三峽船閘人字門高強(qiáng)度環(huán)氧填料施工.doc

三峽船閘人字門高強(qiáng)度環(huán)氧填料施工鄧朝 胡新民 樊啟祥（中國三峽總公司建設(shè)部）摘要：三峽永久船閘人字門支墊塊與門體之間及枕墊塊與枕座埋件之間2030mm間隙采用高強(qiáng)度環(huán)氧（CT-2）填充密實(shí)。CT-2環(huán)氧樹脂填料是雙組份材料，其抗壓、抗彎強(qiáng)度比葛洲壩船閘所用環(huán)氧分別提高30%和80%100%。關(guān)鍵工序澆筑前封堵采用杉木條，環(huán)氧泥和鐵皮、布條3種封堵法。環(huán)氧法澆筑施工效果在后期有水調(diào)試運(yùn)行中得到驗(yàn)證，基本達(dá)到滴水不漏的效果。關(guān)鍵詞：環(huán)氧施工；船閘人字門；三峽工程1 概述三峽永久船閘共有24扇人字門,每扇人字門寬度為20.2m,厚度為3m,門體高度一至四閘首為38.5m，五、六閘首為37.5m。人字門采用分節(jié)垂直拼裝程序，當(dāng)人字門分節(jié)吊裝、焊接及背拉桿預(yù)應(yīng)力張拉完成之后，就進(jìn)行人字門支枕墊塊安裝調(diào)整，調(diào)整好后，支墊塊與門體之間以及枕墊塊與枕座埋件之間有2030mm間隙，需要用高強(qiáng)度填料填充密實(shí)（圖1）。作為人字門高強(qiáng)度填充材料，需要滿足傳遞水壓力的抗壓強(qiáng)度要求和止水的密實(shí)性要求。國內(nèi)曾有使用環(huán)氧膠泥和巴氏合金的先例。環(huán)氧膠泥具有施工方便的特點(diǎn)，但是強(qiáng)度不高一般只用于低水頭閘門(20m以下)；巴氏合金填料具有較高的機(jī)械性能，但它們的熔點(diǎn)太高，必須高溫澆注，對于大型圖1支枕墊塊與高強(qiáng)度填料（層）填充剖面圖工程施工難度大，同時高溫澆注還會引起金屬構(gòu)件變形、破壞閘門的止水性能，因此，葛洲壩船閘、三峽臨時船閘人字門采用了環(huán)氧填料施工。葛洲壩2船閘下閘首人字門最大工作水頭27m，門高34m，門寬19.7m，承受總水壓力9 850t，支枕墊塊與門體及枕座埋件之間間隙2030mm，填充材料抗壓強(qiáng)度要求91104.8MPa。當(dāng)時國內(nèi)沒有能夠滿足要求的填充材料，為此葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)公司研制出了閘門高強(qiáng)度環(huán)氧填料。其抗壓強(qiáng)度為93108MPa，能在流態(tài)下方便地實(shí)施澆注，又可在常溫下固化，且固化體機(jī)械性能好、收縮率小。它的性能參數(shù)被列入電力行業(yè)規(guī)范DL/T5018-1985附錄中，近年來在水利水電工程中廣泛應(yīng)用。三峽臨時船閘人字門最大工作水頭10m，門高14.95m，門寬14.288m，承受總水壓力714.4t，支枕墊塊與門體及枕座埋件之間間隙填充，也是采用葛洲壩船閘使用的閘門高強(qiáng)度環(huán)氧填料。三峽永久船閘人字門最大工作水頭36m，門高38.5m，門寬20.2m，承受總水壓力13 000t，支枕墊塊與門體及枕座埋件之間間隙2030mm，填充材料抗壓強(qiáng)度要求127147MPa，抗彎強(qiáng)度要求98127MPa，收縮率要求0.1%0.5%；其支枕墊塊安裝精度高（支枕墊塊安裝位置允許偏差為0.3mm，支枕墊塊必須連續(xù)緊密接觸，接觸面不得有大于0.15mm的連續(xù)間隙，局部間隙不大于0.3mm且長度不超過20mm，全長范圍局部間隙累計長度不超過200mm；兩相鄰支枕墊塊端部的最大間隙及錯位均不超過0.1mm）。為滿足它的施工要求，武漢材料保護(hù)研究所專門成立了課題研究組，研究出了“CT-2”新型環(huán)氧樹脂填料，成功應(yīng)用于三峽永久船閘人字門高強(qiáng)度環(huán)氧施工。2 環(huán)氧樹脂填料的配制及澆注性能試驗(yàn)成果2.1 “CT2”環(huán)氧樹脂填料配制工藝“CT-2”環(huán)氧樹脂填料由甲、乙兩組份組成，俗稱“雙組份膠”或“AB膠”。三峽永久船閘人字門高強(qiáng)度環(huán)氧填料“CT-2”的甲組份凈重10.770.01kg，乙組份凈重2.760.01kg，能夠澆注10 000cm3的空間。甲組份：618環(huán)氧樹脂E型（即雙酚A型）環(huán)氧樹脂；KH-560偶聯(lián)劑；石英砂顆粒度為140-200目的填充料及固化促進(jìn)劑磷酸三甲酚酯。