大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》是葛洲壩集團第五工程有限公司完成的建築類施工工法，完成人是呂芝林、郭光文、冷向陽、彭元平、周山。該工法適用於拱壩橫縫及主應力較小的壩體縫面接縫灌漿施工。

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》主要的工法特點是：簡化了灌漿系統布置。提高和保證拱壩接縫灌漿質量，縮短了模板施工的循環周期。

2008年1月31日，《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法
• 工法編號：YJGF281-2006
• 完成單位：葛洲壩集團第五工程有限公司
• 主要完成人：呂芝林、郭光文、冷向陽、彭元平、周山
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：2005-2006年度國家二級工法

形成原因

為防止拱壩裂縫，常態混凝土拱壩都是採取分塊澆築，各個壩塊之間留設橫縫。各橫縫是待相應高程的壩體混凝土達到齡期要求並冷卻到設計封拱灌漿溫度後再進行灌漿，從而將大壩連成一個整體。為增加壩塊之間的抗剪能力，在縫面都設有鍵槽，傳統的方式是採用梯形鍵槽。梯形鍵槽容易形成受壓面，使縫面不暢，故常採用拔管技術在縫面布設灌漿槽，由於工藝複雜漿槽往往容易堵塞，嚴重時會影響灌漿質量。同時該方法進漿系統也複雜，需要在各個面布設進漿盒。且梯形鍵槽模板和混凝土之間咬合力大，縫面立模、拆模不便，模板損耗大，進度慢。故中國一直在探討大壩縫面鍵槽形式及灌漿系統的施工方法和不同的鍵槽形式對縫面應力傳遞影響。

球面鍵槽各個面都是均勻的，沒有尖銳的稜角，不會產生受壓面。鍵槽模板可與縫面模板焊接在一起，立模、拆模和普通模板一樣方便。在洞坪工程中根據應力分析蓄水後壩體縫面的主應力為壓應力，剪力不大，故嘗試地採用了球面鍵槽技術。通過實踐表明採用球面鍵槽壩體縫面暢通，漿液擴散性好，不再需要拔管形成漿槽，進漿和排氣系統採用面進漿布置，非常簡單。施工速度可以得到提高，經過兩年來的工程運行，工程質量穩定可靠，該工法有社會效益和經濟效益。後又在其他工程中陸續使用，經總結特形成《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》。

工法特點

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》的工法特點是：

1、縫面採用球面鍵槽的施工方法，縫面均勻、暢通，可以取消縫面拔管工藝，從而採用面進漿系統，簡化了灌漿系統布置。可以提高和保證拱壩接縫灌漿質量。

2、球面鍵槽模沒有尖銳的稜角，澆築後與混凝土之間咬合力小，模板拆卸方便，損耗少。

3、球面鍵槽模板可以與縫面模板焊接在一起，實現大模板機械化作業，使用勞動力較少，提高了工效。縮短了模板施工的循環周期。

操作原理

適用範圍

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》適用於拱壩橫縫及主應力較小的壩體縫面接縫灌漿施工。

工藝原理

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》的工藝原理敘述如下：

球面鍵槽各個面都是均勻的，沒有尖銳的稜角，不會產生受壓面，縫面暢通，漿液擴散性好，故不再需要拔管形成較多的灌漿槽，只需在先澆壩塊灌區底部的橫縫面安設水平通長的木印模和進漿管形成進漿系統，在灌區頂部安設水平通長木印模和排氣管形成排氣系統，採用L形鍍鋅薄鋼板蓋板將漿槽和氣槽釘牢密封，形成面進漿和面排氣。壩塊之間橫縫縫面隨著壩體混凝土水化、乾縮和冷卻收縮會自然張開，同時帶著漿槽蓋板和氣槽蓋板拉開，形成一個暢通的灌漿系統。同時在漿槽和氣槽之間布設球面鍵槽以滿足壩體縫面的抗剪要求，並將灌區底部、頂部、下游和上游採用鍍鋅薄鋼板止漿片或銅止水片騎縫安裝焊接形成一個封閉的灌區。然後通過進漿管道對縫面進行沖洗、浸泡、注漿和閉漿把大壩橫縫縫隙用水泥漿填充密實，從而使大壩形成一個均勻的整體。

