預(yù)埋灌漿管在毛爾蓋水電站壓力鋼管中的應(yīng)用

陳 子 海， 陳 子 河， 陳 紹 英

(1.中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072;2.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072)

1 壓力鋼管的布置與設(shè)計

毛爾蓋水電站位于黑水河中游紅巖鄉(xiāng)至俄石壩河段，是黑水河流域水電規(guī)劃二庫五級方案開發(fā)的第Ⅲ個梯級水電站。電站壓力管道布置為地下埋藏式，采用一管三機聯(lián)合供水方式。壓力管道由上平段、斜井段、下平段、岔支管段組成。壓力管道上平段長約102 m，起始端中心高程2 018.5 m;斜井長 211.6 m，傾角 55°;下平段長約173 m，下平段中心高程為1 864.8 m;壓力管道主管內(nèi)徑為7 m。下平段主管末端設(shè)置兩個卜形月牙肋岔管，岔管公切球直徑分別為7.24 m、6.54 m。岔管后接支管，最大長度為70 m，內(nèi)徑4 m。

壓力管道主管基本參數(shù)見表1。

表1 壓力管道主管基本參數(shù)表

為了使埋藏壓力鋼管回填混凝土與巖面、鋼管外壁與回填混凝土緊密接觸，需在壓力鋼管上平段、下平段、支管段設(shè)置回填、接觸灌漿。原設(shè)計方案的回填、接觸灌漿采取開設(shè)灌漿孔并在管壁外側(cè)設(shè)置加強板的方式。

灌漿孔大樣見圖1。

2 采用預(yù)埋灌漿管的必要性

《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范》DL/T5017－2007第5.2.7條的條文說明中提出“對高強鋼......不宜采用在管壁上開設(shè)灌漿孔的方式灌漿”[1]。

圖1 灌漿孔大樣示意圖

高強鋼灌漿孔堵頭采用熔化焊時需進行預(yù)熱和后熱，以減少焊接裂紋的出現(xiàn)。由于灌漿孔尺寸小，不便貼合可控制加熱溫度的遠紅外電加熱片，而是采用人工控制溫度的火焰加熱法，從而導(dǎo)致各個部位加熱、冷卻不均勻，進而可能導(dǎo)致焊縫開裂。

高強鋼的合金元素多，成分復(fù)雜，金相組織為低碳板條馬氏體或粒狀下貝氏體，缺口裂紋敏感性比較高。由于其強度較高，相應(yīng)的塑性、韌性相對較低，故采用熔化焊接工藝封堵灌漿孔易產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷。

灌漿孔內(nèi)不易清除的浮銹、油污、油漆、泥漿以及圍巖滲水或灌漿凝固水滲出均會導(dǎo)致焊接接頭內(nèi)的擴散氫含量增加，存在氫致裂紋的可能。

經(jīng)調(diào)研分析，國內(nèi)采用高強鋼壓力鋼管的十三陵、寶泉抽水蓄能、洪壩等多個水電站由于灌漿孔焊縫開裂，影響了工程運行發(fā)電。

因此，考慮到毛爾蓋水電站壓力鋼管采用高強鋼，管壁厚、灌漿孔封堵難度大，有必要研究將灌漿孔更改為預(yù)埋灌漿管的可行性。

3 采用預(yù)埋灌漿管的工程措施

經(jīng)廣泛收集資料，參考國內(nèi)多個項目的經(jīng)驗并經(jīng)進一步深入研究，確定取消壓力鋼管回填及接觸灌漿孔，并在相應(yīng)部位設(shè)置預(yù)埋管路進行頂拱回填灌漿及底板接觸灌漿。

在壓力管道頂拱開挖面90°范圍布置了三排預(yù)埋回填灌漿管，在鋼襯底板管壁外側(cè)60°范圍布置了三排接觸灌漿管。

灌漿管布置橫剖面見圖2，縱剖面見圖3。

圖2 灌漿管布置橫剖面圖

圖3 灌漿管布置縱剖面圖

3.1 回填灌漿

混凝土澆筑7 d后進行回填灌漿施工。

每10 m左右為一段進行埋管、灌漿，待質(zhì)量檢查合格后再進行下一段的埋管、灌漿施工。

(1)預(yù)埋回填灌漿管。

考慮到回填混凝土施工困難，壓力管道頂拱脫空高度較大，經(jīng)研究決定采用價格較低的鍍鋅鋼管可滿足要求，因此，回填灌漿預(yù)埋管采用φ50鍍鋅鋼管。

在鋼管頂拱90°范圍內(nèi)，緊貼基巖面設(shè)置了3組回填灌漿管，每組回填灌漿管為3趟，1趟為進漿管，1趟為回漿管，另1趟為排氣管。排氣管設(shè)在頂拱基巖面最高點，在深入孔深10 cm的基巖中鉆孔8 cm。預(yù)埋灌漿管采用插筋固定在頂拱開挖面。灌漿管、回漿管、排氣管安裝完成后做好保護并作出醒目標記，以防混淆。灌漿前，對灌漿管進行檢查，確保管路暢通。

