提高引黃涵閘除險加固工程施工效率

(山東乾元工程集團有限公司，山東 東營 257091)

1 引 言

據統計，山東黃河各類型水閘共計117座，其中引黃水閘63座，運行年限超過30年的有30余座。老化病害的存在不僅對防洪安全構成威脅，而且嚴重影響水閘興利效益的發揮。水閘除險加固工程需要綜合考慮汛期工程施工安全與施工進度計劃，由于工期緊，任務繁重，在計劃工期內完成全部施工內容是施工單位急需解決的難題。

本課題組通過分析易出現施工質量問題的關鍵環節與薄弱部位，結合國內外先進的涵閘除險加固施工技術，針對不同類型病害及部位，將新材料、新工藝和新技術引入傳統的施工體系中，初步形成了適合引黃涵閘除險加固工程的施工體系，達到了提高施工效率的目標，取得了良好的經濟效益與社會效益。

2 選題理由

山東黃河西雙河閘除險加固工程主要建設內容包括混凝土表面處理、止水修復、機架橋加固、啟閉機房改建、金屬結構和電氣工程改建與維修等。雖然建設任務重，但考慮到汛期防洪安全及墾利區工農業需水，合同工期僅為7.5個月。傳統施工工藝比較落后，將導致部分施工環節滯后，不僅使工程質量難以達到要求，更影響整體的施工計劃。

3 現狀調查

為調查引黃水閘除險加固施工技術的現狀及水平，課題組通過實踐與理論相結合的方式，先是查閱相關科技文獻，后進行現場調查，調查了濱州、聊城、菏澤等地區的引黃水閘共10座。調查結果如圖1所示，圍堰施工、清淤施工、拆除施工、混凝土修復、護坡及護底修復、金屬結構施工、止水修復、管理房修筑等因素均影響了工程施工進度。

圖1 山東黃河引黃涵閘除險加固工程主要施工工序滯后天數統計

4 設定目標

根據現狀調查結果，結合施工工期要求，確定本課題目標為提高引黃涵閘除險加固工程施工效率，縮短工期90天，重要隱蔽單元工程優良率達到90%以上。

5 原因分析

QC小組結合水閘除險加固的施工技術現狀調查結果，通過查閱大量文獻資料，運用專家打分法與頭腦風暴法，對導致山東黃河西雙河閘除險加固工程施工進度緩慢的原因進行分析。經統計，西雙河閘除險加固工程實際施工進度落后計劃工期共計173天，其中止水修復、混凝土修復、圍堰施工及清淤施工占比較高，累計達到77%，是影響水閘除險加固工程施工進度的主要工序。從止水修復、混凝土修復、圍堰施工及清淤施工4個主要施工工序進行歸納總結，最終得到7個末端因素，如圖2所示，各因素具體原因見表1。

圖2 山東黃河引黃涵閘施工效率影響原因分析關聯圖

序號施工環節末 端 因 素1圍堰施工土壩圍堰易受侵蝕、易潰塌且成本高2清淤施工清淤手段單一,缺少專業清淤裝置,人工清淤耗時費力3止水修復止水修復焊接容易出現錯位、不平、疏松及分縫等施工缺陷4混凝土修復使用傳統防水材料,適應裂縫變形能力差,容易出現二次滲漏

6 確定要因

針對以上末端因素，QC小組進行了工程質量控制要因確認。最終確定影響施工效率的主要因素有兩個：混凝土修復防水材料物理性能差、止水修復施工工藝落后。

引黃水閘建筑物級別為I級，對建筑物的防水功能要求較高。根據規范要求，引黃水閘防水工程施工要求為：經防水處理后的混凝土試塊28d抗折強度不低于2.8MPa，抗壓強度不低于15.0MPa。QC小組經過現場調查發現，防水涂料種類繁多。選用市面常見的普通防水涂料進行試塊試驗，試驗結果表明：抗壓強度合格率為65%，抗折強度合格率為50%，遠未達到規范要求，是影響施工效率的主要因素。

QC小組對東營境內的涵洞式引黃水閘進行現場調查發現：水閘洞節沉降縫較多，橡膠止水帶老化嚴重，止水鐵壓板銹蝕脫落，建筑物滲水現象嚴重，存在較大安全隱患。更換橡膠明止水是引黃涵閘除險加固工程的關鍵工序，要求搭接緊密閉合，接頭處不得有錯位、凹凸不平和疏松現象，止水帶接頭的拉伸強度不得低于母材強度的60%。通過對傳統橡膠止水帶搭接技術的試驗分析：經傳統搭接技術搭接的止水帶拉伸強度合格率僅為55%，接頭處有錯位及疏松現象，外觀缺陷率高達60%，該施工工藝已經影響施工質量。

7 制定對策

針對已經確認的兩個要因，小組成員制定了一系列的對策、措施及階段性目標，見表2。

表2 山東黃河引黃涵閘除險加固工程對策分析

8 對策實施

8.1 采用新型的防水材料修復老化混凝土

水泥基滲透結晶型防水材料具有滲透結晶及自我修復功能，與混凝土相互結合后，可在水分梯度下向老化混凝土內部滲透，在混凝土中形成不溶于水的復合結晶體，填充毛細孔道，從而使混凝土致密防水，且經過防滲處理后，若結構發生老化開裂，該材料中的活性物質將被重新激活，未水化的活性成分將與水分作用重新產生結晶，封閉后期裂縫。

KW水泥基滲透結晶型防護砂漿由水泥基干粉與純凈水按一定比例(粉∶水=4∶1的體積比)摻合在水泥砂漿中配置而成，而KT防水涂料則是水泥基干粉與純凈水按照5∶2的體積比配制成的漿料，可用涂料噴涂機進行噴涂施工。

