陳 磊，鄧潤(rùn)興，吳啟民

（1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢，430010；2.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，浙江杭州，310014）

0 前言

三峽升船機(jī)是三峽樞紐工程的永久通航設(shè)施之一，其主要作用是為客貨輪及特種船舶提供快速過(guò)壩通道，并與雙線五級(jí)船閘聯(lián)合運(yùn)行，加大樞紐的航運(yùn)保障能力。升船機(jī)工程由上游引航道、上閘首、船廂室段、下閘首和下游引航道組成，布置在樞紐左岸7號(hào)、8號(hào)非溢流壩段之間。從上游口門至下游口門全線總長(zhǎng)約7 000 m，過(guò)船規(guī)模為3 000 t級(jí)，承船廂及其設(shè)備（含水）總重量約15 500 t，最大提升高度113 m，船廂有效水域120 m×18 m×3.5 m（長(zhǎng)×寬×水深），上游通航水位變幅30 m，下游通航水位變幅11.8 m，下游水位變化率±0.50 m/h，具有提升重量大、提升高度大以及適應(yīng)上游通航水位變幅大和下游水位變化速率快等特點(diǎn)，是目前世界上規(guī)模和技術(shù)難度最大的升船機(jī)。

升船機(jī)工程的基礎(chǔ)開挖和邊坡支護(hù)工程在三峽一期工程（1993～1997年）中完成，上閘首高程185 m以下的擋水結(jié)構(gòu)和上游引航道相關(guān)建筑物在三峽二期工程（1997～2003年）中完成，其他工程項(xiàng)目為升船機(jī)續(xù)建工程，于2007年10月恢復(fù)施工，是三峽樞紐最后完工的單項(xiàng)工程。

1 上閘首接縫灌漿概況

升船機(jī)上閘首為整體U型結(jié)構(gòu)，兼有擋水壩段和通航閘首雙重功能，施工期采用兩條順河向結(jié)構(gòu)縫（C1、C2）和三條橫河向結(jié)構(gòu)縫（C3、C4、C5）將閘首結(jié)構(gòu)分為4段共12個(gè)澆筑塊，其中縱縫以高程125～130 m為界，下部為灌漿縫、上部為寬槽，澆筑完成后需進(jìn)行接縫灌漿和寬槽回填，形成整體結(jié)構(gòu)。

升船機(jī)上閘首擋水結(jié)構(gòu)于2003年建成，其中接縫灌漿工程于1997年12月～2003年3月底經(jīng)過(guò)6個(gè)灌季施工，共完成75個(gè)灌區(qū)，合計(jì)1.85萬(wàn)m2。受升船機(jī)工程緩建和臨時(shí)船閘投運(yùn)的影響，上閘首第Ⅳ段底部C1、C2縫高程48～82.5 m有7個(gè)灌區(qū)因管口位于下游航道水位以下不能施工，且不影響上閘首擋水功能，因此作為遺留項(xiàng)目延后至升船機(jī)續(xù)建工程階段進(jìn)行，灌區(qū)編號(hào)分別為C1-22、C1-23、C1-28，C2-22、C2-23、C2-27和C2-28。2014年冬～2015年春，升船機(jī)試通航前的最后一個(gè)灌季，對(duì)上述灌區(qū)進(jìn)行了檢查和處理。

2 剩余灌區(qū)檢查及分析

2.1 壓水檢查

升船機(jī)上閘首剩余灌區(qū)處理前管路系統(tǒng)形成已17年，部分埋件接近使用年限，二期工程期間經(jīng)歷過(guò)6年水下淹沒(méi)。為了解系統(tǒng)狀況，首先進(jìn)行了清水加洗縫劑浸泡和疏通沖洗，結(jié)果顯示：除C2-27區(qū)完好，其他6個(gè)灌區(qū)均有管路不通和外漏現(xiàn)象。隨后對(duì)存在問(wèn)題的6個(gè)灌區(qū)分別進(jìn)行補(bǔ)鉆孔和堵漏處理。

補(bǔ)鉆和表面堵漏完畢后，對(duì)灌區(qū)進(jìn)行了封閉壓水檢查，結(jié)果顯示：補(bǔ)鉆孔與灌區(qū)連通性好，表面外漏點(diǎn)已封堵；C2-27區(qū)管路系統(tǒng)完好，但縫面張開度不足，排氣管出水量不到10 L/min；其余6個(gè)灌區(qū)三三互串，在基礎(chǔ)側(cè)存在不可見外漏點(diǎn)，且與基礎(chǔ)排水管網(wǎng)相通。詳見表1。

