聚脲補(bǔ)強(qiáng)、格賓護(hù)底、帷幕灌漿工藝在除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

黃振華

(江西省贛撫平原水利工程管理局，南昌 330096)

?

聚脲補(bǔ)強(qiáng)、格賓護(hù)底、帷幕灌漿工藝在除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

黃振華

(江西省贛撫平原水利工程管理局，南昌 330096)

贛撫平原水利工程中的焦石進(jìn)水閘和船閘由于使用時(shí)間久遠(yuǎn)，不同程度的出現(xiàn)了裂紋等損傷，隨著科技的發(fā)展，對(duì)于帷幕灌漿中的灌漿原料更為優(yōu)化，研制出性能優(yōu)異、對(duì)環(huán)境友好的材料，在贛撫平原水利工程中的焦石進(jìn)水閘和船閘除險(xiǎn)加固工程中采用了聚脲補(bǔ)強(qiáng)、格賓護(hù)底、帷幕灌漿3個(gè)工藝對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固，節(jié)約成本的同時(shí)，也提高了進(jìn)水閘和船閘的安全性。

聚脲補(bǔ)強(qiáng)；格賓護(hù)底；帷幕灌漿；焦石進(jìn)水閘；除險(xiǎn)加固

到目前為止，全國(guó)共有大中型水閘7000多座，但水閘大都是20世紀(jì)50—70年代建成的，受限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、施工條件差、運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)、部分水閘老化失修嚴(yán)重，嚴(yán)重影響防洪、排澇、擋潮、引水等功能的正常發(fā)揮，亟需進(jìn)行排險(xiǎn)加固。到2008年水利部組織的全國(guó)水閘安全普查顯示，全國(guó)4.1萬(wàn)座小(1)型以上水庫(kù)約有2/3以上有不同程度的病險(xiǎn)情況。鑒于建設(shè)大型水庫(kù)投資大、時(shí)間長(zhǎng)等不利方面，對(duì)現(xiàn)有的病險(xiǎn)水閘的除險(xiǎn)加固顯得更為重要。

1 贛撫平原焦石進(jìn)水閘和船閘情況介紹

焦石樞紐進(jìn)水閘及船閘位于贛撫平原水利樞紐工程西總干渠的渠首，是贛撫平原水利工程的重要組成部分。進(jìn)水閘位于焦石攔河壩左岸，焦石進(jìn)水閘共7孔，每孔凈寬3m，設(shè)計(jì)正常引水流量為107m3/s，最大過(guò)閘流量為164m3/s，灌溉西總干渠6.7 萬(wàn) hm2農(nóng)田；焦石船閘進(jìn)出口凈寬8m，閘室長(zhǎng)65m、底寬12m，水深3m，通行百噸級(jí)輪船，是溝通贛江、撫河航運(yùn)的主要出入口船閘。

按照《水閘安全鑒定規(guī)定》(SL214—98)水閘病險(xiǎn)級(jí)別的判定標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)江西省大壩管理中心核查確認(rèn)，焦石樞紐進(jìn)水閘及船閘為三類閘，需除險(xiǎn)加固。2012年6月，江西省發(fā)改委以《關(guān)于贛撫平原焦石進(jìn)水閘和船閘除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)(代可研)的批復(fù)》同意工程初步設(shè)計(jì)，核定項(xiàng)目概算投資1181.91萬(wàn)元。

2 聚脲補(bǔ)強(qiáng)

2.1 聚脲補(bǔ)強(qiáng)簡(jiǎn)介

聚脲補(bǔ)強(qiáng)工藝是1991年美國(guó)開發(fā)出來(lái)的對(duì)工作橋表面噴涂具有強(qiáng)彈性抗沖磨的聚脲材料，中國(guó)水利水電科學(xué)院于2003年引進(jìn)此技術(shù)并成功的應(yīng)用到水利工程中。該工藝具有的優(yōu)勢(shì)：①可以實(shí)現(xiàn)快速固化，5s時(shí)間即可固化，1min可實(shí)現(xiàn)步行強(qiáng)度，過(guò)程不需催化劑；②不受施工環(huán)境的影響，可以在任意曲面、斜面，甚至是垂直面都可以實(shí)現(xiàn)不掛流的現(xiàn)象；③施工過(guò)程對(duì)環(huán)境的濕度、溫度不敏感，適應(yīng)性強(qiáng)；④聚脲材料本身具有優(yōu)異的耐磨性、柔韌性、耐老化性、高黏性和高拉升強(qiáng)度等性能；⑤對(duì)底材如混凝土、鋼筋等有很優(yōu)異的黏結(jié)強(qiáng)度；⑥具有極強(qiáng)的防滲、耐沖擊和防炭化性能。

2.2 聚脲補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在焦石進(jìn)水閘船閘中的應(yīng)用