施工工藝

• 工藝流程

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》的施工工藝流程：

施工準備→灌區底層先澆壩塊施工→灌區中部帶球面鍵槽的壩塊施工→灌區底層後澆壩塊施工→灌區分隔區先澆壩塊施工→灌區分隔區後澆壩塊施工→壩體通水冷卻→灌區通水檢查、洗縫→灌漿。

• 操作要點

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》的操作要點如下：

一、灌區底層、灌區分隔區先澆壩塊施工

本接縫灌漿採用面出漿型灌漿系統，由梯形漿槽、進回漿管、梯形排氣槽、排氣管、止漿（止水）片等組成。其中進回漿管及排氣管採用雙迴路方案（進漿槽、排氣槽、水平止漿片布置見下圖1）。壩體澆築倉位尺寸一般是按設計要求劃分，倉位高度對於靠近基岩面原則上不超過2米，中部灌區分隔區倉位高度按標準層高施工。靠近基岩面倉位採用散裝鋼模板施工，壩體中部灌區分隔層橫縫模板採用拼裝大模施工，故設計尺寸要滿足標準升層的要求（工藝流程參見下圖2），施工中具體要求如下：

1.橫縫上下游止水（止漿）片與橫縫對中偏差不能超過5毫米，由於拱壩橫縫縫面是扭曲面，止水片安裝前必須採用吊線等方式對其上下部均進行定位後方可焊接。

2.橫縫模板一般採用散裝鋼模拼裝，面板厚度不宜超過3毫米，以方便用手電鑽在面板上鑽孔安裝水平止水和木印模等木條。模板平整度誤差不大於5毫米，以保證漿槽蓋板裝釘後不形成大的縫隙而漏漿。

3.水平止漿片與橫縫上下游垂直止水焊接應採用銅焊，以保證焊縫有一定的韌性而不易拉開。

4.槽木印模採用內小外大的楔形結構，以方便拆除。固定漿槽蓋板的預埋木條採用內大外小的楔形結構，以保證木條有足夠的結合力。木條宜採用松木類的軟木採用12號鋼絲固定在模板上。

5.進漿盒採用20毫米的鋼管外焊50毫米×50毫米鋼板採用2英寸鐵釘固定到木印模上，後接25毫米5HDPE高密聚乙烯塑膠管編號排列引出倉外。

6.澆築混凝土時對有止水、預埋漿管木盒等部位宜採用人工下料，遇有大顆粒骨料應人工檢除，振搗時嚴禁振動棒觸及止水和埋件。混凝土振搗應密實。

二、灌區中部帶球面鍵槽的壩塊施工

帶球面鍵槽的壩體施工倉位一般都是標準倉位配置，其施工組織和配置按大壩總體安排施工。球面鍵槽模板採取在工廠衝壓成形，大壩施工前採用電焊滿焊固定到橫縫模板上。橫縫上下游側靠近止水片部位採用平板模配單個活動鍵槽，以適應壩體變化。橫縫模板採用拼裝大模，模板尺寸與上下游模板相適應，外部設有50厘米寬操作平台。模板採用鋼筋內拉固定，在模板上口和底部各設一排。底部採用上一倉頂部拉條固定，初步固定時拉條不宜太緊，以方便模板校正。一般情況下上一倉球面鍵槽模板拆除後，馬上進行下一倉的安裝。同一塊模板同一位置的垂直上升。模板加固好並做好內撐確認安全後，鬆開起吊鋼絲繩。如此循環完成縫面的立模，進入下一道工序。為保證縫面暢通，要求上下倉接頭處混凝土錯台掛簾不能大於5毫米，否則需要鑿平修補。混凝土的球面鍵槽模板拆除應在混凝土強度達到2.5兆帕以上，能保證其表面及稜角不因拆模而損壞時，才能拆除。

