FUKO管在高强压力钢管接触灌浆中的应用

夏 旋，李发龙

（1.中国水利水电第四工程局有限公司，新疆 昌吉 831800；2.西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司，陕西 西安 710018）

0 前言

齐热哈塔尔水电站工程是一座低闸坝、长隧洞、高水头引水式水电站，工程主要任务是发电。枢纽工程主要由首部拦河闸坝、左岸发电引水隧洞、电站主副厂房及开关站等组成。岸边式地面厂房，内设3台单机容量为70 MW的立式混流发电机组，水轮机额定水头为311.49 m。总装机容量210 MW，多年平均年发电量6.973亿kW·h。

齐热哈塔尔水电站压力管道全长约773 m，其中560 m压力管道（高强钢）采用FUKO管进行接触灌浆，剩余213 m采用钢管上开孔接触灌浆后封孔的方法。由于本工程压力管道压力钢管大部分为高强钢（07MnCrMoVR），钢管管壁厚度24mm～48 mm。因本工程地质条件差，对压力钢管及混凝土之间缝隙填充要求高，高强压力钢管过多的开孔、封孔焊接直接影响钢管整体安全性。综合考虑，设计单位在高强钢压力钢管上应用FUKO管进行灌浆，一是FUKO管应用可大大减少高强钢管壁开孔、封孔数量；二是FUKO管可重复灌浆，反复灌浆更有利于达到施工质量标准要求。高强压力管道采用国际先进的FUKO管灌浆工艺，成功地解决了高强钢大范围开孔降低压力钢管整体完整性的弊端，具有经济、高效、快捷、可重复灌浆的优点。本文就FUKO管在齐热哈塔尔水电站高强压力管道接触灌浆中的应用进行分析。

1 FUKO管构造及工作原理

FUKO管灌浆施工技术属德国专利技术，FUKO是FUGENKONTAKT的缩写，德语意思是接缝[1]。FUKO管设计理念先进，管内芯骨架设计为螺旋体形状，具有良好的柔韧性。FUKO管的输浆管道呈十字型，管道外径38 mm，内径22 mm，十字管道凹部交错布置有4排直径5 mm的出浆孔，出浆孔口有4条橡胶带覆盖，4条橡胶带与十字型输浆管构成子母扣，外围有一层塑料编织网将子母扣牢固地捆在一起。FUKO管结构图见图1。

图1 FUKO管结构图

FUKO管工作原理：FUKO灌浆管体直接与基面、钢管表面紧密接触。灌浆时，灌浆设备施压，浆液通过FUKO管内侧向外侧施压，浆液压力顶开布置在FUKO管出浆孔上的橡胶压条，浆液通过出浆孔均匀地注入混凝土与基面、钢管与混凝土面之间的缝隙中，灌浆设备减压，出浆孔上的橡胶压条复位压住出浆孔，防止浆液倒流[2]。本次灌浆结束后，清水清洗FUKO管，具备可重复灌浆条件。FUKO管工作原理图见图2。

图2 FUKO管工作原理图

2 FUKO可重复灌浆管特点

1）FUKO管具有单向开关功能、浆液不倒流。FUKO管上设置的橡胶压条能够保证浆液通过管内向外注浆，泄压后橡胶压条因不受管内压力而复位，封闭出浆口防止浆液回流。

2）全断面出浆。FUKO管上交错布置的出浆孔保证了浆液沿灌浆管理布置线路向四周扩散，填充压力钢管与混凝土之间的缝隙。

3）材料价格低廉，安装方便。FUKO管市场价格低。采用专用的固定夹具、钢钉或支撑筋将灌浆管牢固地固定在基岩面、压力钢管、钢板等表面，安装方便。

4）防堵性能好、可灌性好、有很强的适应性。将传统的断续点灌浆改为连续线状灌浆，灌浆范围更广、连续性更好、适用性更强，可灌材料多。

5）可重复灌浆的特点。传统的接触灌浆，通过压力钢管表面的孔进行局部灌浆，灌浆结束浆液凝固后，若灌浆效果不理想，需要重新开孔进行灌浆。FUKO管一次灌浆结束后，清洗管路后可重复灌浆。灌浆效果与初次灌浆无异，简单方便，可灌性好。

6）减少或避免了压力钢管上大范围开孔。传统的接触灌浆，因单点灌浆法浆液扩散范围有限，为达到理想灌浆效果需要在压力钢管上开很多孔，降低了压力钢管完整性，增加了封孔的工作。FUKO管通过布置在压力钢管外侧的线状灌浆管路，仅在混凝土外侧或一定距离的压力钢管上开极少数的灌浆孔即可达到灌浆效果。

3 高强压力钢管接触灌浆施工程序

FUKO灌浆管施工程序：压力钢管安装验收→FUKO管安装→浇筑压力钢管外侧混凝土→灌前脱空检查→FUKO管接触灌浆→清水洗管→真空泵管内水泥浆、积水抽除→灌后脱空检查（不合格，复灌）→检测合格→FUKO管灌浆孔封堵（封堵完后，压力钢管孔焊接封孔并防腐）。

4 高强压力钢管接触灌浆施工

4.1 FUKO可重复灌浆管路布置

齐热哈塔尔水电站压力管道高强钢压力钢管全长560 m，钢管内径4.5 m，在压力钢管底部90°范围内布置3组FUKO接触灌浆管，FUKO灌浆管穿过加劲环上预留的串浆孔紧贴钢管外壁布置。如图FUKO管在压力钢管上布置断面见图3。

