三峡船闸人字门高强度环氧填料施工

1、三峡船闸人字门高强度环氧填料施工邓朝 胡新民 樊启祥（中国三峡总公司建设部）摘要：三峡永久船闸人字门支垫块与门体之间及枕垫块与枕座埋件之间2030mm间隙采用高强度环氧（CT-2）填充密实。CT-2环氧树脂填料是双组份材料，其抗压、抗弯强度比葛洲坝船闸所用环氧分别提高30%和80%100%。关键工序浇筑前封堵采用杉木条，环氧泥和铁皮、布条3种封堵法。环氧法浇筑施工效果在后期有水调试运行中得到验证，基本达到滴水不漏的效果。关键词：环氧施工；船闸人字门；三峡工程1 概述三峡永久船闸共有24扇人字门,每扇人字门宽度为20.2m,厚度为3m,门体高度一至四闸首为38.5m，五、六闸首为37.5m。人字

2、门采用分节垂直拼装程序，当人字门分节吊装、焊接及背拉杆预应力张拉完成之后，就进行人字门支枕垫块安装调整，调整好后，支垫块与门体之间以及枕垫块与枕座埋件之间有2030mm间隙，需要用高强度填料填充密实（图1）。作为人字门高强度填充材料，需要满足传递水压力的抗压强度要求和止水的密实性要求。国内曾有使用环氧胶泥和巴氏合金的先例。环氧胶泥具有施工方便的特点，但是强度不高一般只用于低水头闸门(20m以下)；巴氏合金填料具有较高的机械性能，但它们的熔点太高，必须高温浇注，对于大型图1支枕垫块与高强度填料（层）填充剖面图工程施工难度大，同时高温浇注还会引起金属构件变形、破坏闸门的止水性能，因此，葛洲坝船闸、

3、三峡临时船闸人字门采用了环氧填料施工。葛洲坝2船闸下闸首人字门最大工作水头27m，门高34m，门宽19.7m，承受总水压力9 850t，支枕垫块与门体及枕座埋件之间间隙2030mm，填充材料抗压强度要求91104.8MPa。当时国内没有能够满足要求的填充材料，为此葛洲坝集团机电建设公司研制出了闸门高强度环氧填料。其抗压强度为93108MPa，能在流态下方便地实施浇注，又可在常温下固化，且固化体机械性能好、收缩率小。它的性能参数被列入电力行业规范DL/T5018-1985附录中，近年来在水利水电工程中广泛应用。三峡临时船闸人字门最大工作水头10m，门高14.95m，门宽14.288m，承受总水压

4、力714.4t，支枕垫块与门体及枕座埋件之间间隙填充，也是采用葛洲坝船闸使用的闸门高强度环氧填料。三峡永久船闸人字门最大工作水头36m，门高38.5m，门宽20.2m，承受总水压力13 000t，支枕垫块与门体及枕座埋件之间间隙2030mm，填充材料抗压强度要求127147MPa，抗弯强度要求98127MPa，收缩率要求0.1%0.5%；其支枕垫块安装精度高（支枕垫块安装位置允许偏差为0.3mm，支枕垫块必须连续紧密接触，接触面不得有大于0.15mm的连续间隙，局部间隙不大于0.3mm且长度不超过20mm，全长范围局部间隙累计长度不超过200mm；两相邻支枕垫块端部的最大间隙及错位均不超过0.

5、1mm）。为满足它的施工要求，武汉材料保护研究所专门成立了课题研究组，研究出了“CT-2”新型环氧树脂填料，成功应用于三峡永久船闸人字门高强度环氧施工。2 环氧树脂填料的配制及浇注性能试验成果2.1 “CT2”环氧树脂填料配制工艺“CT-2”环氧树脂填料由甲、乙两组份组成，俗称“双组份胶”或“AB胶”。三峡永久船闸人字门高强度环氧填料“CT-2”的甲组份净重10.77±0.01kg，乙组份净重2.76±0.01kg，能够浇注10 000cm3的空间。甲组份：618环氧树脂E型（即双酚A型）环氧树脂；KH-560偶联剂；石英砂颗粒度为140-200目的填充料及固化促进剂磷酸三

6、甲酚酯。先将石英砂充分烘干和排除吸附的气体，彻底干燥后加入树脂中，同KH-560及促进剂共同加热并保温，不间断搅拌后，出罐分装在预先设计好的小包装容器内。成品为浅黄高粘度（粘度为11 00014 000MPa·s）液体。乙组份：材-2聚酰胺固化剂的制造：该固化剂由两种化合物经历5个温度段反应，然后260恒温1 h，再经减压蒸溜（蒸汽温度控制在150200/1015 mmHg）；温度降低后，将配方量的邻苯二甲酸二丁脂增塑剂加入罐内，充分搅拌均匀，出罐装入预选设计好的小容器内。成品为深棕至棕黑色高粘度液体。2.2 浇注性能试验成果为了验证“CT-2”新型环氧树脂填料的浇注性能，在正式施工

7、前由监理组织进行了3次现场浇注试验，取得了如表1表2所示的性能测试数据。表1环氧树脂机械性能数据对比表三峡设计标准CT2葛洲坝(对比参考)备注抗压强度/MPa>1151271479310712kg垫料灌注1.5m×0.3m×0.11m的间隙5min完成抗压屈服强度/MPa>100115147-压缩弹性模量/MPa450042004600-收缩率/%0.130.1380.130.138-抗弯强度/MPa-76.638.2粘度25 P·s(厘泊)14.0001400015000-表1环氧一般性能测试数据对比表三峡设计标准CT2葛洲坝(对比参考)备注密度/g