先將石英砂充分烘干和排除吸附的氣體，徹底干燥后加入樹脂中，同KH-560及促進(jìn)劑共同加熱并保溫，不間斷攪拌后，出罐分裝在預(yù)先設(shè)計好的小包裝容器內(nèi)。成品為淺黃高粘度（粘度為11 00014 000MPas）液體。乙組份：材-2聚酰胺固化劑的制造：該固化劑由兩種化合物經(jīng)歷5個溫度段反應(yīng)，然后260恒溫1 h，再經(jīng)減壓蒸溜（蒸汽溫度控制在150200/1015 mmHg）；溫度降低后，將配方量的鄰苯二甲酸二丁脂增塑劑加入罐內(nèi)，充分?jǐn)嚢杈鶆?，出罐裝入預(yù)選設(shè)計好的小容器內(nèi)。成品為深棕至棕黑色高粘度液體。2.2 澆注性能試驗(yàn)成果為了驗(yàn)證“CT-2”新型環(huán)氧樹脂填料的澆注性能，在正式施工前由監(jiān)理組織進(jìn)行了3次現(xiàn)場澆注試驗(yàn)，取得了如表1表2所示的性能測試數(shù)據(jù)。表1環(huán)氧樹脂機(jī)械性能數(shù)據(jù)對比表三峽設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)CT2葛洲壩(對比參考)備注抗壓強(qiáng)度/MPa1151271479310712kg墊料灌注1.5m0.3m0.11m的間隙5min完成抗壓屈服強(qiáng)度/MPa100115147-壓縮彈性模量/MPa450042004600-收縮率/%0.130.1380.130.138-抗彎強(qiáng)度/MPa-76.638.2粘度25 Ps(厘泊)14.0001400015000-表1環(huán)氧一般性能測試數(shù)據(jù)對比表三峽設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)CT2葛洲壩(對比參考)備注密度/g cm-31.31.81.31.351.251.612kg墊料灌注1.5m0.3m0.11m的間隙5min完成硬度 布氏(HB)-61100硬度 巴氏354039-初凝時間/h2100.5242終凝時間/h50150450024適用配制溫度/7030553540適用環(huán)境溫度/1530103525最大放熱/7070-適用間隙/mm5200.5301530與鋼材結(jié)合力/MPa411.5-從上表中可以看出“CT-2”高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂較葛洲壩船閘所用環(huán)氧抗壓強(qiáng)度提高30%40，抗彎強(qiáng)度提高80%100，滿足了三峽工程設(shè)計要求。3 3種環(huán)氧封堵施工工藝在人字門高強(qiáng)度環(huán)氧填料施工中，先對支枕墊塊、枕座及人字門端板進(jìn)行仔細(xì)清理，除盡污物、鐵銹，然后用壓縮空氣將支枕墊塊之間縫隙及周圍的間隙清掃干凈；此后就要進(jìn)行一道關(guān)鍵的工序環(huán)氧澆注前封堵，封堵的效果是決定能否成功實(shí)施環(huán)氧澆注的關(guān)鍵因素。“CT-2”高強(qiáng)度環(huán)氧樹脂填料價格昂貴，如果封堵效果不好，發(fā)生滲漏，會造成施工成本提高、資源浪費(fèi)，甚至還會出現(xiàn)脫空、夾層等澆注不密實(shí)現(xiàn)象，影響環(huán)氧墊層強(qiáng)度及止水效果。三峽永久船閘封堵施工方法有如下3種：3.1 杉木條封堵法如圖2所示,在支枕墊塊與端板（或枕座）及側(cè)擋板之間用杉木條楔入，楔入深度為10mm，環(huán)氧澆注完畢后打磨涂漆（杉木條不再取出）。在杉木條接縫處、側(cè)面頂拉螺栓四周及封堵強(qiáng)度不夠的位置，采用環(huán)氧泥封堵。環(huán)氧澆注施工中，加強(qiáng)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)滲漏采用環(huán)氧泥臨時封堵。圖2杉木條封堵法3.2 環(huán)氧泥封堵法圖3所示，利用膠泥狀可自由變形的環(huán)氧泥，對支枕墊塊側(cè)面間隙間隙封堵。環(huán)氧泥是由環(huán)氧中加入細(xì)砂或水泥拌制而成，便于封堵操作。