某電站碾壓混凝土壩體上游面涂刷處理措施

胡和平，李 焰

（1.葛洲壩集團(tuán)第一有限公司，湖北宜昌443002；2.葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測有限公司，湖北宜昌443002）

1 工程概況

某電站為C9015碾壓混凝土雙曲拱壩。壩頂高程620.0 m，最大壩高84.5 m，頂寬6.0 m，底寬21.5 m，壩面弧線長143.49 m，厚高比0.24，裝機(jī)容量2×15 MW，多年平均發(fā)電量1.293億kW·h，保證出力7 910 kW，水庫正常蓄水位高程615 m，總庫容0.994億m3。工程等級為Ⅲ等，樞紐由大壩、發(fā)電引水隧洞、地下壓力鋼管、地面發(fā)電站及升壓站等組成。大壩壩基為中～厚層灰?guī)r，壩基置于微風(fēng)化～新鮮巖層上。

2006年11月水庫正常蓄水后，大壩中部溢流壩段和左右岸非溢流壩段下游壁面、拱肩混凝土與基巖接觸處和基礎(chǔ)廊道內(nèi)上、下游壁面等，多處出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，見圖1。

滲漏分面流、射流、面滲（散滲漏）、層間滲漏和集中漏水等多種形式，并呈單一、混合情形出現(xiàn)，且?guī)焖辉礁?，滲漏越嚴(yán)重，這表明滲水主要來源于壩前庫水并通過混凝土層間縫、孔洞等缺陷出現(xiàn)在下游壁面，但同時(shí)不排除兩岸壩肩巖體滲水進(jìn)入壩體。滲漏原因多樣且具有一定的復(fù)雜性。

圖1 大壩滲漏水示意圖Fig.1 Dam seepage

2 缺陷的基本情況

為了解混凝土質(zhì)量情況，先后在壩體、溢流面和廊道等部位進(jìn)行了鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)、聲波測試、孔內(nèi)電視錄像等多種測試工作。

2.1 鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)

混凝土芯樣采取率約90%，但長度較短，一般為0.3～0.6 m且部分芯樣長度小于混凝土層厚（30 cm）。從芯樣實(shí)物看，局部層間結(jié)合不好，骨料分離、含漿量不夠、注漿不足等形成架空。從芯樣試驗(yàn)成果看，抗拉強(qiáng)度和抗?jié)B指標(biāo)基本滿足和滿足設(shè)計(jì)要求。大壩防滲層混凝土鉆孔壓水試驗(yàn)呂榮值，多段大于驗(yàn)收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)1.0 Lu的要求。

2.2 聲波測試

聲波波速小于3 500 m/s的點(diǎn)占9.0%，3 500～3 750 m/s的占8.7%，3 750～4 000 m/s的占21.3%，4 000～4 500 m/s的點(diǎn)占43.3%，大于4 500 m/s的占17.7%，聲波波束主要集中在4 000～4 500 m/s，小于3 500 m/s的測點(diǎn)處混凝土密實(shí)度較差且與試驗(yàn)強(qiáng)度較低、取芯率較低部分的比例基本一致。

聲波CT剖面中波速小于2 600 m/s的區(qū)域占18.2%；2 600～3 200 m/s的區(qū) 域 占 11.3%；3 200～3 800 m/s的區(qū)域占36.0%；大于3 800 m/s的區(qū)域占34.5%。其中小于3 200 m/s的區(qū)域?yàn)榛炷撩軐?shí)度較差部位。

2.3 鉆孔孔內(nèi)電視錄像

孔段內(nèi)密實(shí)度較差部位與單孔聲波低數(shù)值區(qū)相吻合。

2.4 原型檢測

大壩原型檢測成果表明：壩體溫度場變化出現(xiàn)異常，庫水溫度與壩體溫度基本同步變化，應(yīng)是壩體滲透性較強(qiáng)所致，表明大壩漏水嚴(yán)重。

2.5 表觀檢查

凡壩體外部漏水部位一般均有游離鈣質(zhì)析出。

3 處理措施的選擇

根據(jù)以上混凝土質(zhì)量檢測資料和類比國內(nèi)其他工程，為確保大壩、水庫安全穩(wěn)定和正常運(yùn)行，2007年12月召開了專家分析討論會(huì)，認(rèn)為有必要對大壩采取多項(xiàng)聯(lián)合措施進(jìn)行堵漏和局部補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理。