三、灌區底部、灌區分隔區後澆壩塊施工

灌區底部灌區分隔區後澆塊施工前必須要對先澆壩塊預埋的進漿管、排氣管進行通水檢查看是否暢通，如發現堵塞必須在後澆壩塊重新補設。漿槽蓋板和氣槽蓋板採用0.75毫米厚鍍鋅白鐵皮用50毫米長鐵釘按間距25厘米左右釘牢在預埋木條上安裝後蓋板的縫隙不能大於2毫米，並用砂漿勾縫。水平止漿片和上下游垂直止水片要確保完好不滲漏，在“十”字交叉處宜採用銅焊焊接。後澆塊澆筑前必須要對縫面進行清理和修補，割除所有的過縫拉條和鐵件，對縫面混凝土錯台掛簾處進行鑿除修補。澆築時對漿槽蓋板、氣槽蓋板、水平止漿片處採用人工從一端往另一端依次進料振搗，以保證止漿片底部排氣順暢，澆築密實。澆築的混凝土骨料粒徑不宜大於4厘米，且坍落度不宜小於5厘米。

四、灌區通水檢查、洗縫

壩體冷卻到一定溫度壩體接縫張開後即對各灌區要進行全面通水檢查，檢查管路、縫面及灌區的密閉性，通水壓力為設計灌漿壓力的80%。通水檢查時要按灌漿要求對鄰縫進行通水平壓。

1.管路暢通性檢查。分別從進漿管（或者備用進漿管）進水，開啟回漿管（或備用回漿管），關閉其他管口，測出回漿管（或備用回漿管的出水量）。當該流量大於30升/分鐘時，認為該套灌漿管路暢通，否則要進行處理。

2.縫面通水檢查。縫面通暢情況採用“開通水檢查”方法，兩個排氣管的單開出水量均大於25升/分鐘合格。排氣管與縫面不暢時先進行倒壓水處理，即從排氣管壓水疏通。

3.灌區密閉檢查。縫面漏水量宜小於15升/分鐘。縫面完全沖水後，測量進水量與出水量，計算差值，施工中結合縫面檢查進行。要求進水後5分鐘開始測量，每2~3分鐘測量一次，測三次取其平均值。如灌區有外漏現象需進行嵌縫或堵漏處理。

五、壩體接縫灌漿

1.灌漿時間。接縫灌漿時間宜安排在每年的1~4月份低溫季節。

2.灌區側混凝土的齡期要求。灌區兩側壩塊混凝土齡期應大於6個月，對少數特殊灌區小於6個月的採取補償混凝土變形措施，即齡期少一個月，對灌區兩側壩塊混凝土超冷10C，但控制混凝土齡期不小於4個月。

3.灌漿溫度。接縫灌漿前灌區兩側及上部9米厚壓重混凝土溫度應達到設計規定的接縫灌漿溫度。

4.灌區同時施工時，每一灌區配備一台灌漿泵。通水平壓可以一泵多區。

5.灌漿材料及漿液拌制。灌漿材料採用P.O.42.5級水泥摻減水劑。漿液拌制採用高速攪拌機拌制，水灰比為3:1、1:1、0.5:1三個級別。

6.灌漿壓力與漿液變換。灌漿壓力一般0.35兆帕，以排氣口壓力控制。若排氣管的單開出水流量大於30升/分鐘時直接採用0.5:1的最濃級漿液灌注。否則初始水灰比為3:1開始，當排氣管漿液濃度達到進漿濃度或縫面容積時立即變濃。

7.結束標準。排氣管出漿濃度達到0.5:1、壓力達到設計值、縫面吸漿量小於0.4升/分鐘時，持續灌漿20分鐘後即逐步關閉排氣管、回漿管閘閥，最後關閉進漿管閘閥進行閉漿，閉漿時間不少於8小時，並要求壓力自然消散後方可拆除。