2.2 相關(guān)監(jiān)測(cè)成果

升船機(jī)上閘首2003年起與大壩一起擋水，2008年樞紐進(jìn)入試驗(yàn)性蓄水期，2010年起連續(xù)達(dá)到正常蓄水位175 m。相關(guān)監(jiān)測(cè)資料表明：升船機(jī)上閘首變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等觀測(cè)值均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，混凝土內(nèi)部溫度穩(wěn)定在17.7～18.6℃，混凝土自生體積變形穩(wěn)定，符合接縫灌漿條件。

3 處理方案及措施

3.1 處理方案

表1 封閉壓水檢查成果表Table 1 Results of water pressure test

檢查結(jié)果表明：（1）升船機(jī)上閘首經(jīng)過(guò)多年擋水運(yùn)行，壩體內(nèi)部溫度和自生體積變形穩(wěn)定；（2）由于灌區(qū)位置較低，灌區(qū)及部分管路被沉積物堵塞，經(jīng)浸泡沖洗和補(bǔ)鉆孔后已基本恢復(fù)；（3）受江水長(zhǎng)期浸泡和基巖滲水侵蝕，灌區(qū)串區(qū)外漏現(xiàn)象普遍，且與基礎(chǔ)排水管網(wǎng)大量串通；（4）受基巖約束，個(gè)別縫面開度不足。

升船機(jī)剩余灌區(qū)灌漿施工最大難點(diǎn)是解決與基礎(chǔ)排水管網(wǎng)大量串通問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)7個(gè)灌區(qū)中6個(gè)區(qū)有基巖側(cè)外漏，單區(qū)漏量14～34 L/min，串通區(qū)合并漏量最高達(dá)92 L/min，且無(wú)法實(shí)施封堵，灌漿時(shí)漿液若由此大量外漏，將嚴(yán)重影響灌漿質(zhì)量，此類問(wèn)題的解決歷來(lái)極為棘手。而且外漏點(diǎn)主要位于灌區(qū)側(cè)面基巖陡坡排水管溝內(nèi)，高差達(dá)34 m，難以充水平壓，泄漏漿液不僅會(huì)造成材料浪費(fèi)，更會(huì)堵塞基礎(chǔ)排水管溝和集水井泵站，破壞整個(gè)排水系統(tǒng)的功能，這對(duì)于升船機(jī)上閘首來(lái)說(shuō)同樣是無(wú)法接受的。

經(jīng)綜合分析研究，決定采用以水溶性聚氨酯HW為主液的灌漿方式進(jìn)行控制化學(xué)灌漿處理，實(shí)現(xiàn)縫面灌漿充填密實(shí)并保障基礎(chǔ)排水系統(tǒng)暢通的目標(biāo)。

3.2 材料選擇及特性

水溶性聚氨酯常以LW為主液與HW混合搭配用于壩體防滲堵漏，HW本身也是很好的補(bǔ)強(qiáng)材料［1］，選擇HW為主液進(jìn)行上閘首剩余灌區(qū)的灌漿處理主要基于其以下特性：

（1）純HW固化物7 d抗壓強(qiáng)度達(dá)30 MPa以上，濕粘接強(qiáng)度≥3 MPa，摻入少量（20%以下）LW后抗壓強(qiáng)度仍大于20 MPa，力學(xué)性能可以滿足壩體接縫灌漿要求。

（2）HW漿液粘度接近100 MPa·s，比標(biāo)準(zhǔn)水泥漿大2～3倍，摻入LW后更大，不易流失和擴(kuò)散。

（3）HW漿液具有遇水固化的特性，摻入LW后固化更快，表面與水接觸即產(chǎn)生固化反應(yīng)，混合水量達(dá)到一倍以上時(shí)可在1 min內(nèi)形成凝膠體，阻止?jié){液流動(dòng)，并且具有一定膨脹性，起到堵斷外漏通道的作用［2］。

（4）HW漿液是化學(xué)溶液，不含固體顆粒，對(duì)細(xì)縫的適應(yīng)性好于水泥漿。

3.3 配比試驗(yàn)

可以通過(guò)添加一定比例的LW和水調(diào)節(jié)HW漿液的粘度和固化時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)配比試驗(yàn)結(jié)果見表2，相應(yīng)力學(xué)性能見表3。

表2 漿液配比試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of slurry mix proportion test

表3 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of mechanical property test

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選定三種配比漿液用于灌漿施工：（1）純HW摻水0.5%，該配比強(qiáng)度較高、粘度小，適用于C2-27細(xì)縫灌區(qū)灌漿；（2）快漿（HW∶LW為8∶2，摻水5%），該配比強(qiáng)度合格、粘度較大、遇水反應(yīng)較快，適用于漏點(diǎn)附近定量灌漿；（3）慢漿（HW∶LW為9∶1，摻水2.5%），該配比強(qiáng)度及粘度適中，固化時(shí)間滿足灌漿需要，適用于灌區(qū)正常灌漿。

3.4 處理措施及工藝要點(diǎn)

