聚脲補強、格賓護底、帷幕灌漿工藝在除險加固工程中的應用

黃振華

(江西省贛撫平原水利工程管理局，南昌 330096)

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聚脲補強、格賓護底、帷幕灌漿工藝在除險加固工程中的應用

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水閘和船閘由于使用時間久遠，不同程度的出現了裂紋等損傷，隨著科技的發展，對于帷幕灌漿中的灌漿原料更為優化，研制出性能優異、對環境友好的材料，在贛撫平原水利工程中的焦石進水閘和船閘除險加固工程中采用了聚脲補強、格賓護底、帷幕灌漿3個工藝對其進行除險加固，節約成本的同時，也提高了進水閘和船閘的安全性。

聚脲補強；格賓護底；帷幕灌漿；焦石進水閘；除險加固

到目前為止，全國共有大中型水閘7000多座，但水閘大都是20世紀50—70年代建成的，受限于當時的經濟技術條件、建設標準低、施工條件差、運行的時間長、部分水閘老化失修嚴重，嚴重影響防洪、排澇、擋潮、引水等功能的正常發揮，亟需進行排險加固。到2008年水利部組織的全國水閘安全普查顯示，全國4.1萬座小(1)型以上水庫約有2/3以上有不同程度的病險情況。鑒于建設大型水庫投資大、時間長等不利方面，對現有的病險水閘的除險加固顯得更為重要。

1 贛撫平原焦石進水閘和船閘情況介紹

焦石樞紐進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。進水閘位于焦石攔河壩左岸，焦石進水閘共7孔，每孔凈寬3m，設計正常引水流量為107m3/s，最大過閘流量為164m3/s，灌溉西總干渠6.7 萬 hm2農田；焦石船閘進出口凈寬8m，閘室長65m、底寬12m，水深3m，通行百噸級輪船，是溝通贛江、撫河航運的主要出入口船閘。

按照《水閘安全鑒定規定》(SL214—98)水閘病險級別的判定標準，經江西省大壩管理中心核查確認，焦石樞紐進水閘及船閘為三類閘，需除險加固。2012年6月，江西省發改委以《關于贛撫平原焦石進水閘和船閘除險加固工程初步設計(代可研)的批復》同意工程初步設計，核定項目概算投資1181.91萬元。

2 聚脲補強

2.1 聚脲補強簡介

聚脲補強工藝是1991年美國開發出來的對工作橋表面噴涂具有強彈性抗沖磨的聚脲材料，中國水利水電科學院于2003年引進此技術并成功的應用到水利工程中。該工藝具有的優勢：①可以實現快速固化，5s時間即可固化，1min可實現步行強度，過程不需催化劑；②不受施工環境的影響，可以在任意曲面、斜面，甚至是垂直面都可以實現不掛流的現象；③施工過程對環境的濕度、溫度不敏感，適應性強；④聚脲材料本身具有優異的耐磨性、柔韌性、耐老化性、高黏性和高拉升強度等性能；⑤對底材如混凝土、鋼筋等有很優異的黏結強度；⑥具有極強的防滲、耐沖擊和防炭化性能。

2.2 聚脲補強技術在焦石進水閘船閘中的應用

該技術要求在進水閘閘房以外閘體與船閘上下游放水洞及中斷閘室側墻噴涂聚脲補強，采用2mm聚脲彈性體抗沖磨材料他要達到的性能如表1所示。

滲漏治理方案：清理進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；懸掛鋼絲網進行增強；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，檢查驗收。

表1 聚脲補強技術性能要求

3 格賓護底

3.1 賓格護底簡介

賓格加強工藝是在加筋土技術上發展起來的，它實現對加筋土技術的提升與完善。賓格加強技術突出優勢在于：①鋼絲網面組成其六邊形的結構，拉筋與面墻無節點連接，是一鋼筋網面結構，在這個結構上面分層填土壓實，與回包斷網面和面墻網面共同作用形成加筋格賓結構；②格賓加強具有操作簡單快捷的優勢，可分割成各種規格的單元，一般規格是幅寬2m，高0.5-1.0m，長度根據需要設定的；③基于格賓加強工藝的鋼絲網面結構，它可以增高邊坡的高度，甚至可以實現垂直的坡面，減少占地面積；④結構具有良好的透水性，能節省建設排水系統設施的費用；⑤在該結構上鍍鋅或者高爾凡，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 格賓護底技術在焦石進水閘上的應用

