 s排气管最大流量 表 l0 重复灌浆时 3 号缝出浆盒及缝面通畅性情况 L/min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

18、于 30L/min 时,一开始即 灌注 0.5:1 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 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 0.5mm 以内,施工中 缝面增开度最大为0.1mm最小为0,般在0.04mm 左右 .(2) 灌浆进浆压力最大0.5MPa,以各回路回浆

19、 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0.28MPa. 最终以排气管压力来控制 .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0.4L/min时续灌20min,灌浆即结束.9】 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0.O50.1MPa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0.40.45MPa;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 .4.5.7 特殊情况处理 进,回浆管及排气管路

20、堵塞的处理 ,主要采用掏 孔,冲洗,钻孔等方法 .掏孔直接针对管 1:3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20era控制.沙牌诱导缝 灌浆共钻孔 l1 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成果分析6.

21、I 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3210.6m2,首次灌浆时注入水泥总量为 93409.6kg.平均单位注灰量为29.1kg/m2,最大单位注灰量为56.5kg/m2最小单位注灰量为10.3km2.重复灌时注入水泥总量为21021.8kg,平均单位注灰量为6.5kg/m2,最大单位注灰量为9.6kg/m2,最小单位 注灰量为3.7kg/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 ,

22、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 .暑蚓一&t;划:扭图 4 各灌区单位面积注入水泥量增减折线表 11 首次灌浆各灌区水泥用量以及单位注入量孽/m嘲/m程灌积/kg/kg"m-日褊/m勰灌/kg/m量口 /I, 11750.01757.0196.03824.019.511750.01757.0196.05226.026.7 21757.01762.0140.02017.014.421757.01762.0 加.03411.024.4 31762.01768.0168.0

23、4l17.024.53l762.01768.0168.019l1.0l1.4 41768.01774.0160.71649.710.34l768.01774.0160.76311.139.3 51774.01780.0158.61897.212.051774.01780.0158.63126.019.7 nm 61780.01786.0156.53422.421.96l780.0l786.0156.59678.861.9 7l786.0179.0154.46436.841.77l786.01792.0154.47166.046.4 8179 眨.01798.0159.15194.832.781792.017918.0159.15566.435.0 9l798.01804.0157.18878.056.59l798.0l8o4.0157.14065.625.9 101804.01810.0154.95522.435.7101804.01810,0154.93988.425.7 表 122 号缝重复灌浆各灌区水泥用量以及单位注入量 1 一表 133 号缝重复灌浆各灌区水泥用量以及单位注入量6.2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