预埋灌浆管在毛尔盖水电站压力钢管中的应用

陈 子 海， 陈 子 河， 陈 绍 英

(1.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072;2.四川省水利水电勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 压力钢管的布置与设计

毛尔盖水电站位于黑水河中游红岩乡至俄石坝河段，是黑水河流域水电规划二库五级方案开发的第Ⅲ个梯级水电站。电站压力管道布置为地下埋藏式，采用一管三机联合供水方式。压力管道由上平段、斜井段、下平段、岔支管段组成。压力管道上平段长约102 m，起始端中心高程2 018.5 m;斜井长 211.6 m，倾角 55°;下平段长约173 m，下平段中心高程为1 864.8 m;压力管道主管内径为7 m。下平段主管末端设置两个卜形月牙肋岔管，岔管公切球直径分别为7.24 m、6.54 m。岔管后接支管，最大长度为70 m，内径4 m。

压力管道主管基本参数见表1。

表1 压力管道主管基本参数表

为了使埋藏压力钢管回填混凝土与岩面、钢管外壁与回填混凝土紧密接触，需在压力钢管上平段、下平段、支管段设置回填、接触灌浆。原设计方案的回填、接触灌浆采取开设灌浆孔并在管壁外侧设置加强板的方式。

灌浆孔大样见图1。

2 采用预埋灌浆管的必要性

《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T5017－2007第5.2.7条的条文说明中提出“对高强钢......不宜采用在管壁上开设灌浆孔的方式灌浆”[1]。

图1 灌浆孔大样示意图

高强钢灌浆孔堵头采用熔化焊时需进行预热和后热，以减少焊接裂纹的出现。由于灌浆孔尺寸小，不便贴合可控制加热温度的远红外电加热片，而是采用人工控制温度的火焰加热法，从而导致各个部位加热、冷却不均匀，进而可能导致焊缝开裂。

高强钢的合金元素多，成分复杂，金相组织为低碳板条马氏体或粒状下贝氏体，缺口裂纹敏感性比较高。由于其强度较高，相应的塑性、韧性相对较低，故采用熔化焊接工艺封堵灌浆孔易产生裂纹等焊接缺陷。

灌浆孔内不易清除的浮锈、油污、油漆、泥浆以及围岩渗水或灌浆凝固水渗出均会导致焊接接头内的扩散氢含量增加，存在氢致裂纹的可能。

经调研分析，国内采用高强钢压力钢管的十三陵、宝泉抽水蓄能、洪坝等多个水电站由于灌浆孔焊缝开裂，影响了工程运行发电。

因此，考虑到毛尔盖水电站压力钢管采用高强钢，管壁厚、灌浆孔封堵难度大，有必要研究将灌浆孔更改为预埋灌浆管的可行性。

3 采用预埋灌浆管的工程措施

经广泛收集资料，参考国内多个项目的经验并经进一步深入研究，确定取消压力钢管回填及接触灌浆孔，并在相应部位设置预埋管路进行顶拱回填灌浆及底板接触灌浆。

在压力管道顶拱开挖面90°范围布置了三排预埋回填灌浆管，在钢衬底板管壁外侧60°范围布置了三排接触灌浆管。

灌浆管布置横剖面见图2，纵剖面见图3。

图2 灌浆管布置横剖面图

图3 灌浆管布置纵剖面图

3.1 回填灌浆

混凝土浇筑7 d后进行回填灌浆施工。

每10 m左右为一段进行埋管、灌浆，待质量检查合格后再进行下一段的埋管、灌浆施工。

(1)预埋回填灌浆管。

考虑到回填混凝土施工困难，压力管道顶拱脱空高度较大，经研究决定采用价格较低的镀锌钢管可满足要求，因此，回填灌浆预埋管采用φ50镀锌钢管。

在钢管顶拱90°范围内，紧贴基岩面设置了3组回填灌浆管，每组回填灌浆管为3趟，1趟为进浆管，1趟为回浆管，另1趟为排气管。排气管设在顶拱基岩面最高点，在深入孔深10 cm的基岩中钻孔8 cm。预埋灌浆管采用插筋固定在顶拱开挖面。灌浆管、回浆管、排气管安装完成后做好保护并作出醒目标记，以防混淆。灌浆前，对灌浆管进行检查，确保管路畅通。