图3 FUKO管在压力钢管上布置断面图

4.2 施工准备

高强压力钢管在钢管厂制作时，按照48 m的长度在高强钢钢管上开两组孔（一组3孔，孔径50 mm。一组用于钢管底部接触灌浆，一组用于顶部回填灌浆）。

4.3 FUKO管安装

FUKO管安装随钢管管节施工进度进行，在48m钢管的首节钢管和末节钢管开孔，FUKO管从已开孔钢管外伸进钢管内部。FUKO管在钢管底拱90°范围内，紧贴钢管外壁布置3组接触灌浆管。由于FUKO管是可以弯曲的软管，所以管身的固定采用金属夹片（每隔25 cm布置一个）将其固定在钢管外壁（如图4），固定金属夹片用粘结剂粘在钢管上，同时采用钢筋做成的支架将灌浆管紧贴固定在钢管外壁上（如图5），钢筋支架间距25 cm，压力钢管外侧加固示意图见图6，起到双重固定保护。FUKO管通过钢管加劲环上开设的串浆孔（宽200 mm，高50 mm）穿过。灌浆管两端分别插入专用接头和导管（内径为22 mm的专用波纹管）。灌浆管安装完成后，用胶带保护灌浆管的两端头，以防堵塞。加强对灌浆管的保护，确保灌浆系统的完整性。

图4 FUKO管专用夹具

图5 FUKO管钢筋支架

图6 FUKO管压力钢管外侧加固示意图

4.4 FUKO管接触灌浆施工

①接触灌浆应在混凝土浇筑待强28 d后进行。灌浆前对管路进行通气检查，吹出管内污物和积水，风压为灌浆压力的70%。②灌浆压力采用0.4 MPa，水灰比采用0.55∶1～0.8∶1。③灌浆按照单元划分分区进行施工，由较低处向较高处施工。接触灌浆采取全孔一次灌浆法。

④灌浆过程中敲击震动钢衬，待回浆、排气管排出浓浆，且灌浆管停止吸浆，延续灌注5 min即可结束灌浆。

⑤FUKO管清洗、封堵

a.灌浆结束后立即进行FUKO管路的清洗工作，清洗采用真空管将管内的水泥浆吸出并用水将FUKO管清洗干净，以待复灌。

b.接触灌浆结束后，对钢管灌浆前脱空部位进行逐项检查。检查合格后直接进行封孔。

c.本单元接触灌浆验收后，采用同母材强度的钢板对开孔位置进行封孔，封堵钢板与孔间采用满焊并采用无损探伤检验。最后涂刷防腐漆。

4.5 质量检查

接触灌浆完成并达到凝期后，采用锤击法对接触灌浆进行质量检查，要求钢板连续脱空范围不大于设计要求的0.16 m2（或0.4 m×0.4 m），若不合格，需再次灌浆。压力钢管FUKO管接触灌浆质量检查每次灌浆前后进行检查并绘制脱空范围示意图，并在脱空部位采用红油漆进行标注，后进行复灌，最终灌浆检查图由监理工程师绘制。

5 应用效果

以齐热哈塔尔水电站压力管道下平段为例（长388 m）。

灌前脱空检查：在压力管道（管0+367～管0+755）具备灌浆条件后，对灌区进行灌前脱空检查，共检查出续脱空范围大于0.16m2（或0.4m×0.4m）13处，小于0.16m2（或0.4m×0.4m）18处。

灌后脱空检查：14天内对压力管道管0+367～管0+755脱空范围进行灌浆两次，接触灌浆面积2056 m2，日平均接触灌浆146.9 m2/d。压力钢管接触灌浆结束后，对灌后采用敲击法和稳态表面波法检查。灌前检查出的续脱空范围大于0.16 m2（或0.4 m×0.4 m）12处已全部灌密实，1处灌后不密实区域小于0.16 m2（或0.4 m×0.4 m）；18处灌后不密实区域已全部密实；采用稳态表面波法对压力管道管0+367～管0+755段灌后检测，未见不密实区域，钢管与混凝土面接触良好。

6 结语

齐热哈塔尔水电站高强压力管道通过采用FUKO管这种先进的灌浆技术，脱空率控制在设计要求范围内，在新疆乃至国内创造了又一个成功的范例。齐热塔尔水电站压力钢管接触、回填灌浆均采用FUKO管，从开始施工至灌浆结束，共完成接触灌浆2967 m2，回填灌浆4761 m2，压力管道灌浆灌实率达到设计要求，说明FUKO可重复灌浆管是成功的。施工进度上得到了建设单位、设计和监理单位的充分肯定，产生了较为明显的工期效益、经济效益和安全效益。

FUKO管施工方法无论在技术上、安全上、质量上、进度上较传统的开孔接触灌浆工艺有绝对的优势。不仅可应用于高强钢接触灌浆，还可以应用至回填灌浆、蜗壳接触灌浆、钢板接缝灌浆、大坝基础接触灌浆、尾水管接触灌浆等部位。掺加不同的灌浆材料，还可用于施工缝面、伸缩缝面、缺陷部位防渗、防水等，应用范围极广。