聚氨酯注漿在壩體滲漏處理中的應(yīng)用

高春波，高正廉

（河北省桃林口水庫(kù)管理局，河北秦皇島 066400）

聚氨酯注漿在壩體滲漏處理中的應(yīng)用

高春波，高正廉

（河北省桃林口水庫(kù)管理局，河北秦皇島 066400）

壩體滲漏是水工建筑物常見(jiàn)病害，嚴(yán)重影響了我國(guó)北方寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)修建的碾壓混凝土重力壩壩體混凝土的耐久性和工程安全性。聚氨酯低壓持續(xù)灌漿法充分利用聚氨酯特性，在桃林口水庫(kù)大壩滲排水治理中收到了較好的效果，對(duì)同類(lèi)壩體滲漏缺陷處理有一定的借鑒價(jià)值。

聚氨酯；低壓持續(xù)灌漿；碾壓混凝土重力壩；滲漏治理

1 前言

1985年我國(guó)第一座碾壓混凝土重力壩——福建坑口水電站碾壓混凝土壩興建以來(lái)，碾壓混凝土筑壩技術(shù)以其水泥用量小、水化熱溫升低、溫控措施簡(jiǎn)單、施工速度快、施工設(shè)備通用性強(qiáng)、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)得到長(zhǎng)足發(fā)展。之后在我國(guó)北方寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)修建了眾多碾壓混凝土壩。2001年以前，在東北地區(qū)修建了觀音閣、溫泉堡、桃林口、松月、滿(mǎn)臺(tái)城、和龍、白石等碾壓混凝土重力壩，除溫泉堡外，其余均為金包銀防滲。此外，東北地區(qū)的豐滿(mǎn)老壩重建方案，也選定了碾壓混凝土重力壩壩型。

2001年以后，我國(guó)在西北地區(qū)修建了甘肅龍首半重半拱碾壓混凝壩、新疆石門(mén)子碾壓混凝土雙曲拱壩、新疆伊犁特克斯河山口水電站碾壓混凝土重力壩、新疆喀臘塑克碾壓混凝土大壩、新疆沖乎爾水電站碾壓混凝土重力壩。

就目前已建成的碾壓混凝土壩而言，壩體滲漏問(wèn)題普遍存在，特別是早期修建在寒冷地區(qū)的碾壓混凝土壩裂縫和滲漏比較嚴(yán)重，因此寒冷地區(qū)碾壓混凝土壩裂縫和滲漏問(wèn)題已成為一個(gè)新的研究課題。

河北省桃林口水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)出現(xiàn)的壩體上游面裂縫及其壩體滲漏等缺陷，在北方寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)的碾壓混凝土重力壩中具有一定的典型性和代表性。本文對(duì)該工程寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)的碾壓混凝土壩滲漏機(jī)理及其處理措施進(jìn)行初步探討。

2 氣候特點(diǎn)及壩體缺陷

2.1 氣候特點(diǎn)

桃林口水庫(kù)所屬流域?qū)儆诩撅L(fēng)性氣候區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，多年平均氣溫約10℃，年最低氣溫-29.2℃，最高氣溫38.7℃。我國(guó)北方寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)年平均氣溫低、大壩穩(wěn)定溫度較低，冬季寒冷且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，氣溫年內(nèi)變化幅度大，晝夜溫差大且寒流頻繁，冬季壩面附近混凝土內(nèi)外溫差較大。

2.2 壩體缺陷

2.2.1 上游壩面裂縫

上游壩面3#～25#壩塊發(fā)現(xiàn)垂直裂縫31條，位置出現(xiàn)在每個(gè)壩段垂直水流方向1/2或1/3處。庫(kù)水位下降過(guò)程中，觀測(cè)到有些裂縫有明顯的滲水痕跡。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)超聲波測(cè)試，有9條垂直裂縫基本貫穿了大壩上游3.5m厚的常態(tài)混凝土防滲層。

2.2.2 壩體滲水

大壩廊道滲排水流量具有明顯的周期性。圖1為2010年9月至2011月4月冬季低溫季節(jié)壩體滲排水流量圖。從圖1中可以看出，每年11月下旬至次年3月下旬冬季低溫季節(jié)，大壩廊道內(nèi)滲排水量加大，下游壩面出現(xiàn)局部洇濕現(xiàn)象；外界氣溫升高，滲水量逐漸減少，以致消失。