• 勞動力組織

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》的勞動力組織見下表。

勞動力組織情況表

序號	單項工程	所需人數	備註
1	管理人員	5	/
2	技術人員	6	/
3	一組壩塊立模	8	按三個壩塊一組
4	一組壩塊備倉	4	按三個壩塊一組
5	一組壩塊澆築	30	按六個壩塊一組
6	接縫灌漿	22	/

材料設備

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》沒有特別需要說明的材料，採用的主要機具設備見下表。

機具設備表

序號	設備名稱	設備型號	單位	數量	用途	備註
1	倉面吊	8噸	台	2	模板的吊裝	也可用其他起吊設備
2	電焊機	BX-300	台	2	焊接拉條	/
3	鍵槽模	/	個	/	形成鍵槽	/
4	角磨機	/	台	1	清理模板面	/
5	高速製漿機	NJ-500	台	2	拌制水泥漿	/
6	灌漿泵	3SNS	/	8	注漿	/
		SGB6-10	/	4		/
		BW100/100	/	6		/
7	自動記錄儀	GY-Ⅲ	只	8	記錄灌漿情況	/

質量控制

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》的質量控制要求如下：

一、工程質量控制標準

施工總體質量執行《水利水電工程施工質量驗收規範》的標準。為保證壩體橫縫張開度滿足灌漿要求和簡化施工，壩體分塊大小要適中。同時為保證各縫面張開比較均勻，相鄰壩塊澆築高差不能大於12米。縫面模板安裝的允許偏差按下表執行。

模板安裝的允許偏差

序號	偏差的項目	允許偏差（毫米）	檢查的頻率	檢查的方法
1	相鄰兩模板錯台	5	每一塊模板	用2米直尺檢查
2	表面局部不平	2	每一塊模板	用2米直尺檢查
3	結構物的邊線與設計邊線	15	每一塊模板	直尺或全站儀

二、質量保證措施

1、模板的現場拆除、安裝施工要求嚴格做到文明施工，嚴格按照作業指導書施工，禁止野蠻的模板拆除、安裝行為。最大限度的保護縫面不被人為地損壞，模板平整度誤差不大於5毫米。

2、漿槽蓋板和氣槽蓋板採用0.75毫米厚鍍鋅白鐵皮用50毫米長鐵釘按間距25厘米左右釘牢在預埋木條上。安裝後蓋板的縫隙不能大於毫米，並用砂漿勾縫。以保證蓋板不脫落，不向內漏漿。

3、各止水、製漿片應對中，焊接可靠，不滲漏。各種管道必須派專人管理，並編號登記引到設計部位。

4、澆築混凝土時對有止水、預埋漿管、木盒等部位宜採用人工下料，遇有大顆粒骨料應人工檢除，振搗時嚴禁振動棒觸及止水和埋件，混凝土振搗應密實。

5、灌漿前管區側混凝土達到4~6個月齡期，冷卻溫度應達到設計穩定溫度，各管道和縫面通水檢查暢通，縫面漏水量宜小於15升/分鐘。

6、如存在上下層灌區竄漏，下層灌區排氣管達到規定濃度後應對上層灌區通水平壓和沖洗。

安全措施

採用《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1、遵守國家發布的《安全生產法》，遵守建設部、中華全總、勞動人事部聯合發布的《建築安裝工人安全技術操作規程》。