一般講，水工建筑物若是由于混凝土缺陷而出現(xiàn)滲漏，其堵漏方式有兩種，一種是在迎水面堵，另一種則在背水面堵，通常都結(jié)合“排”的方式進(jìn)行疏導(dǎo)，即“堵、排”結(jié)合。凡條件允許應(yīng)盡可能采取前種方式，其好處是在滲水源頭直接堵截，可將滲水直接有效地堵在混凝土體以外，這樣既可防止?jié)B水對混凝土的侵蝕或溶蝕，降低混凝土內(nèi)部滲透壓力，有利于壩體安全穩(wěn)定[1]，又可對壩體上下游間復(fù)雜而無法探明的滲水通道進(jìn)行“模糊”有效的截?cái)?，使壩后滲漏消失。再之，近年來很多工程為防止大壩迎水面的滲漏或發(fā)現(xiàn)滲漏后進(jìn)行堵漏時(shí)，采用了表面涂刷防水材料這一措施，收到了較好的效果。

因此，本工程就此選定了表面防滲涂刷和壩體內(nèi)鉆設(shè)一道防滲帷幕這兩項(xiàng)堵漏處理措施。其中，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)確定涂刷范圍為：高程570～615 m的全部大壩迎水面（570 m以下為死水位），帷幕孔的布置原則為：盡量向上游靠近并接近壩體防滲混凝土層內(nèi)，自左到右、至上而下分為上部防滲帷幕、下部防滲帷幕、仰孔防滲帷幕和銜接帷幕并深入基巖布置。見圖2。

至于局部補(bǔ)強(qiáng)灌漿，主要考慮混凝土存在上述種種缺陷，灌漿補(bǔ)強(qiáng)達(dá)到混凝土設(shè)計(jì)的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)是必要的，同時(shí)也能起到防滲堵漏的作用。根據(jù)混凝土澆筑記錄和檢查資料以及拱壩的受力條件綜合分析，確定灌漿重點(diǎn)為左右壩肩非溢流壩段高程575～615 m的局部范圍。

涂刷材料：參照三峽等工程應(yīng)用實(shí)例，考慮水下環(huán)境的耐久性和對水質(zhì)無污染的環(huán)保要求，采用凱頓百森T1水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。

灌漿漿材：對混凝土而言，灌漿漿材主要為水泥和化學(xué)漿材兩類。其中化學(xué)漿材可灌性好、效果快，但價(jià)格貴、環(huán)保要求高、耐久性應(yīng)當(dāng)不如無機(jī)材料，且在國內(nèi)混凝土內(nèi)堵漏補(bǔ)強(qiáng)大范圍、大面積以及大用量采用尚不多見。因此采用結(jié)石強(qiáng)度高的普通水泥和細(xì)水泥漿液為首選，特殊情況下為特例。

上述三項(xiàng)聯(lián)合處理措施確定后，為做好此方案措施，會(huì)議要求先進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，以驗(yàn)證方案效果的可靠性。

4 表面防滲涂刷

4.1 涂料檢驗(yàn)

圖2 壩體防滲帷幕與涂刷布置示意圖Fig.2 Anti-seepage curtain in the dam and arrangement of brush

涂刷生產(chǎn)性試驗(yàn)前，首先對凱頓百森涂料和嵌堵修補(bǔ)材料進(jìn)行了室內(nèi)性能檢驗(yàn)，成果見表1、表2、表3。從表中看出，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家規(guī)范要求。

4.2 涂刷生產(chǎn)性試驗(yàn)

現(xiàn)場涂刷試驗(yàn)選在右非溢流壩段。主要工藝流程為：混凝土表面缺陷普查→缺陷處理→整體打磨、清洗→涂刷→養(yǎng)護(hù)→檢查驗(yàn)收。

流程中的工藝方法分別是，混凝土表面缺陷普查項(xiàng)目與缺陷處理對象相同，主要有滲水點(diǎn)、蜂窩麻面、鋼筋頭割除、定位錐孔、錯(cuò)臺(tái)掛簾和污物清洗等，處理方法一般采用刻槽嵌堵、鑿?fù)谇抖隆⑿扪a(bǔ)封堵、磨平等單一或結(jié)合進(jìn)行。處理完工后即對涂刷部位進(jìn)行整體打磨，打磨的目的就是將混凝土表面的脫膜劑層清除干凈，以利材料滲入混凝土構(gòu)件表面內(nèi)。打磨采用手提移動(dòng)角磨機(jī)，清洗采用清潔壓力水沖洗，晾干后涂刷。涂刷按材料說明進(jìn)行，涂層要求不留空隙、氣泡，厚度不小于1.5 mm。噴霧養(yǎng)護(hù)1～2 d。

