提高引黄涵闸除险加固工程施工效率

(山东乾元工程集团有限公司，山东 东营 257091)

1 引 言

据统计，山东黄河各类型水闸共计117座，其中引黄水闸63座，运行年限超过30年的有30余座。老化病害的存在不仅对防洪安全构成威胁，而且严重影响水闸兴利效益的发挥。水闸除险加固工程需要综合考虑汛期工程施工安全与施工进度计划，由于工期紧，任务繁重，在计划工期内完成全部施工内容是施工单位急需解决的难题。

本课题组通过分析易出现施工质量问题的关键环节与薄弱部位，结合国内外先进的涵闸除险加固施工技术，针对不同类型病害及部位，将新材料、新工艺和新技术引入传统的施工体系中，初步形成了适合引黄涵闸除险加固工程的施工体系，达到了提高施工效率的目标，取得了良好的经济效益与社会效益。

2 选题理由

山东黄河西双河闸除险加固工程主要建设内容包括混凝土表面处理、止水修复、机架桥加固、启闭机房改建、金属结构和电气工程改建与维修等。虽然建设任务重，但考虑到汛期防洪安全及垦利区工农业需水，合同工期仅为7.5个月。传统施工工艺比较落后，将导致部分施工环节滞后，不仅使工程质量难以达到要求，更影响整体的施工计划。

3 现状调查

为调查引黄水闸除险加固施工技术的现状及水平，课题组通过实践与理论相结合的方式，先是查阅相关科技文献，后进行现场调查，调查了滨州、聊城、菏泽等地区的引黄水闸共10座。调查结果如图1所示，围堰施工、清淤施工、拆除施工、混凝土修复、护坡及护底修复、金属结构施工、止水修复、管理房修筑等因素均影响了工程施工进度。

图1 山东黄河引黄涵闸除险加固工程主要施工工序滞后天数统计

4 设定目标

根据现状调查结果，结合施工工期要求，确定本课题目标为提高引黄涵闸除险加固工程施工效率，缩短工期90天，重要隐蔽单元工程优良率达到90%以上。

5 原因分析

QC小组结合水闸除险加固的施工技术现状调查结果，通过查阅大量文献资料，运用专家打分法与头脑风暴法，对导致山东黄河西双河闸除险加固工程施工进度缓慢的原因进行分析。经统计，西双河闸除险加固工程实际施工进度落后计划工期共计173天，其中止水修复、混凝土修复、围堰施工及清淤施工占比较高，累计达到77%，是影响水闸除险加固工程施工进度的主要工序。从止水修复、混凝土修复、围堰施工及清淤施工4个主要施工工序进行归纳总结，最终得到7个末端因素，如图2所示，各因素具体原因见表1。

图2 山东黄河引黄涵闸施工效率影响原因分析关联图

序号施工环节末 端 因 素1围堰施工土坝围堰易受侵蚀、易溃塌且成本高2清淤施工清淤手段单一,缺少专业清淤装置,人工清淤耗时费力3止水修复止水修复焊接容易出现错位、不平、疏松及分缝等施工缺陷4混凝土修复使用传统防水材料,适应裂缝变形能力差,容易出现二次渗漏

6 确定要因

针对以上末端因素，QC小组进行了工程质量控制要因确认。最终确定影响施工效率的主要因素有两个：混凝土修复防水材料物理性能差、止水修复施工工艺落后。

引黄水闸建筑物级别为I级，对建筑物的防水功能要求较高。根据规范要求，引黄水闸防水工程施工要求为：经防水处理后的混凝土试块28d抗折强度不低于2.8MPa，抗压强度不低于15.0MPa。QC小组经过现场调查发现，防水涂料种类繁多。选用市面常见的普通防水涂料进行试块试验，试验结果表明：抗压强度合格率为65%，抗折强度合格率为50%，远未达到规范要求，是影响施工效率的主要因素。

QC小组对东营境内的涵洞式引黄水闸进行现场调查发现：水闸洞节沉降缝较多，橡胶止水带老化严重，止水铁压板锈蚀脱落，建筑物渗水现象严重，存在较大安全隐患。更换橡胶明止水是引黄涵闸除险加固工程的关键工序，要求搭接紧密闭合，接头处不得有错位、凹凸不平和疏松现象，止水带接头的拉伸强度不得低于母材强度的60%。通过对传统橡胶止水带搭接技术的试验分析：经传统搭接技术搭接的止水带拉伸强度合格率仅为55%，接头处有错位及疏松现象，外观缺陷率高达60%，该施工工艺已经影响施工质量。

7 制定对策

针对已经确认的两个要因，小组成员制定了一系列的对策、措施及阶段性目标，见表2。

表2 山东黄河引黄涵闸除险加固工程对策分析

8 对策实施

8.1 采用新型的防水材料修复老化混凝土

水泥基渗透结晶型防水材料具有渗透结晶及自我修复功能，与混凝土相互结合后，可在水分梯度下向老化混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的复合结晶体，填充毛细孔道，从而使混凝土致密防水，且经过防渗处理后，若结构发生老化开裂，该材料中的活性物质将被重新激活，未水化的活性成分将与水分作用重新产生结晶，封闭后期裂缝。

KW水泥基渗透结晶型防护砂浆由水泥基干粉与纯净水按一定比例(粉∶水=4∶1的体积比)掺合在水泥砂浆中配置而成，而KT防水涂料则是水泥基干粉与纯净水按照5∶2的体积比配制成的浆料，可用涂料喷涂机进行喷涂施工。