3.4.1 壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)完全按照灌漿要求進(jìn)行，從進(jìn)漿管口進(jìn)水，并在水中加入高錳酸鉀，觀察記錄壓水過(guò)程、速度、容量和外漏出現(xiàn)的時(shí)間，并以此測(cè)算出漏點(diǎn)以下縫容、漏點(diǎn)的位置高程及漏量。

3.4.2 鉆設(shè)注水孔

從灌區(qū)頂部廊道向下鉆注水孔，在漏點(diǎn)上方與排水管溝連通，如果能從頂部廊道通過(guò)管溝向下插管至漏點(diǎn)附近，也可取代鉆孔。注水孔用于在灌漿過(guò)程中向漏點(diǎn)灑水，出流方式為花灑式散播，在充分保證漿液固化反應(yīng)所需包水量的同時(shí)，避免水流沖擊力過(guò)大造成固化殼脫落。

3.4.3 灌漿工藝要點(diǎn)

外漏灌區(qū)處理施工布置見圖1，灌漿工藝要點(diǎn)如下：

圖1 外漏灌區(qū)處理示意圖Fig.1 Grouting treatment of the leakage area

（1）灌區(qū)底部左右進(jìn)漿管各設(shè)一臺(tái)灌漿泵，漏點(diǎn)側(cè)使用快漿，另一側(cè)使用慢漿，同時(shí)勻速進(jìn)漿。

（2）進(jìn)漿量達(dá)到外漏點(diǎn)位置時(shí)，啟動(dòng)上方注水孔向漏點(diǎn)處灑水。灑水應(yīng)在漿液從外漏點(diǎn)溢出時(shí)啟用，不宜過(guò)早開啟，否則容易造成灌區(qū)進(jìn)水，使?jié){液在灌區(qū)內(nèi)固化，造成灌漿中斷。

（3）開始灑水后隨即降低快漿進(jìn)漿速度或間歇進(jìn)漿，如果發(fā)現(xiàn)底部管溝有漿液流出，可采取在播灑的清水中添加催化劑（二乙烯三胺）以加快反應(yīng)，同時(shí)停止進(jìn)快漿，以利于外漏點(diǎn)固化殼形成。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，灌區(qū)內(nèi)快漿也開始固化，漿液自身流動(dòng)度持續(xù)降低，內(nèi)外因素共同作用下，外漏將逐漸減緩和停止。

（4）在整個(gè)過(guò)程中，另一側(cè)慢漿始終保持勻速進(jìn)漿，壓力盡可能低，至灌區(qū)頂部排氣管出漿即可結(jié)束灌漿。水溶性聚氨酯屬化學(xué)漿液，無(wú)需經(jīng)過(guò)水泥灌漿的擠水壓密過(guò)程［3］，而且灌區(qū)內(nèi)部壓力過(guò)大不利于外漏點(diǎn)固化。

4 實(shí)施情況及效果

升船機(jī)上閘首接縫灌漿剩余灌區(qū)灌漿于2015年4月1～7日實(shí)施，串通區(qū)按由低到高順序連續(xù)灌漿。

灌漿資料表明，各灌區(qū)行漿過(guò)程順利，部分區(qū)灌入量偏大。為檢查灌漿質(zhì)量和分析處理效果，灌后沿C1、C2縫各布設(shè)一個(gè)騎縫取芯孔，取芯結(jié)果表明，縫內(nèi)漿液結(jié)石充填飽滿，基礎(chǔ)排水溝未見淤塞，部分區(qū)灌入量偏大系補(bǔ)鉆孔打穿混凝土冷卻水管所致，隨后對(duì)其余冷卻水管也進(jìn)行了回填。

5 結(jié)語(yǔ)

三峽升船機(jī)上閘首接縫灌漿剩余灌區(qū)檢查處理于升船機(jī)試通航前全部完成，經(jīng)灌后檢查，縫面結(jié)石飽滿密實(shí)，基礎(chǔ)排水系統(tǒng)保持順暢，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)，取得了滿意的處理效果。

水溶性聚氨酯灌漿材料在水電工程領(lǐng)域已有數(shù)十年的應(yīng)用歷史［1］，曾廣泛應(yīng)用于新安江、葛洲壩、隔河巖、三峽等大型水電項(xiàng)目的防水堵漏工程，但是用于壩體接縫灌漿外漏灌區(qū)的處理尚屬首例。本次實(shí)踐充分利用和發(fā)揮了水溶性聚氨酯材料的可控固化特性，擴(kuò)展了這一傳統(tǒng)材料的應(yīng)用范圍，不僅為三峽升船機(jī)按期投入試運(yùn)行創(chuàng)造了條件，也為類似復(fù)雜工程問(wèn)題的解決提供了一種方便快捷有效的新途徑。