(2)回填灌漿施工。

回填灌漿壓力采用0.3 MPa，水灰比為0.5∶1。回填灌漿按照襯砌混凝土倉號分區(qū)進行，由低處向高處施工。當達到灌漿壓力0.3 MPa且停止吸漿、繼續(xù)灌注10 min即可結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束后，將排氣管中的水泥漿放空，將其作為回填灌漿質(zhì)量檢查管使用。

(3)回填灌漿質(zhì)量檢查。

回填灌漿結(jié)束7 d后，向排氣管內(nèi)注入水灰比為2∶1的水泥漿，灌漿壓力為0.3 MPa，初始10 min內(nèi)注入漿量不大于10 L為合格，超過10 L視為不合格。

經(jīng)檢查，回填灌漿合格。

3.2 接觸灌漿

按觸灌漿施工工藝流程為:施工準備→接觸灌漿埋管→混凝土澆筑待強28 d→接觸灌漿施工→待凝7 d→接觸灌漿質(zhì)量檢查。

每10 m左右為一段進行接觸灌漿埋管、灌漿，質(zhì)量檢查合格后，再進行下一段的埋管、灌漿施工。

(1)預(yù)埋接觸灌漿管。

在壓力管道回填混凝土凝固過程中，其收縮造成在底板附近的脫空，具有高度較小，灌漿困難的特點。參考小浪底、向家壩等項目的成功經(jīng)驗，毛爾蓋水電站接觸灌漿采用由上海捷特生產(chǎn)的G300型(φ38)全斷面灌漿管。

捷特全斷面灌漿管內(nèi)芯骨架設(shè)計為螺旋體，具有良好的柔韌性，在管體上均勻設(shè)有四排出漿孔(交錯布置)并在外層設(shè)有起單向開關(guān)作用的發(fā)泡材料，以防止砂漿堵塞出漿孔。灌漿管體直接與鋼管外壁緊密接觸，灌漿時，漿液可壓縮發(fā)泡材料并均勻地注入混凝土與基巖面之間的縫隙中，不倒流、可重復(fù)灌漿、灌漿密實。

G300型全斷面灌漿管外觀見圖4，橫剖面見圖5。

在鋼管底板60°范圍內(nèi)，緊貼鋼管外壁設(shè)置了3組接觸灌漿管。從鋼管加勁環(huán)上的60 mm×60 mm孔穿過，用專用固定卡緊貼將其固定在鋼管外壁。在全斷面灌漿管兩側(cè)端部用φ20PVC管相接，一根作為進漿引管，另一根作為回漿、排氣管，灌漿管、排氣管安裝完成后在管口做好保護并作出醒目標記。灌漿前對灌漿管進行檢查，確保管路暢通。

圖4 G300型全斷面灌漿管外觀圖

圖5 G300型全斷面灌漿管剖面圖

(2)接觸灌漿施工。

灌漿前，用潔凈的壓縮空氣再次檢查埋管連通情況，吹除管路內(nèi)的污物和積水，風(fēng)壓小于0.2 MPa。

接觸灌漿壓力采用0.2 MPa，水灰比為0.55～0.8∶1。灌漿自低處由引管進漿，并在灌漿過程中敲擊震動鋼襯，待回漿、排氣管分別排出濃漿且灌漿管停止吸漿、延續(xù)灌注5 min即可結(jié)束灌漿。

(3)接觸灌漿的質(zhì)量檢查。

接觸灌漿完成并達到凝期后，采用錘擊法對壓力鋼管上平段、下平段、支管段接觸灌漿進行質(zhì)量檢查。檢查結(jié)果顯示，壓力鋼管上平段超出設(shè)計要求0.5 m2的脫空有六處，最大一處脫空為1.2 m2;下平段超出設(shè)計要求的脫空有兩處，最大一處脫空為0.8 m2;支管段沒有超出設(shè)計要求的脫空。

對壓力鋼管上平段、下平段、下平段支管進行沖擊回波檢測，結(jié)果顯示上平段局部存在不連續(xù)的輕微脫空和脫空現(xiàn)象，其中錘擊法判斷脫空面積達1.2 m2的位置屬輕微脫空;下平段及下平段支管整體鋼襯與混凝土間接觸緊密。

考慮到壓力鋼管上平段內(nèi)水壓力較低，底板及底板左、右兩側(cè)局部不連續(xù)脫空的面積相對設(shè)計要求的0.5 m2超出較小以及高強鋼開孔灌漿后封孔風(fēng)險大等因素，經(jīng)進一步復(fù)核，確定壓力鋼管上平段不再采用接觸灌漿補灌措施。

4 結(jié)語

毛爾蓋水電站壓力鋼管采用預(yù)埋管路進行頂拱回填灌漿及底板接觸灌漿，經(jīng)質(zhì)量檢查，滿足結(jié)構(gòu)要求。

預(yù)埋灌漿管應(yīng)用于高強鋼壓力鋼管，可簡化工序、方便施工、避免高強鋼開孔灌漿后封孔困難的風(fēng)險。

[1]水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范，DL/T5017－2007[S].