2、堅持“安全第一、預防為主”的方針。加強安全教育，堅持上崗前的安全培訓和安全技術交底工作，建立健全各項安全規章制度，加強安全崗位責任制。嚴格按操作規程作業。

3、參加高空作業的施工人員。作業時必須佩帶安全帽、系安全帶或安全繩，穿放滑勞保鞋。

4、起重設備的操作人員必須持證上崗，定期檢查各種限位開關、起重鋼絲繩、卡環等部件，如有損壞及時更換。

5、起重作業要有專人指揮，起重機扒桿要規定轉動範圍、轉動路線，禁止超負荷起吊。

6、遇到大風、暴雨及雷電天氣必須停止施工作業，同時，要切斷電源，保護好各種設備。

7、大模背部必須焊有立模的操作平台。

環保措施

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》的環保措施如下：

1、遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章。

2、落實環保責任制，與責任人的經濟利益掛鈎，形成責、權、利相結合的制約獎懲機制。

3、按環保體系的要求來管理工地的工程材料、設備、施工廢水、生活垃圾。並定期進行檢查。

4、採取儲液池等有效措施控制漿液排放，及時清理填埋。

5、漿液拌合現場實行全封閉式施工管理，防止施工過程中產生的粉塵向外彌散，造成大氣污染。施工現場應有專人負責保潔工作，配備相應的灑水設備，及時清掃，減少揚塵。

效益分析

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》的效益分析如下：

1、模板損耗降低50%，節省了材料消耗，社會效益顯著。

2、模板拆卸方便，節省了勞動力，與梯形鍵槽相比，可以節省50%的勞動力。

3、與人工縫面立模相比，採用了倉面吊的施工手段，工效提高了2~3倍。作業工期可以縮短50%。

4、洞坪工程由於採用該工法發電工期提前了約90天，創造效益約1500萬元。衣索比亞TEKEZE拱壩由於採用了該工法提前工期約5個月，創造效益2000餘萬元。同時最佳化取消了導流底孔直接節省投資約300萬元。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》的套用實例如下：

一、湖北宣恩洞坪電站對數螺旋線雙曲拱壩

1、工程概況

洞坪水利水電樞紐工程主體建築物有：混凝土雙曲拱壩、壩身泄洪建築物、左岸發電引水建築物、左岸地下發電廠房及變電站。混凝土雙曲拱壩壩頂高程495.0米，最低建基高程360.0米，最大設計壩高135.0米，壩軸線長253.11米。從左到右分為13個壩段，大壩頂寬5米，底寬23.5米。典型橫縫如下圖。

橫縫鍵槽及灌漿管路布置示意圖

2、施工情況

洞坪拱壩一共分為12條橫縫，橫縫均為全徑向扭曲面縫。橫縫縫面均布置了球面鍵槽。橫縫從下到上按層高10.0米為一個灌區。灌區最大面積262.5平方米，各個灌區灌漿系統由漿槽、進回漿管、排氣槽、排氣管以及止水、止漿片組成整個大壩總計87個灌區。在現場場地狹窄、施工干擾多的情況下，大壩12條橫縫施工過程中，沒有出現施工質量問題和施工安全問題。安全、高效、優質完成了拱壩的施工。比契約工期提前了約90天發電，創造了發電效益約1500萬元。洞坪水利水電樞紐工程於2003年3月5日開工，於2006年1月26日完工。

3、結果評價

洞坪拱壩封拱灌漿施工質量達到設計要求，單元工程合格率100%，其中優良率達到91.3%分部工程施工質量通過驗收並評為優良。接縫灌漿共布置檢查孔17個，經檢測透水率全部在設計標準內，取芯芯樣表明接縫處水泥結石膠結緊密，填充飽滿密實，滿足設計要求。大壩經過兩年的蓄水運行，大壩變形、位移一切正常，壩體安全可靠。

二、衣索比亞大壩

衣索比亞TEKEZE電站由一個英國公司承擔設計任務，中國水利水電總公司和葛洲壩集團公司組建的聯營體承擔施工任務，其中大壩施工由葛洲壩五公司承建。大壩是一座180米高的雙曲拱壩，共布置了21道橫縫，2006年2月15日大壩開始澆築。建設過程中英國公司接受了葛洲壩五公司的建議將大壩橫縫用球面鍵槽灌漿工法，並進行了系統配套的設計修改，成功的運用該項工法施工，施工作業安全方便，沒有出現質量問題，單元工程合格率100%，其中優良率達到95.3%已提前工期約5個月，創造了效益。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《大壩接縫灌漿採用球面鍵槽的施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。