(2)回填灌浆施工。

回填灌浆压力采用0.3 MPa，水灰比为0.5∶1。回填灌浆按照衬砌混凝土仓号分区进行，由低处向高处施工。当达到灌浆压力0.3 MPa且停止吸浆、继续灌注10 min即可结束灌浆。灌浆结束后，将排气管中的水泥浆放空，将其作为回填灌浆质量检查管使用。

(3)回填灌浆质量检查。

回填灌浆结束7 d后，向排气管内注入水灰比为2∶1的水泥浆，灌浆压力为0.3 MPa，初始10 min内注入浆量不大于10 L为合格，超过10 L视为不合格。

经检查，回填灌浆合格。

3.2 接触灌浆

按触灌浆施工工艺流程为:施工准备→接触灌浆埋管→混凝土浇筑待强28 d→接触灌浆施工→待凝7 d→接触灌浆质量检查。

每10 m左右为一段进行接触灌浆埋管、灌浆，质量检查合格后，再进行下一段的埋管、灌浆施工。

(1)预埋接触灌浆管。

在压力管道回填混凝土凝固过程中，其收缩造成在底板附近的脱空，具有高度较小，灌浆困难的特点。参考小浪底、向家坝等项目的成功经验，毛尔盖水电站接触灌浆采用由上海捷特生产的G300型(φ38)全断面灌浆管。

捷特全断面灌浆管内芯骨架设计为螺旋体，具有良好的柔韧性，在管体上均匀设有四排出浆孔(交错布置)并在外层设有起单向开关作用的发泡材料，以防止砂浆堵塞出浆孔。灌浆管体直接与钢管外壁紧密接触，灌浆时，浆液可压缩发泡材料并均匀地注入混凝土与基岩面之间的缝隙中，不倒流、可重复灌浆、灌浆密实。

G300型全断面灌浆管外观见图4，横剖面见图5。

在钢管底板60°范围内，紧贴钢管外壁设置了3组接触灌浆管。从钢管加劲环上的60 mm×60 mm孔穿过，用专用固定卡紧贴将其固定在钢管外壁。在全断面灌浆管两侧端部用φ20PVC管相接，一根作为进浆引管，另一根作为回浆、排气管，灌浆管、排气管安装完成后在管口做好保护并作出醒目标记。灌浆前对灌浆管进行检查，确保管路畅通。

图4 G300型全断面灌浆管外观图

图5 G300型全断面灌浆管剖面图

(2)接触灌浆施工。

灌浆前，用洁净的压缩空气再次检查埋管连通情况，吹除管路内的污物和积水，风压小于0.2 MPa。

接触灌浆压力采用0.2 MPa，水灰比为0.55～0.8∶1。灌浆自低处由引管进浆，并在灌浆过程中敲击震动钢衬，待回浆、排气管分别排出浓浆且灌浆管停止吸浆、延续灌注5 min即可结束灌浆。

(3)接触灌浆的质量检查。

接触灌浆完成并达到凝期后，采用锤击法对压力钢管上平段、下平段、支管段接触灌浆进行质量检查。检查结果显示，压力钢管上平段超出设计要求0.5 m2的脱空有六处，最大一处脱空为1.2 m2;下平段超出设计要求的脱空有两处，最大一处脱空为0.8 m2;支管段没有超出设计要求的脱空。

对压力钢管上平段、下平段、下平段支管进行冲击回波检测，结果显示上平段局部存在不连续的轻微脱空和脱空现象，其中锤击法判断脱空面积达1.2 m2的位置属轻微脱空;下平段及下平段支管整体钢衬与混凝土间接触紧密。

考虑到压力钢管上平段内水压力较低，底板及底板左、右两侧局部不连续脱空的面积相对设计要求的0.5 m2超出较小以及高强钢开孔灌浆后封孔风险大等因素，经进一步复核，确定压力钢管上平段不再采用接触灌浆补灌措施。

4 结语

毛尔盖水电站压力钢管采用预埋管路进行顶拱回填灌浆及底板接触灌浆，经质量检查，满足结构要求。

预埋灌浆管应用于高强钢压力钢管，可简化工序、方便施工、避免高强钢开孔灌浆后封孔困难的风险。

[1]水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范，DL/T5017－2007[S].