上述刻槽、鑿?fù)谇抖潞托扪a(bǔ)封堵，其材料有兩種：一是SR2柔性防水嵌縫材料，該材料阻水效果好，曾在三峽大壩中得到廣泛應(yīng)用。施工時(shí)將其搓成長條，分層嵌入槽內(nèi)，由于材料為柔性，所以主要用于伸縮縫的嵌堵。二是先悅科技有限公司生產(chǎn)的高效、速凝環(huán)氧堵漏靈，它是一種以無機(jī)高強(qiáng)膠泥為主體、添加多種無機(jī)材料和助劑制成的一種快速凝結(jié)堵水材料。它能在有流水或涌水的情況下帶水施工，具有止水速度快、堵漏效果好的特性。主要性能技術(shù)指標(biāo)見表4。由于材料為剛性，試驗(yàn)時(shí)主要用于層間縫、結(jié)構(gòu)縫、滲水點(diǎn)的刻槽嵌堵、蜂窩麻面鑿除修補(bǔ)和定位錐孔封堵等。施工時(shí)分層填入槽內(nèi)，要求壓緊、平齊原混凝土面，表面平整光滑為好。

4.3 質(zhì)量檢查

表1 凱頓百森T1水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料檢測成果表Table 1 :Test result of the Durab T1 cement-based permeable crystallization type waterproof coating

表2 環(huán)氧堵漏靈性能指標(biāo)Table 2 :Properties of the epoxy plugging agent

表3 SR2塑性止水材料物理性能表Table 3 :Physical properties of the SR2 plastic sealing material

試驗(yàn)完成后，現(xiàn)場進(jìn)行了表觀和破壞性質(zhì)量檢查，表觀檢查主要看外觀，是否存在漏刷、不均勻、氣泡、空洞和異響等；破壞性檢查則采取隨機(jī)抽樣，敲擊破壞涂層，觀察涂層厚度是否滿足要求及粘結(jié)情況等。檢查發(fā)現(xiàn)質(zhì)量效果較好，如照片1，為缺陷修補(bǔ)前后對照照片。但粘結(jié)是否牢固問題與打磨是否徹底及干凈與否密切相關(guān)，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，該道工藝必須嚴(yán)格把關(guān)。

5 施工工藝、方法

（1）缺陷處理

工藝流程：性狀描述→切縫→刻槽→沖洗→嵌柔性止水材料→環(huán)氧堵漏靈封堵。

①性狀描述：施工前，對層間縫進(jìn)行性狀描述，內(nèi)容包括：位置、縫長、縫寬。

②切縫：以層間縫為中線，錯(cuò)開4 cm與層間縫平行切縫，縫深3 cm。

③刻槽：用手工鑿槽，槽深6 cm，寬以切縫為界。

④沖洗：用壓力水將縫內(nèi)沖洗干凈，晾干備用。

⑤嵌柔性止水材料：將柔性止水材料搓成長條，Aφ3㎝，嵌入槽內(nèi)。

⑥環(huán)氧堵漏靈回填封堵：按一定配比將環(huán)氧樹脂和堵漏靈配合均勻，將其分三次填入槽內(nèi)，平齊原混凝土平面。填入材料時(shí)要壓緊，表面要求平整光滑。

⑦養(yǎng)護(hù)。

照片1 缺陷修補(bǔ)前后對照照片Pic.1 Pictures before and after the treatment

（2）麻面處理

工藝流程：性狀描述→鑿除麻面→沖洗→環(huán)氧堵漏靈回填。

①性狀描述：施工前，對層間縫進(jìn)行性狀描述，內(nèi)容包括：高程、面積、縫寬。

②鑿除麻面：延麻面周圍切割2 cm深縫，鑿除麻面至密實(shí)混凝土界面，回填環(huán)氧堵漏靈；若鑿至5 cm后尚未鑿至密實(shí)混凝土，埋設(shè)灌漿管引至混凝土面外，根據(jù)壓水檢查情況進(jìn)行水泥或化學(xué)灌漿處理，鑿除部位回填環(huán)氧堵漏靈。

