花马湖泵站出水流道开裂原因和修补方案

花马湖泵站位于湖北省鄂州市与黄石市交界处的长江干 堤，是一座设计流量３２．０ｍ３／ｓ、装机４×８００ｋＷ 的排涝泵站，４ 条出水流道为钢筋混凝土圆管驼峰形 流 道，管 道 之 间 中 轴 线 距 离５．５ｍ，单管直径 ２．０ ｍ，壁 厚 ３０ｃｍ。 每 条 出 水 流 道 原 有 ７ 节管道，全长７０．８５ ｍ，２００２ 年 堤 防 加 固 时 在 流 道 出 口 增 加 １ 节水平管道，现 状 出 单 条 水 流 道 全 长 ８２ ｍ。 出 水 流 道 首 端 管 轴线高程１８．３１ｍ，驼峰管轴线高程２４．６０ｍ，流道末端 管 轴 线 高程１５．７０ｍ（见图 １）。 花 马 湖 泵 站 自 １９７８ 年 建 成 投 入 运 行 以来，４条流道逐渐出现 ３０ 处 裂 缝，包 括 环 向 断 裂 缝 和 伸 缩 缝
２ 花 马 湖 泵 站 流 道 开 裂 渗 漏 的 标 本 兼 治 方 案
通 过 深 入 了 解 花 马 湖 泵 站 流 道 病 害 现 状 、原 因，并 总 结 历 次 流 道 修 补 失 败 的 教 训 ，提 出 以 下 修 补 加 固 方 案 。
２．１ 伸 缩 缝 止 水 重 建
流道伸缩缝止水 重 建 的 工 序 及 工 艺 如 下 ：① 沿 伸 缩 缝 原 有缝槽骑缝凿 出 一 条 宽 ３００ ｍｍ、深 ４０ ｍｍ 的 工 作 槽 带；② 将 伸缩缝原 有 缝 槽 凿 开 凿 宽 至 ２０ ｍｍ 左 右 （用 于 填 充 止 水 材 料），并将缝内的 杂 物 及 渣 砾 清 理 干 净。 然 后 用 酒 精 或 丙 酮 等 有机溶液将裂缝槽及两侧２～３ｃｍ 处 进 行 擦 洗，干 净 后 保 持 干 燥；③在缝内侧壁涂 刷 耦 合 剂，用 压 棒 将 橡 胶 膨 胀 止 水 带 压 入 缝槽中；④沿缝槽 两 侧 成 对 钻 制 植 筋 孔 ，每 隔 １５０ ｍｍ 钻 一 对 （对距１５０ｍｍ），植入 Ｍ１２螺栓。将厚１０ｍｍ、宽１５０ｍｍ 的橡
中 国 农 村 水 利 水 电 ·２０１５ 年 第 ２ 期 文 章 编 号 ：１００７－２２８４（２０１５）０２－０１５５－０４
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花马湖泵站出水流道开裂原因和修补方案
刘 川 顺１，乔 达１，袁 文 阳２
（１．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 ４３００７２； ２．武汉大学土木建筑工程学院，武汉 ４３００７２）
收 稿 日 期 ：２０１４－１０－１３ 作者简介：刘川 顺 （１９６３－），男，教 授，从 事 水 工 建 筑 及 地 基 处 理 研
究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｃｓｗｕ＠１６３．ｃｏｍ。
整环向裂缝或下部半圆 环 状 裂 缝；② 第 ４ 节 管 （位 于 堤 防 背 水 坡 ）的 中 间 ，形 成 完 整 环 向 裂 缝 或 上 部 半 圆 环 状 裂 缝 。４ 条 流 道 断裂缝的出现部位和特征基本相同，但 缝 宽、缝 长 不 等，最 大 缝
表 １ 无 溶 剂 型 高 强 环 保 环 氧 裂 缝 灌 浆 材 料 性 能 指 标
性能
项 目
指标
可灌性能
初始黏度／（ＭＰａ·ｓ）（Ｔ＝２５ ℃）
﹤ ８０．０