8、· cm-31.31.81.31.351.251.612kg垫料灌注1.5m×0.3m×0.11m的间隙5min完成硬度 布氏(HB)-61100硬度 巴氏354039-初凝时间/h2100.5242终凝时间/h50150450024适用配制温度/7030553540适用环境温度/1530103525最大放热/70<70-适用间隙/mm5200.5301530与钢材结合力/MPa411.5-从上表中可以看出“CT-2”高强度环氧树脂较葛洲坝船闸所用环氧抗压强度提高30%40，抗弯强度提高80%100，满足了三峡工程设计要求。3 3种环氧封堵施工工艺在人字门高

9、强度环氧填料施工中，先对支枕垫块、枕座及人字门端板进行仔细清理，除尽污物、铁锈，然后用压缩空气将支枕垫块之间缝隙及周围的间隙清扫干净；此后就要进行一道关键的工序环氧浇注前封堵，封堵的效果是决定能否成功实施环氧浇注的关键因素。“CT-2”高强度环氧树脂填料价格昂贵，如果封堵效果不好，发生渗漏，会造成施工成本提高、资源浪费，甚至还会出现脱空、夹层等浇注不密实现象，影响环氧垫层强度及止水效果。三峡永久船闸封堵施工方法有如下3种：3.1 杉木条封堵法如图2所示,在支枕垫块与端板（或枕座）及侧挡板之间用杉木条楔入，楔入深度为10mm，环氧浇注完毕后打磨涂漆（杉木条不再取出）。在杉木条接缝处、侧面顶拉螺栓

10、四周及封堵强度不够的位置，采用环氧泥封堵。环氧浇注施工中，加强监控，发现渗漏采用环氧泥临时封堵。图2杉木条封堵法3.2 环氧泥封堵法图3所示，利用胶泥状可自由变形的环氧泥，对支枕垫块侧面间隙间隙封堵。环氧泥是由环氧中加入细砂或水泥拌制而成，便于封堵操作。封堵施工中，用力压实环氧泥使其与间隙两侧紧密结合；使用条形扁刀将环氧泥嵌入，深度控制在20mm，同时为使表面光滑在未凝固前用刮刀抹平；封堵完成待环氧泥固化达到一定强度后再进行浇注施工；环氧浇注施工中，加强监控，发现渗漏采用环氧泥临时封堵。浇注完毕无需另外涂漆。 图3环氧泥封堵法 图4铁皮、布条封堵法3.3 铁皮、布条封堵法如图4所示，先在端板或

11、枕座侧板的端面上点焊厚1mm宽40mm铁皮将支枕垫块侧面间隙封闭；然后用浸透了环氧的布条贴在铁皮两侧及接头处；封堵完成待布条上环氧固化达到一定强度后，再进行浇注施工；环氧浇注施工中，随时监控，发现渗漏采用环氧泥临时封堵。浇注完毕在铁皮、布条上涂漆防腐。4 环氧填料浇注工艺及现场工艺试验4.1 浇口与浇注工具浇注前，在门叶支垫块背面和枕座侧面，由下至上每隔1.52m的位置，布置1个浇口，浇口为拧下顶紧螺栓的螺栓孔。浇注的主要工具为专门制造的浇注漏斗，其上口有一可封闭的盖子，盖子上有一可连接压缩空气的进气嘴；其下口连接有软管、螺纹接头浇注管；浇注时可加压，提高浇注速度。浇注的辅助工具为可加热水桶、

12、电加热板、温度计以及搅拌用直径2530mm长度1m干净干燥的木棍等等。4.2 现场浇注工艺及试验由于“CT-2”高强度环氧填料是首次使用的新材料，在三峡永久船闸人字门安装现场，选择不同的时段，不同的气温条件下进行了3次现场浇注工艺试验。其结果表明在低气温条件下，环氧填料固化速度慢，强度上升缓慢；在15以上的气温条件下，强度上升能够满JP2足产品性能要求，但对施工环境应严格控制；拆模检查表明，“CT-2”浇注可在24 h内间断施工，第二次浇注的环氧与第一次浇注的粘接良好，强度不受影响；在雨天施工，在严密封堵的前提下，不仅要对浇口周围采取相对封闭的防雨措施，而且要通过烘烤、吹风清除可能存在的尘埃、

13、水汽，对层间回潮严格控制。现场施工技术人员根据多次试验取得的成果，制定了严格的浇注施工工艺，并严格按照此工艺进行施工。经施工验收（敲击检查）和后期有水调试的实际运行验证，达到了无架空、不渗水、（在水压作用下）不变形的效果，满足了设计要求。4.3 环氧施工后期出现的问题与处理永久船闸人字门安装施工完成后，经过了一夏一冬，在第二年初出现节间间隙增大，由安装时的00.1mm增大到0.40.8mm，最大11.5mm；经检查、分析，节间间隙增大的原因是由于钢材与环氧填料的热膨胀系数不同，受温度影响热胀冷缩程度不同而形成的。永久船闸人字门环氧浇注除一闸首外（在二三月份）都在五六月份施工，当时气温为2530，与年度最低温度（9.8左右）存在3439.8温差；钢材与环氧填料由于此温差的作用，在由热转冷过程中逐渐收缩；因钢材与环氧填料的热膨胀系数不同，导致支枕垫块收缩量大而产生间隙，这在葛洲坝船闸、三峡临时船闸也出现过，属于自然现象。现场施工技术人员根据不同的间隙，配以不同厚度的薄铜片(在铜片两面均匀涂刷环氧)和“CT-2”高强度环氧，将节间间隙填塞、封闭；如此解决了节间间隙增大的问题。经过如此处理，人字门止水达到了滴水不漏的效果。三峡永久船闸高强度环氧填料浇