為了進一步了解材料的性能，QC小組按照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》的規定，制作70.7mm×70.7mm×70.7mm的KW防護砂漿試件共6組，每組18個試塊，試件砂漿標號相同，配合比相同，可作為標準試件，為對比KW的抗壓抗滲功能，另外制作1組對照砂漿試件，該組試件不含KW。試件在室溫下放置1d后脫模。試件成型后，將KT按照單位面積用量不同，分5種情況涂刷至砂漿標準試件，為了比較KT性能，1組標準試件不涂刷KT(0kg/m2)，待涂層凝結后放入標準養護室(溫度20±2℃，相對濕度為95%)中養護。

結果見表3，不同用量條件下的KW砂漿標準試件與對照試件相比，涂刷KW防護砂漿的試件抗壓強度明顯增高，其中未涂刷KT的標準試件的抗壓強度為對照試件的135%，且隨著KT用量的增加，抗壓強度隨之增加，但增加程度趨于平緩。

表3 KW及KT對試件抗壓強度的影響

將試件密封裝入砂漿滲透儀中進行透水試驗，經測試，結果如圖3所示，涂刷KT的試件其抗滲能力明顯提高，且其抗滲能力隨單位面積用量增加而提高，但自1.5kg/m2之后能力提高趨勢弱化。各試件抗滲能力均隨養護齡期的增加而提高，且在28d之后能力提高趨于平緩。28d時，2.1kg/m2用量試件的抗滲能力是未涂刷KT試件的575%，這表明KT涂料具有提高基體永久性防滲能力的功能。

圖3 不同齡期、不同用量對標準試件的影響

二次抗滲壓力指第一次抗滲試驗試件全部透水后，置于水中繼續養護28d，再進行第二次抗滲試驗，是衡量防水材料自我修復能力的重要指標。如圖4所示，涂刷KT的試件其二次抗滲能力明顯提高，且隨用量增加而提升，但后期將趨于平緩，這表明KT防水涂料其活性物質能夠被再度激活，進而實現自我愈合。

圖4 KT用量對試件二次抗滲壓力的影響

引入水泥基滲透結晶性材料，不僅提高了施工效率，且增強了涵洞混凝土結構的抗滲和抗壓性能，西雙河閘混凝土修復單元工程自檢平均合格率達到91.9%，分部單元工程優良率超過78%，分部評定等級為優良，縮短工期45天，目標達到。

8.2 采用新技術使止水材料接頭強度高、塑性好、使用壽命長

如圖5所示，采用新型止水修復技術，通過引入熱熔搭接技術，使用GBW遇水膨脹止水條、環氧樹脂砂漿、不銹鋼固定裝置等新型材料，解決施工缺陷。熱硫焊接技術采用專用熱硫設備，使止水帶接頭處與生膠在高溫及壓力的作用下熔化，在模具的作用下，塑型為一體，杜絕錯位、不平、疏松及分縫等施工缺陷的發生，提高止水帶的防滲功能，具體搭接技術如圖6所示。

圖5 橋型橡皮止水安裝固定示意圖

圖6 熱硫化搭接技術示意圖

在山東黃河西雙河閘除險加固工程中的止水修復，采用新的膠合方式、新的模具進行修復，在施工質量、施工進度上均較傳統方式有所進步，單元工程自檢平均合格率達到92.7%，分部單元工程優良率超過80%，分部評定等級為優良，縮短工期45天，目標達到。

9 效果檢查

9.1 目標檢查

措施實施后，消除了能導致西雙河閘除險加固難修復、成本高、時間長的主要影響因素，成功縮短工期約90天，重要隱蔽單元工程優良率均達到90%以上。

9.2 效益分析

水泥基滲透結晶性材料能夠達到多次修復的效果，節約了重復修復的人工及材料投入。經核算，引入水泥基滲透結晶性材料混凝土修復后，節約施工成本24.3萬元。止水修復通過引入熱熔搭接新技術，有效解決了施工中易出現的止水錯位、不平、疏松及分縫等施工缺陷，提高了止水帶的防滲性能及質量。經核算，采用新型熱熔搭接技術節約成本21.6萬元。

通過本課題成果在西雙河閘及曹店閘除險加固工程的實踐應用，兩處水閘均達到了設計要求，消除了安全隱患，滿足了沿岸140余萬畝農田灌溉、勝利油田工業用水及廣北、廣南水庫蓄水需求，為社會穩定和繁榮發展做出了貢獻，效益顯著。

10 鞏固措施

在鞏固期QC小組采取了如下措施：

a.繼續對關鍵技術工種進行培訓，增強理論聯系實踐的能力，進一步提高技能水平。

b.將活動中總結的材料用量等關鍵技術參數作為同類工程施工時的重要技術依據。

c.課題成果被確定為公司企業施工標準，裝訂成冊。

11 小組活動總結和計劃

通過本次QC小組活動，小組成員的質量意識、溝通能力、團隊精神、QC知識和創新意識等又有了進一步的提高，為今后繼續開展QC小組活動打下了堅實的基礎。課題研究成果在山東黃河曹店閘除險加固工程及東營市高標準灌溉示范區建設等工程中得到廣泛應用，取得了良好的經濟效益、社會效益和生態效益。

通過努力，QC小組成功解決問題，研究成果獲得中國水利工程協會優秀質量管理小組Ⅱ類成果認定(SLQC20170202006)。下階段小組成員將進行《提高長距離輸沙工程泥沙含量及固結速率》的課題研究，進一步提升統計分析能力與活動組織能力。