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20~30mm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20~30mm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、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20~30mm，填充材料抗压强度要求91~104.8MPa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93~108MPa，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20~30mm，填充材料抗压强度要求127~147MPa，抗弯强度要求98~127MPa，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0.1mm）。
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11 000~14 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150~200℃/10~15 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CT－2葛洲坝(对比参考)备注抗压强度/MPa>115127～14793～10712kg垫料灌注1.5m×0.3m×0.11m的间隙5min完成抗压屈服强度/MPa>100115～147--压缩弹性模量/MPa45004200～4600--收缩率/%0.13～0.1380.13～0.138--抗弯强度/MPa--76.638.2粘度25℃ P·s(厘泊)14.00014000～15000--表1 环氧一般性能测试数据对比表三峡设计标准CT－2葛洲坝(对比参考)备注密度/g· cm-31.3～1.81.3～1.351.25～1.612kg垫料灌注1.5m×0.3m×0.11m的间隙5min完成硬度 布氏(HB)----61～100硬度 巴氏35～4039--初凝时间/h2～100.5～242终凝时间/h50～1504～50024适用配制温度/℃≤7030～5535～40适用环境温度/℃15～3010～3525最大放热/℃≤70<70--适用间隙/mm5～200.5～3015～30与钢材结合力/MPa≥411.5--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1.5~2m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、电加热板、温度计以及搅拌用直径25~30mm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、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0~0.1mm增大到0.4~0.8mm，最大1~1.5mm；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25~30℃，与年度最低温度（－9.8℃左右）存在34~39.8℃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注施工的效果，在后期有水调试的实际运行中得到了验证，其止水效果基本上达到了滴水不漏，很好地满足了人字门安装止水技术要求此次高强度环氧填料取得了成功的经验，推动了高强度环氧施工技术的发展，国家电力行业《水利水电钢闸门制造安装及验收规范》(DL/T5018-2002)专门将三峡永久船闸人字门高强度环氧树脂填料的特性参数列入附录中予以推荐推广使用编辑：陆一芳）收稿日期：2003-06-02作者简介：邓朝，中国三峡总公司建设部，工程师。