赵 毅,郑青松,孙荣强
(青海友邦特种工程有限责任公司,青海西宁,810000)
作者简介: 赵毅(1983—),男,青海西宁人,工程师,主要从事水工建筑物结构补强及渗漏处理、泄水建筑物抗冲磨修补施工。
【摘 要】 本文介绍了龙羊峡水电站2#机组尾水管钢衬脱空处理试验的试验内容和施工工艺。对常用的几种处理方法进行了分析比较,试验采用灌注“环氧砂浆”,并进行室内试验和现场试验。
【关键词】 钢衬脱空; 灌注“环氧砂浆”
1 概述
龙羊峡水电站2#机组检修期间,电站运行人员对尾水管钢衬脱空情况采用捶击检查的方法进行了全面检查。发现脱空部位有11处,最大脱空部位面积为4.98m2,最小脱空面积为0.04m2,总脱空面积为14.1m2。逆水流方向一侧发现尾水管钢衬被撕裂损坏,原混凝土浇筑不密实存在“狗洞”,表面冲蚀严重,冲蚀坑尺寸为: 上宽1.0m,下宽2.0m,高1.27m,深0.35~1.17m,能见骨料和钢筋网,面积约为1.905m2。初步分析认为,尾水管内水流涡带形成的负压是产生钢板表面严重气蚀和钢板与混凝土拉裂脱空的主要原因; 原混凝土浇筑不密实,灌注的水泥浆结石收缩性大、且呈薄层状已被振碎等质量缺陷是造成尾水管里衬脱空的潜在因素。
2 处理方案及材料的选择
根据尾水管钢衬脱空原因的初步分析,结合常用灌浆材料的特性、处理后的效果及工程造价等方面,拟定了四种处理方案进行比较。①纯水泥灌浆,灌注水灰比0.5 1浓浆; ②先水泥灌浆,后进行环氧化学灌浆; ③纯环氧材料化学灌浆; ④灌注“环氧砂浆”。经比较采用灌注“环氧砂浆”进行试验。处理试验选用了中科院广州化学研究所生产的YDS-7高渗透改性环氧材料。尾水管钢衬脱空处理常用几种方案对比表见表1。
3 钢衬脱空灌浆试验研究
3.1 室内灌浆试验
3.1.1 试验目的
现场灌浆试验质量检查只能进行无损敲击检查,无法对灌浆效果和力学性指标取样试验。因此,有必要结合室内各项试验指标对处理效果综合评定。室内灌浆试验与现场灌浆试验同步进行,室内灌浆试验主要内容包括: 石英砂内化学灌浆渗透效果试验,环氧砂浆的抗压强度、抗拉强度(劈裂)、粘结强度等性能指标测试。
表1 尾水管钢衬脱空处理常用几种方案比较
3.1.2 试验材料
普通石英砂: 要求质地坚硬、颗粒圆润、干净,粒径范围为0.2~2mm。
高渗透性环氧浆材: 经比较选用广州化学研究所研制的高渗透性环氧材料(YDS-7型),固化时间控制在10h左右,浆液粘度特性指标见表2,浆材物理力学特性指标见表3。
表2 高渗透性环氧浆液(YDS-7)粘度特性指标
注: 室内气温为15℃、反应温度为30℃。
表3 化学灌浆材料物理力学特性指标
3.1.3 灌浆效果试验
普通石英砂灌浆效果试验,采用2.0m长的φ90mm的PVC硬质塑料管,将两端封闭,管内填满石英砂并振动密实,由一端注入环氧化学浆液,另一端排气出浆。灌浆试验压力0.1~0.2MPa,在规定最大压力下灌注历时6~10h结束待凝,待凝28d后剖开PVC管进行灌浆密实度检查,检查石英砂是否被环氧化学浆液均匀包裹密实,并拍照。试验要求见表4。
表4 灌浆渗透性试验要求
注: 室内试验气温控制在10~15℃。
3.1.4 力学性能指标试验
(1)抗压、抗拉强度试验
灌浆效果试验检查完毕后,按有关试验规程室内截取试样进行抗压、抗拉强度试验。试验要求见表5、表6。
表5 抗压强度试验要求
表6 抗拉(劈裂)强度试验要求
(2)粘结强度试验
主要测定被灌环氧砂浆与钢板之间的粘结强度。试验方法要求如下:
首先按要求制作试验摸具,保证橡胶垫片压缩封闭后试件尺寸为150mm×150mm× 10mm,并按要求安装进浆管和回浆管,分别从进浆管和回浆管管口填充粒径为0.2~2mm的普通石英砂,保证石英砂充填饱满并振动密实,然后再安装灌浆嘴和回浆管。准备工作就绪后,由进浆管注入环氧化学浆液,待回浆管(兼排气)排出浆液后关闭阀门,灌注压力0.1~0.20MPa,在规定压力下灌注历时10h结束,待凝28d后拆除四周固定螺栓进行粘结强度试验,并检查石英砂是否被环氧化学浆液均匀包裹密实,进行密实性记录及拍照。试验要求见表7。
