張宇
(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司,遼寧 沈陽 110006)
閻王鼻子水庫位于遼寧省朝陽市大凌河干流上,是一座以供水、灌溉、防洪為主,兼具發電的綜合利用水利樞紐工程。水庫最大庫容為2.17億m3,為Ⅱ等大(2)型工程。水庫大壩選用混凝土重力壩壩型,最大壩高34.50 m,壩長383.00 m,由擋水壩段、溢流壩段、沖砂閘壩段、工業取水壩段、農業取水壩段和電站壩段組合而成。
水庫大壩橫縫止水分為兩種結構形式,均為兩道止水,第一種為壩體內設2 道橡膠止水帶,間距1.00 m,用于1~8 號擋水壩段、10~18 號溢流壩段;第二種為上游面SR 塑性嵌縫止水+橡膠止水帶,間距0.90 m,用于8~10 號、18~20 號壩段間。橫縫內設置分縫材料。
水庫大壩自1999 年下閘蓄水,運行至今已有20 余年,經現場檢查發現,9~10 號、18~19 號、19~20 號壩段間壩體橫縫止水護板破碎,螺絲松動、脫落、止水撕裂。下游面18~19 號、19~20 號壩段間壩體橫縫處均存在滲水現象,并有鈣質析出和輕微的剝蝕、凍融破壞。
閻王鼻子水庫大壩止水均為橡膠制品,受風吹日曬的影響,止水存在不同程度的老化。北方冬季氣溫較低,壩體上游面設置的SR 塑性嵌縫止水護板在冰推壓力的作用下損壞嚴重,導致止水撕裂,進而造成橫縫滲水,壩體橫縫滲水隨時間加劇,導致鈣質析出。
若進一步發展,壩體橫縫滲水會逐漸帶走混凝土中膠凝顆粒,降低混凝土強度,將會影響壩體耐久性和結構安全。
混凝土壩體橫縫防滲加固常見處理方式有兩種,一種是壩內增設1 道防滲,即在結構縫騎縫鉆孔,并灌入柔性防滲材料(以下稱鉆孔+化灌),目前常用的為LW 水溶性聚氨酯等;另一種為上游面橫縫封縫處理,常見的有SR防滲嵌縫止水,針對該工程采用拆除上游面SR嵌縫止水并重新安裝。處理設計方案的優劣勢對比見表1。
表1 壩體橫縫防滲加固處理方案對比表
北方冬季的嚴寒天氣對柔性材料耐久性的影響較大,不論采取哪種防滲加固方案,后期均要進行更換維護,鑒于鉆孔+化灌方案后期更換填充的柔性材料較為方便,此次防滲加固推薦采用鉆孔+化灌的方案。
4.1.1 鉆孔設計要求
在壩頂騎橫縫垂直鉆孔(原SR 嵌縫止水與橡膠止水帶的中間位置,距離上游面0.45 m),鉆孔需深入壩基以下0.50 m(原上游止水坑底)。鉆孔位置如圖1 所示。
圖1 灌漿孔鉆孔孔位平面圖
考慮橫縫寬度及鉆孔的孔斜,鉆孔后有效孔徑設置為150 mm,鉆孔過程中要嚴格控制孔斜,每鉆進0.50 m 進行一次糾偏,同時通過鉆孔取芯時芯樣騎縫的情況進行隨時調整,確保全孔騎縫,鉆孔水平及垂直度偏差要求小于50 mm。
4.1.2 鉆孔施工過程
施工中始終堅持騎橫縫鉆進的原則,確保鉆孔貫通整個橫縫上下。施工流程如下。
1)確定孔位
工程施工前按施工設計圖開展量測定位,確定開孔所在位置。
2)開孔鉆進
開鉆前,校對鉆機立軸中心,使其與測量放樣的鉆孔中心位置相重合,開孔鉆進時以輕壓慢轉的方式進行鉆進,以防止鉆孔時發生孔位偏移。
3)孔身鉆進
在鉆進過程中,采用短鉆具進行鉆進,嚴格控制進尺,采用抽水泵從水庫中抽取清水作為沖洗液。為了掌握鉆孔與結構縫的相對位置關系,此次橫縫鉆孔采用全孔取芯的方式。每次巖芯提取后使用測斜儀對鉆孔進行測斜,并記錄在鉆孔記錄表上??仔狈显O計要求(設計要求鉆孔底部垂直度偏差小于50 mm,全過程孔斜控制在1%以內)后繼續進行鉆進。
4)成孔
開孔按工期要求完成后,采用清洗液對孔洞展開清洗,選用護套對孔洞實施防護,避免下一步施工前污物掉入洞內。
4.2.1 灌漿材料
橫縫防滲加固采用的化學灌漿材料為LW 水溶性聚氨酯,材料性能指標見表2。用一次灌漿法將LW 水溶性聚氨酯灌注孔內,液體擴展直到將內部縫全部空隙(包含人眼不能覺察的)填塞,遇水后充盈并發生化學反應,釋放出大量氣體,形成二度滲壓,加壓升力與二度滲壓使發泡體填充全部縫隙,充滿整個鉆孔后形成柔性塞,實現止漏目的。
表2 LW 水溶性聚氨酯灌漿材料性能指標表
4.2.2 施工過程
1)下PVC 套管
在鉆孔完成的成孔中下入?110 mm的PVC套管,下孔前對PVC 套管進行梅花樁式打孔,并置入孔底。
2)埋設進漿管和出漿管
將進漿管與出漿管下入在PVC 套管中,采用快干水泥對孔口、進漿管及出漿管周邊進行封閉。
3)化學灌漿
灌漿開始前打開進漿管和出漿管開關,保持管路通暢。通過齒輪灌漿泵先向孔內灌注隔水劑,形成隔離層,將LW 水溶性聚氨酯溶液與孔內積水隔離。待隔水劑灌注結束后,立即灌注LW水溶性聚氨酯溶液,灌漿壓力在0.60~1.20 MPa 之間。待出漿管出現濃漿后,關閉出漿管開關并結束灌漿。
4)封孔
化學灌漿完成后,采用快干水泥對孔口及周邊進行修復處理,恢復原狀。
在化學灌漿施工過程中,大壩下游側橫縫出水量逐漸減少,并出現少量LW水溶性聚氨酯,待結束灌漿后,大壩下游側橫縫已無滲漏。大壩下游側橫縫出現少量LW 水溶性聚氨酯,表明原壩體內橡膠止水已出現破損。大壩下游側橫縫已無滲漏,表明該工程已起到防滲作用,達到設計要求。
自大壩橫縫防滲處理后運行至今,歷經兩個冬季,目前大壩下游側橫縫無滲水現象,表明該處理方法在北方寒冷地區具有一定的適用性。
閻王鼻子水庫大壩橫縫在未進行防滲處理前,下游面18~19 號、19~20 號壩段間壩體橫縫處均存在滲水現象,滲漏情況在不斷加劇。壩頂騎橫縫鉆孔+化學灌漿形成了一道柔性止水,起到了良好的止水效果。經該工程后期運行驗證,騎縫化灌防滲效果顯著,在北方寒冷地區具有一定的適用性。