自制灌漿盒在鋼襯接觸灌漿中的應(yīng)用

程正邦，石春，李世斌，徐新宇，郝曉輝

（中電建建筑集團(tuán)有限公司，北京 100120）

1 工程概況

吉林敦化抽水蓄能電站，發(fā)電樞紐機(jī)組額定水頭655.0 m，最大發(fā)電水頭700.9 m，最大抽水揚(yáng)程712.0 m，為典型的700.0 m 級(jí)高水頭電站。電站引水系統(tǒng)工程分為引水隧洞、調(diào)壓室和高壓管道三大部分，水道系統(tǒng)從調(diào)壓室井座段下游起，一直到引水支管段末端全部采用鋼管襯砌，設(shè)計(jì)鋼管安裝長(zhǎng)度為4 238.51 m，重量約為2.33 萬t。引水系統(tǒng)高壓管道由高壓主管、高壓岔管和高壓支管組成。鋼管襯砌，即鋼管作為內(nèi)模板，在鋼管與巖體之間回填素混凝土，混凝土性能指標(biāo)為C20F50W6，二級(jí)配，厚60 cm。鋼管底拱90°范圍設(shè)置接觸灌漿，混凝土回填60 d 后實(shí)施，灌漿完成14 d 后采用彈性波法和敲擊法檢測(cè)，要求灌漿飽滿密實(shí)，局部脫空面積不大于0.5 m2且不連續(xù)為合格。

2 工藝優(yōu)化

敦化抽水蓄能電站引水系統(tǒng)工程是工程次關(guān)鍵線路，技術(shù)上制約工期進(jìn)度的主要為高壓管道平洞段壓力鋼管鋼襯的接觸灌漿，工程平洞段鋼管所用鋼材均為500 MPa 級(jí)調(diào)質(zhì)鋼和600 MPa 級(jí)、800 MPa 級(jí)高強(qiáng)鋼，施工中，高強(qiáng)鋼不允許在管壁上開孔，必須采用預(yù)埋灌漿管的施工方法進(jìn)行灌漿。根據(jù)DL/T 5148-2012《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》要求，鋼襯接觸灌漿宜在襯砌混凝土澆筑結(jié)束60 d 后進(jìn)行，且每個(gè)回填灌漿區(qū)段長(zhǎng)度不宜大于3 個(gè)襯砌段，若灌漿區(qū)段太長(zhǎng)，混凝土內(nèi)埋管過多，不僅影響灌漿質(zhì)量，而且對(duì)混凝土本身施工質(zhì)量也有很大影響，嚴(yán)重制約施工進(jìn)度。

2.1 初步方案

鋼襯接觸灌漿指用漿液灌入鋼襯下半部分鋼管外壁與回填混凝土之間的縫隙。敦化抽水蓄能電站為700.0 m 級(jí)高水頭電站，壓力鋼管絕大部分采用高強(qiáng)鋼卷制，高強(qiáng)鋼焊接條件苛刻，裂紋敏感度較高，鋼管管壁不允許開孔，接觸灌漿只能采用預(yù)埋管路方式實(shí)施。

通過以往類似工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)在市面上常見的材料，制定了預(yù)埋管路式灌漿方案[1]。首先進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，混凝土澆筑單元長(zhǎng)度為12.0 m，為保險(xiǎn)起見，選擇500 MPa 級(jí)鋼管作為試驗(yàn)段（500 MPa鋼管可開孔灌漿）。鋼管安裝完成后，先采用PVC管作為漿液通道，管上面間隔20 cm 開花孔，土工布包裹后，固定于鋼管外壁。鋼管底拱90°范圍布置3 組，末端引出澆筑單元端部模板，孔口采用膠塞封閉保護(hù)，混凝土澆筑60 d 齡期后實(shí)施了接縫灌漿，灌漿14 d 后進(jìn)行彈性波檢查和敲擊檢查。彈性波反饋圖像顯示，3 條測(cè)線區(qū)存在6 處欠密實(shí)段，通過在確定測(cè)線范圍進(jìn)行敲擊檢查，有2 處脫空面積超過0.5 m2，其他4 處未超標(biāo)，經(jīng)開孔補(bǔ)灌，檢測(cè)合格。連續(xù)試驗(yàn)了3 個(gè)澆筑單元，效果都不很理想，利用管壁上的預(yù)留孔實(shí)施了二次補(bǔ)灌后檢測(cè)合格。急需尋找一種特殊的裝置或工藝，來解決實(shí)施接觸灌漿后仍然出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)脫空現(xiàn)象。

2.2 方案一次優(yōu)化

采用可重復(fù)灌漿管來解決上述問題?？芍貜?fù)灌漿管內(nèi)徑8 mm、外徑22 mm，主管路采用高級(jí)塑料（PVC 和PP）為主材，具有良好的柔韌性，內(nèi)芯骨架設(shè)計(jì)為螺旋體形狀。在管體上均勻設(shè)有4排出漿孔（交錯(cuò)布置）和外層設(shè)有單向開關(guān)作用的發(fā)泡材料，以防止砂漿將其堵塞。當(dāng)灌漿時(shí)，漿液會(huì)沿著管壁壓縮發(fā)泡材料，全斷面出漿，并均勻地注入混凝土與鋼管之間的縫隙中，漿液不倒流，可重復(fù)灌漿，灌漿密實(shí)，飽滿，灌后效果好[2]。