为了进一步了解材料的性能，QC小组按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》的规定，制作70.7mm×70.7mm×70.7mm的KW防护砂浆试件共6组，每组18个试块，试件砂浆标号相同，配合比相同，可作为标准试件，为对比KW的抗压抗渗功能，另外制作1组对照砂浆试件，该组试件不含KW。试件在室温下放置1d后脱模。试件成型后，将KT按照单位面积用量不同，分5种情况涂刷至砂浆标准试件，为了比较KT性能，1组标准试件不涂刷KT(0kg/m2)，待涂层凝结后放入标准养护室(温度20±2℃，相对湿度为95%)中养护。

结果见表3，不同用量条件下的KW砂浆标准试件与对照试件相比，涂刷KW防护砂浆的试件抗压强度明显增高，其中未涂刷KT的标准试件的抗压强度为对照试件的135%，且随着KT用量的增加，抗压强度随之增加，但增加程度趋于平缓。

表3 KW及KT对试件抗压强度的影响

将试件密封装入砂浆渗透仪中进行透水试验，经测试，结果如图3所示，涂刷KT的试件其抗渗能力明显提高，且其抗渗能力随单位面积用量增加而提高，但自1.5kg/m2之后能力提高趋势弱化。各试件抗渗能力均随养护龄期的增加而提高，且在28d之后能力提高趋于平缓。28d时，2.1kg/m2用量试件的抗渗能力是未涂刷KT试件的575%，这表明KT涂料具有提高基体永久性防渗能力的功能。

图3 不同龄期、不同用量对标准试件的影响

二次抗渗压力指第一次抗渗试验试件全部透水后，置于水中继续养护28d，再进行第二次抗渗试验，是衡量防水材料自我修复能力的重要指标。如图4所示，涂刷KT的试件其二次抗渗能力明显提高，且随用量增加而提升，但后期将趋于平缓，这表明KT防水涂料其活性物质能够被再度激活，进而实现自我愈合。

图4 KT用量对试件二次抗渗压力的影响

引入水泥基渗透结晶性材料，不仅提高了施工效率，且增强了涵洞混凝土结构的抗渗和抗压性能，西双河闸混凝土修复单元工程自检平均合格率达到91.9%，分部单元工程优良率超过78%，分部评定等级为优良，缩短工期45天，目标达到。

8.2 采用新技术使止水材料接头强度高、塑性好、使用寿命长

如图5所示，采用新型止水修复技术，通过引入热熔搭接技术，使用GBW遇水膨胀止水条、环氧树脂砂浆、不锈钢固定装置等新型材料，解决施工缺陷。热硫焊接技术采用专用热硫设备，使止水带接头处与生胶在高温及压力的作用下熔化，在模具的作用下，塑型为一体，杜绝错位、不平、疏松及分缝等施工缺陷的发生，提高止水带的防渗功能，具体搭接技术如图6所示。

图5 桥型橡皮止水安装固定示意图

图6 热硫化搭接技术示意图

在山东黄河西双河闸除险加固工程中的止水修复，采用新的胶合方式、新的模具进行修复，在施工质量、施工进度上均较传统方式有所进步，单元工程自检平均合格率达到92.7%，分部单元工程优良率超过80%，分部评定等级为优良，缩短工期45天，目标达到。

9 效果检查

9.1 目标检查

措施实施后，消除了能导致西双河闸除险加固难修复、成本高、时间长的主要影响因素，成功缩短工期约90天，重要隐蔽单元工程优良率均达到90%以上。

9.2 效益分析

水泥基渗透结晶性材料能够达到多次修复的效果，节约了重复修复的人工及材料投入。经核算，引入水泥基渗透结晶性材料混凝土修复后，节约施工成本24.3万元。止水修复通过引入热熔搭接新技术，有效解决了施工中易出现的止水错位、不平、疏松及分缝等施工缺陷，提高了止水带的防渗性能及质量。经核算，采用新型热熔搭接技术节约成本21.6万元。

通过本课题成果在西双河闸及曹店闸除险加固工程的实践应用，两处水闸均达到了设计要求，消除了安全隐患，满足了沿岸140余万亩农田灌溉、胜利油田工业用水及广北、广南水库蓄水需求，为社会稳定和繁荣发展做出了贡献，效益显著。

10 巩固措施

在巩固期QC小组采取了如下措施：

a.继续对关键技术工种进行培训，增强理论联系实践的能力，进一步提高技能水平。

b.将活动中总结的材料用量等关键技术参数作为同类工程施工时的重要技术依据。

c.课题成果被确定为公司企业施工标准，装订成册。

11 小组活动总结和计划

通过本次QC小组活动，小组成员的质量意识、沟通能力、团队精神、QC知识和创新意识等又有了进一步的提高，为今后继续开展QC小组活动打下了坚实的基础。课题研究成果在山东黄河曹店闸除险加固工程及东营市高标准灌溉示范区建设等工程中得到广泛应用，取得了良好的经济效益、社会效益和生态效益。

通过努力，QC小组成功解决问题，研究成果获得中国水利工程协会优秀质量管理小组Ⅱ类成果认定(SLQC20170202006)。下阶段小组成员将进行《提高长距离输沙工程泥沙含量及固结速率》的课题研究，进一步提升统计分析能力与活动组织能力。