特高拱坝接缝灌浆施工技术与智能建造分析反馈

阿旺加措，王克祥，罗贯军，刘春风，杨小龙，龚 攀

(1.西藏大学理学院，西藏 拉萨 850000；2. 三峡集团西藏能源投资有限公司，西藏 拉萨 850000；3. 中国三峡建设管理有限公司，四川 成都 610041)

白鹤滩水电站为金沙江下游4个水电梯级——乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝中的第2个梯级，坝址位于四川省宁南县和云南省巧家县交界的河段；下游距离溪洛渡水电站约195 km。白鹤滩水电站的开发任务为以发电为主，兼顾防洪，并促进地方经济社会发展和移民群众脱贫致富。工程建成后可发展库区航运、具有改善下游通航条件和拦沙等综合效益。

电站装机容量16 000 MW，是我国已建、在建的仅次于三峡电站的第二大水电站，也将成为世界第二大水电站。白鹤滩水电站枢纽由拦河坝、泄洪消能设施、引水发电系统等主要建筑物构成。拦河大坝为椭圆线型混凝土双曲拱坝，最大坝高289 m，坝顶弧长709 m，左右岸各布置8台100万kW水轮发电机组，左右岸引水发电系统均由进水口、压力管道、主副厂房、主变洞、尾水管检修闸门室、尾水调压室、尾水隧洞、尾水出口及地面出线场组成[1]。

1 接缝灌浆设计与工艺控制

1.1 接缝灌浆设计

接缝灌浆是通过预先埋管方式将浆液灌入混凝土坝快之间预设的接缝缝面，以增强坝体整体性、改善传力条件的工程[2]。特高拱坝共有30条横缝，横缝总灌浆面积约为30.2万m2。为适应混凝土施工要求，特高拱坝灌浆区高度9～12 m。为达到上下游各部位的灌浆充填效果，根据灌浆区面积及横缝宽度分为A、B 型灌浆区：当灌浆区面积小于450 m2、且底线长度小于30 m时采用A型，为单区单灌浆回路；其余灌浆区采用B型，为单区双灌浆回路。

单个灌区接缝灌浆系统由底部灌浆槽+顶部排气槽+升浆槽组成，底部灌浆槽、顶部排气槽均预埋在先浇块内，在后浇块安装盖板进行封闭，升浆槽在先浇块预埋半圆钢管、后浇块拔管成槽，周边安装止浆片对灌区进行封闭。

拱坝接缝灌浆灌区分为A型灌区、B型灌区两类：

1)灌浆区面积小于450 m2且底线长度小于30 m时，采用A型灌浆区形式，A型灌区为单区单灌浆回路。

2)灌浆区面积大于450 m2或底线长度大于30 m时，采用B型灌浆区形式，B型灌区为单区双灌浆回路。

1.2 混凝土温控条件

白鹤滩特高拱坝国内首次采用全坝低热水泥混凝土，该混凝土早期强度较慢，接缝灌浆开始时，要求灌浆区同高程相邻坝段应同时通水冷却至设计封拱温度，同时灌浆区及其上部的同冷区、过渡区、盖重区也应进行相应的通水冷却，混凝土封拱温度要求[3]详见表1、图1。

表1 拱坝坝体封拱温度表

图1 拱坝封拱温度分区图

坝段各灌区在施工过程中，应按照分期冷却要求进行逐步冷却，进行温度梯度控制，并使各灌区温度、温降幅度形成合适的梯度，以减小混凝土温度应力，避免混凝土出现开裂现象，坝体混凝土二期冷却不同冷区个数的设置范围及温度梯度控制示意图见图2。此外，对于建基面以上首个拟灌浆区，其上同冷区需与拟灌浆区同步二期冷却[4-7]。

1.3 管路安装工艺

灌浆槽布置在灌区底部，排气槽布置在灌区顶部，距止浆片距离为35 cm，距上下游止水片距离为20 cm。

灌浆(排气)槽盖板安装前，应冲洗灌浆(排气)槽尘渣、清理出浆盒内焊渣、对先浇块内预埋管路逐一通水检查，确保管路畅通、槽内干净，并留存通水影像视频、做好文字表格记录。

图2 混凝土冷却梯度控制示意图

盖板应在后浇块混凝土浇筑前安装，安装牢固、与槽应对中，盖板与横缝面之间缝隙应采用监理批准的材料堵缝，封闭严实。

上引及出仓管路:上引及出仓管路采用不同材质、不同管径进行区分，区分规则为：A型灌区管路：灌浆槽/排气槽进、回浆管采用黑铁管； B型灌区管路：灌浆槽/排气槽上游进、回浆管采用镀锌钢管；下游进、回浆管采用黑铁管。

升浆槽间距2 m布置，先浇块预埋Φ30 mm半圆钢管(或半圆橡胶管)，拆模后形成半圆槽，后浇块预埋Φ25 mm充气塑料拔管，混凝土浇筑后拔管成槽。升浆槽底部与灌浆槽连接，引至距排气槽50～100 cm处终止。

半圆钢管采用Φ30 mm普通钢管定制加工而成，底部与灌浆槽连接，采取点焊的方式固定在模板上。半圆钢管应沿铅锤方向安装，在上、下浇筑层间保持连续，顺直。安装后与模板间的缝隙需做勾缝处理。