表7 粘结强度试验要求
3.2 现场试验工艺及技术方案
3.2.1 试验工艺
电钻钻穿钢衬→丝锥套丝→安装特制灌浆嘴→灌前连通试验→吹石英砂→灌YDS-7化学浆液→拆除灌浆嘴→安装特制堵丝→电焊机焊接→打光磨平。
3.2.2 试验技术方案
(1)布孔及钻孔
根据脱空面积的大小,确定布孔的位置及个数,一般每1m2布置2~4个灌浆孔,小于1m2的脱空面积至少布置2个钻孔,钻孔采用磁力钻,钻孔布置采用梅花形,钻孔布置示意图见图1。
图1 尾水管脱空部位布孔示意图
(2)丝锥套丝
将钢管钻穿后,用M20的丝锥对钻孔进行套丝,在套丝过程中要用力均匀,保持匀速旋转,以确保灌浆嘴安装质量。
(3)安装特制灌浆嘴
母丝扣套好后,安装特制灌浆嘴。为了防止漏浆,而影响灌浆质量,灌浆嘴安装前,在丝扣处沿逆时针方向缠绕止浆材料,止浆材料(或用橡胶垫)缠好后将灌浆嘴安装在套好的母丝扣上,然后用高压风吹净孔内粉尘。
(4)灌前连通试验
灌浆前先进行压水试验,确保钢衬脱空间隙的连通性。当被灌水从排气孔流出时说明贯通良好,否则重新补孔。压水试验压力为0.2MPa。
(5)吹石英砂
压气试验后,将钢衬脱空中的积水排出,用特制装置将石英砂吹入空隙中,直至完全充满。在吹石英砂过程中,用手锤敲击钢衬或用振捣器紧贴钢衬震动,保证石英砂填充密实。
(6)灌注YDS-7化学浆液
在灌浆前,将所有的灌浆嘴全部打开,首先将脱空部位最低的一孔作为进浆孔,其余各孔作为排气孔,当相邻各孔出浆时依出浆的先后次序逐孔关闭灌浆嘴,并作为进浆孔同时进行灌浆。灌浆压力0.20~0.30MPa,在设计灌浆压力下总灌注历时不应小于10h,当达到设计最大压力后纯灌注历时不应小于6h,且不吃浆时结束待凝。
灌浆结束待凝48h后,采用敲击检查是否存在脱空漏灌部位,若脱空面积大于0.1m2应按上述要求进行补灌处理。
(7)封孔打光磨平
灌浆结束,被灌浆液凝固达到一定强度后,将灌浆嘴卸掉,然后在丝堵上涂抹粘结胶后安装专用丝堵,并用电焊机将丝堵与钢衬焊死,然后用抛光机将被焊部位磨光。平整度、光洁度要满足尾水管钢衬的要求。
(8)灌浆过程中的变形监测
每一独立灌区灌浆前应在脱空面积较大的部位安装2支千分表进行灌浆过程变形监测,变形观测装置按照设计安装。要求每10min观测一次,当变形监测读数较稳定时可延长到每30min观测一次,应做好详细记录。控制钢板变形量小于0.5mm,否则应降低灌浆压力。
4 灌浆处理后效果检查
(1)室内试验结果
试验28d后,对环氧砂浆与钢板之间粘结强度测试。试件中石英砂完全被环氧浆液包裹密实,并且粘结良好,4个试件粘结强度平均值为2.27 MPa,远大于设计粘结强度值1.0MPa。4组试件粘结强度试验结果见表9,石英砂被环氧浆液包裹密实度见图2。
表8 粘结强度试验成果表
图2 室内粘结强度试验照片
(2)现场抗拔试验
灌浆结束后30d,选择代表性部位,用金刚石钻头钻取3个直径为100mm试样(仅钻穿钢衬即可),做现场拉拔试验。试验孔钻孔采用专用铣刀切割钢板。由于切割表面不平,且整刀头单面环切,当切割到一定深度后,对切割钢板有环向扭力,对切割范围内侧钢衬粘结强度有一定的破坏作用,导致现场拉拔试验无法进行测试,只能检查“环氧砂浆”的密实度。现场钢衬切割脱落后发现,直径φ100mm钢板表面粘结3~5mm厚度不等的“环氧砂浆”,粘结牢固,石英砂完全被环氧浆液渗透包裹。
5 结语
2#机组运行半年后,电站运行人员对脱空处理部位进行敲击检查,敲击检查声音沉闷,未发现有脱空区域。尾水管钢衬脱空处理经过室内试验、现场灌浆试验以及处理后敲击检查,被灌注“环氧砂浆”充填饱满密实,石英砂被环氧浆液完全渗透,包裹密实,粘结强度满足设计要求。石英砂代替部分环氧浆液,又能提高弹性模量,还能减少工程造价,对类似于尾水管钢衬脱空的处理,采用灌注“环氧砂浆”的处理方法比较优越。
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