隨著工程進(jìn)展速度加快，這種灌漿管可滿足多次性灌漿，灌后密實(shí)飽滿，但存在以下問題。

1）管路柔軟，每隔20～25 cm 需要固定一個(gè)管卡，數(shù)量眾多，安裝時(shí)間較長(zhǎng)；鋼管底部空間狹小，人員躺在底板上操作，安裝難度大。

2）管卡為硬塑料材質(zhì)，和鋼管固定只能采取膠粘，粘結(jié)凝固時(shí)間長(zhǎng)，而且塑料和鋼板外防腐層是兩種不同材質(zhì)，粘結(jié)力不理想。

3）灌漿管內(nèi)徑8 mm，對(duì)于漿液要求較高，稍微有點(diǎn)雜質(zhì)就可能造成管路堵塞，造成灌漿失效。

4）管路抗擾動(dòng)性能差，混凝土入倉(cāng)或振搗時(shí)，灌漿管容易被沖擊或擾動(dòng)而掉落，恢復(fù)原狀難度大，造成埋管失效。

目前，這種可重復(fù)灌漿管多為PVC 材質(zhì)，一般用于混凝土接縫灌漿，經(jīng)過生產(chǎn)性試驗(yàn)分析，這種灌漿管與壓力鋼管外壁接觸面積較小，花孔出漿量小且易造成堵孔。另外，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)性較大，廠商多為小作坊，貨源質(zhì)量參差不齊，對(duì)灌漿質(zhì)量影響較大。

敦化電站水道系統(tǒng)壓力鋼管長(zhǎng)4 238.5 m，接觸灌漿工程量大，尤其是澆筑前的預(yù)埋灌漿系統(tǒng)，工藝復(fù)雜，安裝過程的一個(gè)小失誤或澆筑過程經(jīng)受擾動(dòng)掉落，就可能導(dǎo)致整個(gè)單元灌漿失敗，補(bǔ)充灌漿或再次修復(fù)難度大，急需一種便于埋設(shè)且一次性灌漿質(zhì)量較高的灌漿工藝解決以上問題。

2.3 方案二次優(yōu)化

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和技術(shù)改造，采用了一種灌漿盒及配套管路裝置，解決了此工程鋼管襯砌的接觸灌漿問題，見圖1。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和試驗(yàn)結(jié)果，定制了一種喇叭狀的鐵皮結(jié)構(gòu)灌漿盒，該套灌漿盒裝置形狀為漏斗狀，由喇叭口、喇叭嘴連接口和小支管組成。喇叭口和連接口采用一塊1.5 mm厚的鐵皮沖壓，形成圓錐體型，喇叭口外方內(nèi)圓，接觸鋼管壁的正方形壓邊邊長(zhǎng)120.0 mm，喇叭口圓形直徑100.0 mm，邊沿寬10.0 mm，沖壓后的椎體高25.0 mm，頂部開圓孔直徑22.0 mm，向外翻出5.0 mm 高的小棱邊，小支管采用內(nèi)徑25.0 mm、壁厚2.5 mm、長(zhǎng)150.0 mm。灌漿漿液通過主管進(jìn)入支管后到達(dá)漏斗部，并向四周擴(kuò)散，將鋼管外壁與混凝土的縫隙填滿，達(dá)到接觸灌漿的目的。

圖1 自制灌漿盒預(yù)埋設(shè)計(jì)圖

安裝時(shí)，喇叭口緊貼鋼管外壁，四周采用工業(yè)肥皂施封，喇叭嘴連接1 根支管，通過三通連接于主管路上，主管路為直徑25 mm 的鋼管，直接焊接于鋼管加勁環(huán)上，同時(shí)將灌漿盒壓緊在鋼管外壁上，固定后不再隨意移動(dòng)，主管末端引出澆筑倉(cāng)面端部，隨澆筑單元增加逐步接長(zhǎng)。灌漿時(shí)，漿液通過主管路進(jìn)入到支管和灌漿盒，沖開喇叭口接縫，到達(dá)鋼管外壁與底部混凝土的縫隙中，完成接觸灌漿。

二次優(yōu)化具有如下優(yōu)勢(shì)：

1）該套灌漿盒裝置制作工藝簡(jiǎn)單，可批量化生產(chǎn)，預(yù)埋的灌漿管路為市面上常見的大宗材料，料源采購(gòu)便利，價(jià)格具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2）灌漿盒外壁采用工業(yè)肥皂密封，澆筑漿液不會(huì)反向透入到灌漿系統(tǒng)，灌漿時(shí)，通過壓力灌漿打開灌漿盒和管壁的縫隙，漿液全部注入接觸灌漿的空隙之中。