凝胶时间／ｍｉｎ（Ｔ＝２５ ℃）
６０．０～１００．０
抗压强度／ＭＰａ（Ｔ＝２５ ℃）
﹥ ９０．０
Hale Waihona Puke 抗拉强度／ＭＰａ（Ｔ＝２５ ℃）
﹥ ２０．０
１．１ 流 道 病 害 现 状
花马湖泵站流 道 老 化 病 害 主 要 表 现 为：管 身 环 向 断 裂 缝，
体局部形成空洞。长期的管缝渗流作用导致混凝土浇筑质量 差 （存 在 蜂 窝 麻 面 、沙 眼 ）的 部 位 发 生 严 重 渗 流 溶 蚀 。
流道环向断裂缝出现在：①泵房后 第 ２ 节 管 的 中 间 形 成 完
修 补 加 固 方 案 ，供 同 类 修 补 加 固 工 程 参 考 。
图 １ 花 马 湖 泵 站 出 水 流 道 纵 剖 面 图 伸缩缝张开和止水失效，水泵排涝抽水 时 流 道 内 水 流 透 过 管 壁
１ 花 马 湖 泵 站 流 道 病 险 状 况 及 成 因 分 析
混凝土裂缝向外喷射，水泵停机时管外 地 下 水 携 带 泥 沙 透 过 裂 缝渗入管内，流道裂 缝 的 双 向 渗 漏 造 成 流 道 管 床 土 壤 流 失，土
花马湖泵站出水流道开裂原因和修补方案 刘川顺 乔 达 袁文阳
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胶板带以及压带扁 钢 条 对 应 钻 孔，盖 住 裂 缝 铺 设 于 工 作 槽 内， 上螺母拧紧。扁钢条表面需进行凿毛 处 理，便 于 覆 盖 混 凝 土 的 粘结。然后将结构胶拌和的高强度细石混凝土沿缝填平工作 槽 ，并 进 行 抹 光 处 理 （见 图 ４）。
力学性能
干黏强度／ＭＰａ（Ｔ＝２５ ℃）
﹥ ６．０
湿黏强度／ＭＰａ（Ｔ＝２５ ℃）
﹥ ３．５
无 约 束 线 收 缩 系 数／％
≤０．１
图 ４ 伸 缩 缝 止 水 结 构 重 建 方 案 （单 位 ：ｍｍ）
２．２ 流 道 裂 缝 修 补
流道裂缝修补的工序及工艺如下。 （１）灌浆前的裂缝处混凝 土 表 面 处 理。对 于 较 小 的 裂 缝 （δ ＜１．０ｍｍ），用钢刷清除裂缝表 面 的 灰 尘、浮 渣，再 用 高 压 空 气 将混凝土粉层清除干净。对 于 宽 （δ≥１．０ ｍｍ）而 深 的 裂 缝，用 钢钎沿裂缝凿成“Ｖ”形槽，再 用 钢 刷 及 压 缩 空 气 将 混 凝 土 屑 粉 清除。上述处理工作完成后，用酒精 或 丙 酮 等 有 机 溶 液 将 裂 缝 两侧２～３ｃｍ 处擦洗干净并保持干燥。 （２）埋设灌 浆 嘴。 在 裂 缝 较 宽 处、端 部 及 裂 缝 贯 穿 处 埋 设 灌浆嘴，灌浆嘴间距２００～１ ０００ ｍｍ（缝 宽 则 密，缝 宽 可 稀），在 一条裂缝上必须 有 进 浆 嘴、排 气 嘴、出 浆 嘴。 埋 设 时 先 在 灌 浆 嘴的底盘上抹一层厚约１ｍｍ 的 环 氧 胶 泥，将 灌 浆 嘴 的 进 浆 孔 骑缝粘贴在预定的位置上。 （３）封缝。灌 浆 施 工 前 应 对 裂 缝 进 行 封 闭，形 成 一 个 封 闭 性空腔。封缝可根据不同的裂缝情况分别采用环氧树脂胶泥 封缝、粘贴玄武岩 纤 维 布 封 缝。 对 于 不 凿 槽 的 裂 缝，直 接 用 环 氧胶泥或结构胶封缝，即先在裂缝两侧（宽２０～３０ ｍｍ）涂 一 层 环氧基液，然 后 抹 一 层 厚 １ ｍｍ，宽 度 ２０～３０ ｍｍ 的 环 氧 胶 泥 或结构胶；对凿“Ｖ”形槽 的 裂 缝，用 结 构 胶 水 泥 砂 浆 填 槽 封 缝， 即先在“Ｖ”型槽面 上 用 毛 刷 涂 刷 一 层 １ ｍｍ 厚 的 环 氧 基 液，然 后用结构胶水泥砂浆封闭。 （４）缝内灌浆。混凝土裂缝灌浆 材 料 采 用 无 溶 剂 型 高 强 环 保环氧裂缝灌浆材料（不含酮和糠醛稀 释 剂），要 求 采 用 具 有 黏 度小、粘接力高、无毒等特点的灌浆材 料，具 体 性 能 指 标 要 求 见 表 １。 灌浆从裂缝的一端到另一端。从 一 端 开 始 压 浆 后，另 一 端 的出浆嘴在排出裂缝内的气体后喷出 浆 液，其 喷 出 浆 液 与 压 入 的浆液浓度相同时，可停 止 压 浆。 灌 浆 的 压 力 一 般 控 制 在 ０．２ ＭＰａ，达 到 规 定 的 压 力 后 ，在 保 持 压 力 下 封 堵 灌 浆 嘴 。
的扩张，以至于泵站运行时流道内水流 透 过 裂 缝 向 管 外 呈 射 流 状渗漏，泵站非运行 状 态 下，管 外 地 下 水 携 带 泥 沙 透 过 裂 缝 向 流道内渗漏，严重危 及 长 江 干 堤 安 全。 泵 站 业 主 单 位 于 ２００１、 ２００５、２００９年先后委托不同的水利工程加固公司对流道进行 修 补 加 固 ，但 由 于 花 马 湖 流 道 裂 缝 原 因 复 杂 ，３ 次 修 补 措 施 均 未 见 效果，流道裂缝仍然发展，渗漏险情持续加剧。２０１０年冬，本 文 作者及课题组受业主委托对花马湖泵站出水流道进行修补加 固，至今经 受 了 ４ａ 排 涝 运 用 的 考 验，未 再 出 现 裂 缝 及 渗 漏 险 情 。本 文 主 要 分 析 花 马 湖 泵 站 流 道 裂 缝 成 因 ，介 绍 所 采 取 的
图 ２ １ 号 流 道 第 ５ 节 管 末 端 伸 缩 缝 张 开 ，底 泥 渗 入
图 ３ ２ 号 流 道 第 ６ 节 管 末 端 伸 缩 缝 渗 出 的 混 凝 土 溶 蚀 物
１．２ 流 道 病 害 成 因 分 析
花马湖泵 站 所 在 长 江 堤 防 地 基 为 第 四 系 冲 积 、堆 积 层 地 基，地表４～５ｍ 深度以下是极易发生渗透变形 的 粉 细 沙 层，该 粉细沙层厚度超过４０ｍ，连通堤 外 长 江 和 堤 内 花 马 湖 排 涝 河， 每当汛期长江高水 位 时，堤 防 内 外 形 成 水 头 差，花 马 湖 泵 站 排 涝河就发生管涌，造 成 堤 基 粉 细 沙 流 失。１９９８ 年 特 大 洪 水 （以 下简称９８’洪水）期 间，因 地 基 管 涌 导 致 花 马 湖 泵 站 不 均 匀 沉 陷，泵房钢筋混凝土结构产生严重 断 裂。９８’洪 水 过 后，对 花 马 湖泵站泵房进行了 重 建，对 该 段 长 江 堤 防 进 行 了 加 高 培 厚，但 因堤基粉细沙层过 于 深 厚，没 进 行 堤 基 防 渗 处 理，只 是 在 泵 站 前的排涝河中建造 了 反 压 闸，平 衡 堤 防 内 外 水 头 差，以 减 缓 汛 期管涌险情。
摘 要：分析了花马湖泵站出水流道开裂的原因，总结了以往历次修补失败的教训，采取重建伸缩缝 止 水、断 裂 缝 内 部灌浆和表面粘贴玄武岩纤维布、流道管床灌浆等标本兼治的措施，成功治理了花马湖泵站出水流道开裂渗 漏 的 顽 症 并 且 经 受 了 ４ａ排 涝 运 用 的 考 验 。 关 键 词 ：泵 站 ；出 水 流 道 裂 缝 ；止 水 ；灌 浆 ；玄 武 岩 纤 维 中 图 分 类 号 ：ＴＶ４４１ 文 献 标 识 码 ：Ｂ