格賓護底位于進水閘下游海幔處，頂高程22.12m,沿水流方向護底長度38.30m。格賓石籠采用鍍高爾凡格賓網，尺寸為4.0m×1.0m×0.5m，網孔型號為8×10，網面鋼絲為2.7mm，綁扎鋼絲為2.2mm，網面抗拉強度50kN/m，內裝塊石。

格賓石籠護底施工順序：①做前期準備，測量放樣；②清理基面，保證基面的平整、密實、無雜質，如果遇到較差地質土質如淤泥時，需要先鋪設塊石再鋪設護墊；③安裝組裝好的格賓網；④均勻填充石料，要求一次性填滿高度，可適當高出護墊，要求必須密實，空隙可用小碎石填塞；填充料的容重應達到1.70 t/m3；⑤格賓網封蓋，要求面層石料必須砌壘整平。封蓋網與網身、間隔網間相交邊框線必須每隔25cm綁扎一道。應將所有石籠組相鄰的封蓋框線與邊框線綁扎在一起。

組裝格賓網護墊時的注意事項：①間隔網與網身應成90°相交后，才可綁扎成護墊狀；②綁扎線必須是與網線同材質的鋼絲；③每道綁扎必須是雙股線并絞緊；④護墊組的間隔網與網身間綁扎道必須符合要求；⑤間隔網與網身的4處交角各綁扎一道；⑥間隔網與網身交接處，每間隔25cm綁扎一道；⑦護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 帷幕灌漿簡介

灌漿技術首次被提出被應用于阿里因普瑞貝礦對井筒的灌漿堵水，用水泥封堵井筒漏水的地方。到1910年使用自動壓力記錄表，建立了灌漿壓力與滲透性能之間的關系。荷蘭采礦工程師E.J.Joosten首次提出采用水玻璃、CaCl2雙液系統的二次加注的工藝，證實了化學灌漿灌漿技術的可行性。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。帷幕灌漿技術首次被應用到大型工程中的是美國對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計與施工要求標準。隨著材料領域的發展，應用于灌漿技術中的材料也逐漸豐富起來，各種化學漿材和水泥漿材等被應用于灌漿技術中，使得灌漿工藝和設備得到了空前的發展。

4.2 帷幕灌漿技術在焦石進水閘中的應用

帷幕灌漿位于進水閘上游，灌漿軸線長度68m，共分為35孔，設計鉆孔進尺5.95-22.10m，設計灌漿進尺5.18-10.21m。灌漿采用PO42.5水泥，細度要求通過80um方孔篩余量≤5%。

帷幕灌漿技術在焦石進水閘中的施工順序：

1)做好施工準備及測量放樣；②搭設灌漿設備；③鉆孔，采用鉆孔機鉆孔，每2m一孔，共35孔，孔位誤差不得超過10cm；④清孔，回水澄清后10min結束，且要求且孔底殘留物厚度≤20cm；⑤壓水試驗；⑥采用自上而下分段灌漿法，灌漿采用孔口封閉孔內循環的方式，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∶1七個比級(重量比)。當灌漿達到設計壓力，注入率≤0.4L/min后，繼續灌注30min可結束；⑦封孔；⑧完工，驗收。

由于注漿孔的布置和漿料液消耗量有擴散半徑決定，擴散半徑也決定著工藝選擇參數、評價注漿的效果。

牛頓漿液在砂層的球形擴散公式：

(1)

式中：r為漿液的滲透半徑；K為土體的滲透系數；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為注漿時間；r0為注漿孔半徑。

牛頓漿液的柱形擴散公式：

(2)

賓漢姆漿液：

(3)

5 結 論

綜上所述，在贛撫平原水利工程中的焦石進水閘和船閘除險加固工程中采用了聚脲補強、格賓護底、帷幕灌漿3個工藝對其進行除險加固，節約成本的同時，也提高了進水閘和船閘的安全性。隨著科技的發展，對于帷幕灌漿中的灌漿原料更為優化，研制出性能優異、對環境友好的材料。

[1]姜楠.帷幕灌漿在西藏阿渦奪水庫大壩基礎防滲處理中的應用[D].長春：吉林大學,2014.

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

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

[4]劉立橋.淺談生態賓格網在護坡設計中的選擇與應用[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。

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