3）灌漿盒及灌漿管路均為鐵皮或鋼管材質(zhì)，壓力鋼管固定方法簡(jiǎn)單，普通的手工焊接均可達(dá)到定位與固定的目的。固定后受混凝土澆筑沖擊和振搗擾動(dòng)能力強(qiáng)，埋設(shè)安裝質(zhì)量可靠。

4）灌漿管路直徑大，漿液通過性好，發(fā)生堵管可能性極低，灌漿效率高，一次性灌注質(zhì)量高。

5）灌漿主管和支管、主管之間、主管接長(zhǎng)均采用市面上常見的三通、直接頭、彎頭等構(gòu)件，采購(gòu)方便。

3 效果

采用可重復(fù)灌漿管實(shí)施鋼襯段接觸灌漿，以18.0 m 一個(gè)單元計(jì)，預(yù)埋可重復(fù)灌漿管18.0 m×6=108.0 m，固定管卡25 cm 一個(gè)，共計(jì)432 個(gè)。每月澆筑2個(gè)單元，60 d后實(shí)施接觸灌漿，需要4個(gè)單元引管，使用灌漿管和固定卡4組。人工3人，每單元埋設(shè)管路用時(shí)1 d，共計(jì)4 d。采用該套預(yù)埋自制灌漿盒裝置實(shí)施鋼襯段接觸灌漿，以18.0 m一個(gè)單元計(jì)，預(yù)埋自制灌漿盒系統(tǒng)，1.5 m一排，每排3個(gè)，布置灌漿盒36 個(gè)，按照預(yù)定尺寸，用鐵皮40.69 kg，加工費(fèi)0.5元/個(gè)，灌漿管路主管18.0 m/根×3根=54.0 m，支管0.15 m/根×18 根=2.7 m，每米鋼管單重2.57 kg。單倉(cāng)埋管主管：2.57 kg/m×18.0 m/根×3 根=138.78 kg；支管2.57 kg/m×0.15 m/根×18 根=6.94 kg。每月澆筑2個(gè)單元，60 d后實(shí)施接觸灌漿，需要增加3 個(gè)單元引管。人工3 人，每單元埋設(shè)用時(shí)0.50 d，共計(jì)2 d，每人日工資以200 元計(jì)?？芍貜?fù)灌漿管與預(yù)埋灌漿盒費(fèi)用對(duì)比如表1 所示。

表1 可重復(fù)灌漿管與預(yù)埋灌漿盒費(fèi)用對(duì)比

投資上采用預(yù)埋灌漿盒系統(tǒng)進(jìn)行接觸灌漿，比采用可重復(fù)灌漿管的方式每倉(cāng)節(jié)省1 233.40 元，引水系統(tǒng)需要接觸灌漿的鋼管襯砌段長(zhǎng)2 655.7 m，按照平均18.0 m/單元計(jì)算，布置148 個(gè)單元，除去前期做試驗(yàn)的8 個(gè)單元，節(jié)約費(fèi)用17.268 萬元。

灌漿盒系統(tǒng)應(yīng)用于鋼管襯砌的接觸灌漿上，相對(duì)前期采用土工布包裹塑料花管方式和采用現(xiàn)成的可重復(fù)灌漿管方式，實(shí)現(xiàn)了不斷探索、優(yōu)化和革新，經(jīng)第三方物探通過彈性波檢測(cè)和四方聯(lián)合敲擊檢查，灌漿后密實(shí)飽滿，偶有欠密實(shí)部位或區(qū)段，均未超過設(shè)計(jì)要求和規(guī)范規(guī)定，灌后效果良好。

從質(zhì)量管控上，一次性灌漿密實(shí)、飽滿，解決了首次灌漿出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)脫空或欠密實(shí)現(xiàn)象[3]；從進(jìn)度管控上，灌漿盒系統(tǒng)安裝所用工時(shí)是原來埋設(shè)可重復(fù)灌漿管的1/2，縮短了單元倉(cāng)號(hào)備倉(cāng)時(shí)間；從商務(wù)經(jīng)營(yíng)上，預(yù)埋灌漿盒系統(tǒng)實(shí)施鋼襯接觸灌漿方式，為類似工程投標(biāo)報(bào)價(jià)提供依據(jù)；從經(jīng)驗(yàn)推廣上，預(yù)埋灌漿盒系統(tǒng)可運(yùn)用于新老混凝土之間的接縫灌漿施工。

4 結(jié)語

該灌漿盒系統(tǒng)在高壓管道中平段試驗(yàn)成功后，逐步推廣到上平段和下平段，在條件要求苛刻的斜井彎管段也體現(xiàn)出良好的現(xiàn)場(chǎng)灌漿便利和灌后效果。通過灌漿后彈性波檢測(cè)和敲擊檢查，采用該套裝置，灌漿后質(zhì)量可靠，灌注密實(shí)飽滿，灌后效果好。偶爾有欠密實(shí)部位，影響面積均在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)，免去二次補(bǔ)灌。