該技術(shù)要求在進(jìn)水閘閘房以外閘體與船閘上下游放水洞及中斷閘室側(cè)墻噴涂聚脲補(bǔ)強(qiáng)，采用2mm聚脲彈性體抗沖磨材料他要達(dá)到的性能如表1所示。

滲漏治理方案：清理進(jìn)水閘閘墩表面和船閘上下游放水洞和中段閘室表面污漬、雜物，除去疏松基層，露出混凝土層；用水沖洗表面的浮塵，大型顆粒；懸掛鋼絲網(wǎng)進(jìn)行增強(qiáng)；磨碎石混凝土2-3cm；抹聚合物水泥砂漿1cm；刷帶濕施工底漆；噴涂BASF聚脲2.0mm；完工，檢查驗(yàn)收。

表1 聚脲補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)性能要求

3 格賓護(hù)底

3.1 賓格護(hù)底簡(jiǎn)介

賓格加強(qiáng)工藝是在加筋土技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的，它實(shí)現(xiàn)對(duì)加筋土技術(shù)的提升與完善。賓格加強(qiáng)技術(shù)突出優(yōu)勢(shì)在于：①鋼絲網(wǎng)面組成其六邊形的結(jié)構(gòu)，拉筋與面墻無(wú)節(jié)點(diǎn)連接，是一鋼筋網(wǎng)面結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)上面分層填土壓實(shí)，與回包斷網(wǎng)面和面墻網(wǎng)面共同作用形成加筋格賓結(jié)構(gòu)；②格賓加強(qiáng)具有操作簡(jiǎn)單快捷的優(yōu)勢(shì)，可分割成各種規(guī)格的單元，一般規(guī)格是幅寬2m，高0.5-1.0m，長(zhǎng)度根據(jù)需要設(shè)定的；③基于格賓加強(qiáng)工藝的鋼絲網(wǎng)面結(jié)構(gòu)，它可以增高邊坡的高度，甚至可以實(shí)現(xiàn)垂直的坡面，減少占地面積；④結(jié)構(gòu)具有良好的透水性，能節(jié)省建設(shè)排水系統(tǒng)設(shè)施的費(fèi)用；⑤在該結(jié)構(gòu)上鍍鋅或者高爾凡，可是壽命增加50-60a。由于覆膜高爾凡具有較高的耐腐蝕性，能是材料的使用壽命增加至100a以上[4]。

3.2 格賓護(hù)底技術(shù)在焦石進(jìn)水閘上的應(yīng)用

格賓護(hù)底位于進(jìn)水閘下游海幔處，頂高程22.12m,沿水流方向護(hù)底長(zhǎng)度38.30m。格賓石籠采用鍍高爾凡格賓網(wǎng)，尺寸為4.0m×1.0m×0.5m，網(wǎng)孔型號(hào)為8×10，網(wǎng)面鋼絲為2.7mm，綁扎鋼絲為2.2mm，網(wǎng)面抗拉強(qiáng)度50kN/m，內(nèi)裝塊石。

格賓石籠護(hù)底施工順序：①做前期準(zhǔn)備，測(cè)量放樣；②清理基面，保證基面的平整、密實(shí)、無(wú)雜質(zhì)，如果遇到較差地質(zhì)土質(zhì)如淤泥時(shí)，需要先鋪設(shè)塊石再鋪設(shè)護(hù)墊；③安裝組裝好的格賓網(wǎng)；④均勻填充石料，要求一次性填滿高度，可適當(dāng)高出護(hù)墊，要求必須密實(shí)，空隙可用小碎石填塞；填充料的容重應(yīng)達(dá)到1.70 t/m3；⑤格賓網(wǎng)封蓋，要求面層石料必須砌壘整平。封蓋網(wǎng)與網(wǎng)身、間隔網(wǎng)間相交邊框線必須每隔25cm綁扎一道。應(yīng)將所有石籠組相鄰的封蓋框線與邊框線綁扎在一起。

組裝格賓網(wǎng)護(hù)墊時(shí)的注意事項(xiàng)：①間隔網(wǎng)與網(wǎng)身應(yīng)成90°相交后，才可綁扎成護(hù)墊狀；②綁扎線必須是與網(wǎng)線同材質(zhì)的鋼絲；③每道綁扎必須是雙股線并絞緊；④護(hù)墊組的間隔網(wǎng)與網(wǎng)身間綁扎道必須符合要求；⑤間隔網(wǎng)與網(wǎng)身的4處交角各綁扎一道；⑥間隔網(wǎng)與網(wǎng)身交接處，每間隔25cm綁扎一道；⑦護(hù)墊組間相鄰的上下框線或折線，必須符合每間隔25cm綁扎一道要求。