③沖洗：用壓力水將縫內(nèi)沖洗干凈。

④環(huán)氧堵漏靈封堵：按1∶9比例將環(huán)氧樹脂和堵漏靈配制均勻，分三次填入槽內(nèi)，平齊原混凝土平面。填入材料時(shí)要壓緊，表面要求平整光滑。

（3）鋼筋頭割除

以鋼筋頭為中心，繞中心鑿除混凝土φ10 cm，深5 cm，用壓力水沖洗干凈，用環(huán)氧堵漏靈砂漿回填，平齊原混凝土平面。

（4）局部滲水處理

對檢查出有局部滲水的部位，繞中心鑿除混凝土φ10 cm，深5 cm，用壓力水沖洗干凈，用環(huán)氧堵漏靈砂漿回填，埋設(shè)灌漿管，對準(zhǔn)其滲水部位進(jìn)行先水泥后化學(xué)灌漿處理。

（5）整體打磨、沖洗、涂刷

①打磨：層間縫、裂縫、麻面、鋼筋頭處理完工后，即對迎水面要涂刷部位進(jìn)行打磨，將表面脫膜劑清除干凈。

②沖洗：用壓力水將已打磨面沖洗干凈，晾干備用。

③涂刷：涂刷工藝參照材料廠商施工說明進(jìn)行施工，使用專用涂刷，涂刷層不留空隙、氣泡，厚度達(dá)1～2 mm間。

④補(bǔ)刷：涂刷時(shí)大壩壩前正在進(jìn)行水泥帷幕灌漿，灌漿時(shí)從混凝土薄弱部位將防滲涂層破壞。將破壞部位打磨干凈，進(jìn)行再次涂刷處理。

⑤養(yǎng)護(hù)方法：待表面涂層初凝達(dá)到足夠硬度后，立即進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，并保證涂層處于潤濕狀態(tài)，但不得用水浸泡養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)開始的1～2 d內(nèi)，每天向涂層噴水5～6次，保持表面濕潤。涂層養(yǎng)護(hù)開始的2 d內(nèi)，應(yīng)避免暴風(fēng)、曝曬、雨淋以及低溫受凍。養(yǎng)護(hù)7 d后才可以進(jìn)水使用。

6 結(jié)語

（1）本工程于2008年3月8日正式開工，2008年8月2日完工，9月通過驗(yàn)收。共完成大壩防滲涂層5 244.795 m2，層間縫、裂縫處理1 424.05 m，處理局部滲漏水189處,麻面處理414.36 m2，處理鋼筋頭、定位錐孔1 240個(gè)。工程施工前，對大壩滲漏專門做了流量檢測，最大漏點(diǎn)流量為6.27 L/s，且多處射流，通過上游迎水面缺陷及涂層處理，外加壩體灌漿處理后，壩后射流已完全消失，滲漏點(diǎn)明顯減少。按業(yè)主、監(jiān)理及施工統(tǒng)計(jì)數(shù)字計(jì)算，處理后壩后滲水已減少90%以上，壩體透水率由原來的q=25～55 Lu減至q=0.8～1.5 Lu，壩后表面基本干燥。

（2）水工混凝土的缺陷處理除裂縫化學(xué)灌漿已有施工規(guī)范外，其他如堵漏、補(bǔ)強(qiáng)灌漿、修補(bǔ)等，暫無規(guī)范可用。尤其是灌漿，巖石、土體、覆蓋層、混凝土等均是不同的介質(zhì)和受灌體，灌漿方法和目的各有相同和不相同之處，如防滲，各介質(zhì)中都會(huì)有相同之處，但其方法、標(biāo)準(zhǔn)要求則不相同，甚至區(qū)別較大，如土體有劈裂灌漿，而混凝土則不多見，巖石帷幕灌漿有高壓灌漿達(dá)6 MPa，甚至以上，混凝土則不鮮見。故筆者同意參考文獻(xiàn)[1]中“制定規(guī)范”這一提法，以滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要。

[1]葉源新，劉光廷，李鵬輝，等.溪柄碾壓混凝土拱壩壩體滲漏處理[J].水利水電科技進(jìn)展，2005（6）.

[2]DL/T5148-2001，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].