預埋灌漿管在毛爾蓋水電站壓力鋼管中的應用

陳 子 海， 陳 子 河， 陳 紹 英

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

1 壓力鋼管的布置與設計

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;壓力管道主管內徑為7 m。下平段主管末端設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、支管段設置回填、接觸灌漿。原設計方案的回填、接觸灌漿采取開設灌漿孔并在管壁外側設置加強板的方式。

灌漿孔大樣見圖1。

2 采用預埋灌漿管的必要性

《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，從而導致各個部位加熱、冷卻不均勻，進而可能導致焊縫開裂。

高強鋼的合金元素多，成分復雜，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生裂紋等焊接缺陷。

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

經調研分析，國內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埋灌漿管的可行性。

3 采用預埋灌漿管的工程措施

經廣泛收集資料，參考國內多個項目的經驗并經進一步深入研究，確定取消壓力鋼管回填及接觸灌漿孔，并在相應部位設置預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°范圍布置了三排預埋回填灌漿管，在鋼襯底板管壁外側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，待質量檢查合格后再進行下一段的埋管、灌漿施工。

(1)預埋回填灌漿管。

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，回填灌漿預埋管采用φ50鍍鋅鋼管。

在鋼管頂拱90°范圍內，緊貼基巖面設置了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即可結束灌漿。灌漿結束后，將排氣管中的水泥漿放空，將其作為回填灌漿質量檢查管使用。

(3)回填灌漿質量檢查。

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

經檢查，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→接觸灌漿質量檢查。

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

(1)預埋接觸灌漿管。

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驗，毛爾蓋水電站接觸灌漿采用由上海捷特生產的G300型(φ38)全斷面灌漿管。

捷特全斷面灌漿管內芯骨架設計為螺旋體，具有良好的柔韌性，在管體上均勻設有四排出漿孔(交錯布置)并在外層設有起單向開關作用的發(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，緊貼鋼管外壁設置了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，吹除管路內的污物和積水，風壓小于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即可結束灌漿。

(3)接觸灌漿的質量檢查。

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量檢查。檢查結果顯示，壓力鋼管上平段超出設計要求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水壓力較低，底板及底板左、右兩側局部不連續(xù)脫空的面積相對設計要求的0.5 m2超出較小以及高強鋼開孔灌漿后封孔風險大等因素，經進一步復核，確定壓力鋼管上平段不再采用接觸灌漿補灌措施。

4 結語

毛爾蓋水電站壓力鋼管采用預埋管路進行頂拱回填灌漿及底板接觸灌漿，經質量檢查，滿足結構要求。

預埋灌漿管應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].