4 帷幕灌漿

4.1 帷幕灌漿簡(jiǎn)介

灌漿技術(shù)首次被提出被應(yīng)用于阿里因普瑞貝礦對(duì)井筒的灌漿堵水，用水泥封堵井筒漏水的地方。到1910年使用自動(dòng)壓力記錄表，建立了灌漿壓力與滲透性能之間的關(guān)系。荷蘭采礦工程師E.J.Joosten首次提出采用水玻璃、CaCl2雙液系統(tǒng)的二次加注的工藝，證實(shí)了化學(xué)灌漿灌漿技術(shù)的可行性。帷幕灌漿是將漿液灌入巖體或土層的裂隙、孔隙，形成連續(xù)的阻水帷幕，以減小滲流量和降低滲透壓力的灌漿工程。帷幕灌漿技術(shù)首次被應(yīng)用到大型工程中的是美國(guó)對(duì)胡佛水壩的帷幕灌漿，并在這次工程之后建立了灌漿工程設(shè)計(jì)與施工要求標(biāo)準(zhǔn)。隨著材料領(lǐng)域的發(fā)展，應(yīng)用于灌漿技術(shù)中的材料也逐漸豐富起來(lái)，各種化學(xué)漿材和水泥漿材等被應(yīng)用于灌漿技術(shù)中，使得灌漿工藝和設(shè)備得到了空前的發(fā)展。

4.2 帷幕灌漿技術(shù)在焦石進(jìn)水閘中的應(yīng)用

帷幕灌漿位于進(jìn)水閘上游，灌漿軸線長(zhǎng)度68m，共分為35孔，設(shè)計(jì)鉆孔進(jìn)尺5.95-22.10m，設(shè)計(jì)灌漿進(jìn)尺5.18-10.21m。灌漿采用PO42.5水泥，細(xì)度要求通過(guò)80um方孔篩余量≤5%。

帷幕灌漿技術(shù)在焦石進(jìn)水閘中的施工順序：

1)做好施工準(zhǔn)備及測(cè)量放樣；②搭設(shè)灌漿設(shè)備；③鉆孔，采用鉆孔機(jī)鉆孔，每2m一孔，共35孔，孔位誤差不得超過(guò)10cm；④清孔，回水澄清后10min結(jié)束，且要求且孔底殘留物厚度≤20cm；⑤壓水試驗(yàn)；⑥采用自上而下分段灌漿法，灌漿采用孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)的方式，射漿管距離孔底≤50cm；灌漿壓力為0.5Mpa，漿液水灰比采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1七個(gè)比級(jí)(重量比)。當(dāng)灌漿達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，注入率≤0.4L/min后，繼續(xù)灌注30min可結(jié)束；⑦封孔；⑧完工，驗(yàn)收。

由于注漿孔的布置和漿料液消耗量有擴(kuò)散半徑?jīng)Q定，擴(kuò)散半徑也決定著工藝選擇參數(shù)、評(píng)價(jià)注漿的效果。

牛頓漿液在砂層的球形擴(kuò)散公式：

(1)

式中：r為漿液的滲透半徑；K為土體的滲透系數(shù)；h1為注漿壓力水頭；β為漿液黏度與水的黏度之比，β=μg/μw；n為土體的孔隙率；t為注漿時(shí)間；r0為注漿孔半徑。

牛頓漿液的柱形擴(kuò)散公式：

(2)

賓漢姆漿液：

(3)

5 結(jié) 論

綜上所述，在贛撫平原水利工程中的焦石進(jìn)水閘和船閘除險(xiǎn)加固工程中采用了聚脲補(bǔ)強(qiáng)、格賓護(hù)底、帷幕灌漿3個(gè)工藝對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固，節(jié)約成本的同時(shí)，也提高了進(jìn)水閘和船閘的安全性。隨著科技的發(fā)展，對(duì)于帷幕灌漿中的灌漿原料更為優(yōu)化，研制出性能優(yōu)異、對(duì)環(huán)境友好的材料。

[1]姜楠.帷幕灌漿在西藏阿渦奪水庫(kù)大壩基礎(chǔ)防滲處理中的應(yīng)用[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2014.

[2]邱順兵.大崗山水電站深孔帷幕灌漿孔鉆柱力學(xué)分析及鉆孔彎曲機(jī)理研究[D].成都：成都理工大學(xué),2014.

[3]楊力.淺談小灣大壩帷幕灌漿施工工藝[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2010(01):155-159.

[4]劉立橋.淺談生態(tài)賓格網(wǎng)在護(hù)坡設(shè)計(jì)中的選擇與應(yīng)用[J].江蘇水利,2014(08):37-38，41.

1007-7596(2016)10-0093-03

2016-09-26

黃振華(1984-)，男，江西南昌人，工程師。

TV698.2

B