封堵施工中，用力壓實(shí)環(huán)氧泥使其與間隙兩側(cè)緊密結(jié)合；使用條形扁刀將環(huán)氧泥嵌入，深度控制在20mm，同時為使表面光滑在未凝固前用刮刀抹平；封堵完成待環(huán)氧泥固化達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行澆注施工；環(huán)氧澆注施工中，加強(qiáng)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)滲漏采用環(huán)氧泥臨時封堵。澆注完畢無需另外涂漆。 圖3環(huán)氧泥封堵法 圖4鐵皮、布條封堵法3.3 鐵皮、布條封堵法如圖4所示，先在端板或枕座側(cè)板的端面上點(diǎn)焊厚1mm寬40mm鐵皮將支枕墊塊側(cè)面間隙封閉；然后用浸透了環(huán)氧的布條貼在鐵皮兩側(cè)及接頭處；封堵完成待布條上環(huán)氧固化達(dá)到一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行澆注施工；環(huán)氧澆注施工中，隨時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)滲漏采用環(huán)氧泥臨時封堵。澆注完畢在鐵皮、布條上涂漆防腐。4 環(huán)氧填料澆注工藝及現(xiàn)場工藝試驗(yàn)4.1 澆口與澆注工具澆注前，在門葉支墊塊背面和枕座側(cè)面，由下至上每隔1.52m的位置，布置1個澆口，澆口為擰下頂緊螺栓的螺栓孔。澆注的主要工具為專門制造的澆注漏斗，其上口有一可封閉的蓋子，蓋子上有一可連接壓縮空氣的進(jìn)氣嘴；其下口連接有軟管、螺紋接頭澆注管；澆注時可加壓，提高澆注速度。澆注的輔助工具為可加熱水桶、電加熱板、溫度計以及攪拌用直徑2530mm長度1m干凈干燥的木棍等等。4.2 現(xiàn)場澆注工藝及試驗(yàn)由于“CT-2”高強(qiáng)度環(huán)氧填料是首次使用的新材料，在三峽永久船閘人字門安裝現(xiàn)場，選擇不同的時段，不同的氣溫條件下進(jìn)行了3次現(xiàn)場澆注工藝試驗(yàn)。其結(jié)果表明在低氣溫條件下，環(huán)氧填料固化速度慢，強(qiáng)度上升緩慢；在15以上的氣溫條件下，強(qiáng)度上升能夠滿JP2足產(chǎn)品性能要求，但對施工環(huán)境應(yīng)嚴(yán)格控制；拆模檢查表明，“CT-2”澆注可在24 h內(nèi)間斷施工，第二次澆注的環(huán)氧與第一次澆注的粘接良好，強(qiáng)度不受影響；在雨天施工，在嚴(yán)密封堵的前提下，不僅要對澆口周圍采取相對封閉的防雨措施，而且要通過烘烤、吹風(fēng)清除可能存在的塵埃、水汽，對層間回潮嚴(yán)格控制?，F(xiàn)場施工技術(shù)人員根據(jù)多次試驗(yàn)取得的成果，制定了嚴(yán)格的澆注施工工藝，并嚴(yán)格按照此工藝進(jìn)行施工。經(jīng)施工驗(yàn)收（敲擊檢查）和后期有水調(diào)試的實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，達(dá)到了無架空、不滲水、（在水壓作用下）不變形的效果，滿足了設(shè)計要求。4.3 環(huán)氧施工后期出現(xiàn)的問題與處理永久船閘人字門安裝施工完成后，經(jīng)過了一夏一冬，在第二年初出現(xiàn)節(jié)間間隙增大，由安裝時的00.1mm增大到0.40.8mm，最大11.5mm；經(jīng)檢查、分析，節(jié)間間隙增大的原因是由于鋼材與環(huán)氧填料的熱膨脹系數(shù)不同，受溫度影響熱脹冷縮程度不同而形成的。永久船閘人字門環(huán)氧澆注除一閘首外（在二三月份）都在五六月份施工，當(dāng)時氣溫為2530，與年度最低溫度（9.8左右）存在3439.8溫差；鋼材與環(huán)氧填料由于此溫差的作用，在由熱轉(zhuǎn)冷過程中逐漸收縮；因鋼材與環(huán)氧填料的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致支枕墊塊收縮量大而產(chǎn)生間隙，這在葛洲壩船閘、三峽臨時船閘也出現(xiàn)過，屬于自然現(xiàn)象?，F(xiàn)場施工技術(shù)人員根據(jù)不同的間隙，配以不同厚度的薄銅片(在銅片兩面均勻涂刷環(huán)氧)和“CT-2”高強(qiáng)度環(huán)氧，將節(jié)間間隙填塞、封閉；如此解決了節(jié)間間隙增大的問題。經(jīng)過如此處理，人字門止水達(dá)到了滴水不漏的效果。三峽永久船閘高強(qiáng)度環(huán)氧填料澆注施工