拔管采用Φ25 mm的塑料软管加工，结构如图3所示。安装前需经过24 h充气试验，满足要求方可用于现场施工。

2 灌浆准备与智能建造判别分析

白鹤滩工程智能建造技术以“全面感知、真实分析、实时控制”的智能闭环控制理论为基础，通过统一规范的工程数据结构分解与编码体系，构建大坝全景信息模型DIM(Dam Information Model)，开发智能建造管理平台iDam(Intelligent Dam Analysis Management)，在剖析工程结构和建造过程的基础上，构建了以单元工程及其工序与流程为基础的建设过程实时管理和调控系统[8]，作为大坝工程智能建造的重要组成部分，全面应用大坝智能建造管理平台iDam2.0及智能灌浆系统。

接缝灌浆温控一条龙、混凝土温度控制的全过程精细化管控，混凝土温度降到设计冷却温度与缝面张开度检测是接缝灌浆之前必要检查项目，白鹤滩高拱坝采用智能控温、缝面张开度监测、混凝土龄期分析、悬臂高度控制等一条龙操作在智能建造平台中实现，为接缝灌浆提供快速、准确的反馈分析,在灌浆过程中随时监测增开度。施工全过程实现精细化管控目标(见图4)。

图3 接缝灌浆系统安装工艺图

通过查询智能建造系统分析，对大坝拟灌区相关同冷区、过渡区温度控制、混凝土龄期、横缝开度等开灌条件进行审查。待具备灌浆条件后灌前进行灌区通水检查，检查管路、缝面畅通性及灌区密封情况。通水检查压力为设计压力的80%，预灌性压水检查压力采取灌浆压力。灌前通过灌区缝容和灌区密封性进行检查，以便为灌浆提供准确基础数据和科学决策依据。

3 接缝灌浆成果

3.1 灌浆压力控制

设计灌浆压力为0.35 MPa(排气槽压力)，灌前根据各灌区管口实际高程换算了排气管管口压力控制标准，灌浆压力控制情况详见表2。

3.2 横缝增开度监测

缝面顶部增开度控制设计标准为不大于0.5 mm，现场控制标准为不大于0.2 mm，灌前根据各灌区测缝计安装高程换算了测缝计位置缝面增开度控制标准，灌浆过程横缝增开度监测成果详见表3。

表2 灌浆压力控制表

图4 大坝信息查询与接缝灌浆判别智能建造系统平台图

表3 缝面增开度监测成果汇总表

3.3 排浆密度检测

灌区所有畅通回浆管路、排气管路返浆浓度均达到1.73 g/cm3以上，除19号01排气进浆密度稍小，最大浓度达到1.84 g/cm3，排浆密度满足设计要求，详见表4。

表4 管口排浆密度检测成果表 g/cm3

3.4 灌浆成果分析

白鹤滩接缝灌浆准备充分，灌浆时机合理，混凝土龄期、混凝土温控、管路检查、缝面张开情况等准备充足，结合灌浆成果(见表5)显示所有灌区排气管全部出浆、密度均达到1.74 g/cm3以上，实际灌入量超过理论缝容，通过以上数据分析，横缝均已得到有效填充。

4 灌后检查分析

4.1 检查孔压浆检查成果

接缝灌浆检查孔进行压浆检查，具体操作及要求为：骑缝孔检查在规定压力0.2 MPa下，注入水灰比为2∶1水泥浆液，开始10 min内，注入率不超过0.2 L/(min·m)(段长)为合格；斜穿孔检查在规定压力0.2 MPa下，注入水灰比为2∶1纯水泥浆液，开始10 min内，注入量不超过4.0 L为合格。检查合格后均采用水灰比为0.5∶1浆液进行灌浆封孔。

表5 灌浆成果统计表

大坝横缝接缝灌浆质量检查孔压浆检查结果满足设计要求。检查孔取芯大坝横缝第1～2层灌区接缝灌浆质量检查孔芯样描述见表6。

4.2 灌后取芯检查

接缝灌浆检查孔按10%进行取芯检查，根据取芯检查结果显示，各坝段横缝均可见浆液充填密实，浆液厚度约0.07～1.5 mm，粘结性满足要求，缝面充填面积达到100%，详见表7，白鹤滩大坝接缝灌浆管路埋设、通水检查、灌浆时机、预灌性压水、横缝张开度监测、灌浆过程记录等准备充分、各工序衔接紧密结合压浆、取芯结果可判断白鹤滩横缝接缝灌浆质量达到优良。

表6 大坝横缝接缝灌浆质量检查孔芯样描述表

表7 大坝横缝接缝灌浆质量检查孔压浆检查成果表

5 结论及建议

1)白鹤滩水电站接缝灌浆从灌浆系统埋设工艺设计、埋管施工、管口材质区分、管路试通水、预灌性压水等各阶段准备工作充分，为接缝灌浆提供良好的基础条件。

2)通过智能建造系统分析大坝混凝土浇筑到混凝土温控、混凝土龄期分析、悬臂高度、缝面张开度监测以及接缝灌浆全过程，在灌浆过程中实时通过监测技术控制缝面增开度，实现精细化判别、分析、决策，为实现智能化接缝灌浆时机判断与实时管控提供科学依据。

3)在灌浆过程中严格控制灌浆压力，灌浆管路采取大循环，这种施工技术一方面在灌浆过程中灵活控制管口的灌浆压力，另一方面在管内流量较小接近屏浆过程中有效避免管路堵塞。

4)大坝各灌区灌区关联坝块龄期、温度满足设计要求，施工过程均严格按照设计技术要求并按批准施工方案有序施工，质量管控得当，各项施工参数满足要求，灌浆结束时出浆密度、压力满足设计要求，排气管排出浆液比重均超过设计标准，缝面增开度在灌浆过程中实时控制，灌后检查与压浆结果均满足设计要求，为超大型拱坝接缝灌浆施工提供成熟经验。