圖1 壩體滲水量直方圖

2.2.3 局部混凝土遭到溶蝕破壞

由于壩體滲排水每年都具有明顯的周期性，冬季低溫季節(jié)壩體含水量明顯升高，而桃林口水庫(kù)壩體廊道拱圈全部采用混凝土預(yù)制件，防滲效果不理想。數(shù)年來(lái)的滲水導(dǎo)致壩體內(nèi)廊道預(yù)制拱圈之間、拱圈與立墻之間連接部位出現(xiàn)鈣質(zhì)析出，局部混凝土遭到溶蝕性破壞。圖2為壩體帷幕灌漿廊道預(yù)制拱圈間滲水形成的鈣質(zhì)析出情況。

圖2 大壩廊道鈣質(zhì)析出圖

2.2.4 下游面滲水點(diǎn)附近混凝土遭到凍融破壞

由于凍融破壞，左岸下游面滲水點(diǎn)附近混凝土出現(xiàn)較為嚴(yán)重的麻面、剝蝕。

3 壩體滲漏處理原則

寒冷地區(qū)碾壓混凝土重力壩處理應(yīng)堅(jiān)持“上堵下排”、“防滲為主補(bǔ)強(qiáng)為輔”的原則。

冬季低溫季節(jié)，壩體裂縫加寬，裂縫滲流阻力減少，壩體滲排水流量加大，下游壩面水平施工縫特別是建設(shè)期間越冬面、度汛面形成的施工縫滲水出漏現(xiàn)象最為嚴(yán)重。封堵下游面施工縫治標(biāo)不治本，不能從根本上解決問(wèn)題。臨時(shí)封閉下游面滲水出漏點(diǎn)后，壩體內(nèi)部滲水壓力增大，不但對(duì)壩體穩(wěn)定和應(yīng)力狀態(tài)不利，而且還會(huì)沿其他滲水途徑在下游面形成新的滲水出漏點(diǎn)。北方寒冷地區(qū)碾壓混凝土壩，特別是碾壓混凝土重力壩，由于上游面出現(xiàn)裂縫導(dǎo)致壩體滲漏量增大的最大危害往往不是出現(xiàn)壩體失穩(wěn)，而是由于壩體滲水導(dǎo)致下游面壩體混凝土耐久性降低?！敖鸢y”式碾壓混凝土大壩防滲層出現(xiàn)裂縫滲水后，通過(guò)壩體穩(wěn)定性驗(yàn)算，壩體穩(wěn)定性雖有一定程度降低，但壩體穩(wěn)定性仍能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。冬季下游面滲水出露點(diǎn)附近混凝土凍融破壞嚴(yán)重，而壩體滲水會(huì)導(dǎo)致壩體內(nèi)部廊道附近混凝土鈣質(zhì)析出，產(chǎn)生溶蝕性破壞。因此，北方寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)碾壓混凝土重力壩上游面出現(xiàn)的裂縫等缺陷應(yīng)以防滲為主要目的。

4 壩體滲漏處理方法的選用

4.1 傳統(tǒng)水泥或超細(xì)水泥灌漿方法的局限

傳統(tǒng)的水泥灌漿技術(shù)是采用6kg/cm2以上壓力進(jìn)行操作，高壓灌漿是瞬間行為，對(duì)于0.5mm以上的寬裂縫還比較順暢，因?yàn)橛休^大的間隙在瞬間可以充填，但由于瞬間的壓力壓出的漿液不可能完全按照所設(shè)定的排氣座方向滲透，必然會(huì)產(chǎn)生“氣阻”，最多可以灌入到0.15mm的裂縫中去。處理混凝土內(nèi)部裂縫導(dǎo)致的滲漏缺陷，這種灌漿技術(shù)效果不明顯。

4.2 聚氨酯灌漿防滲堵漏的機(jī)理

水溶性聚氨酯灌漿材料是由多氰酸酯和多基聚醚化學(xué)合成的一種高分子高效防滲、堵漏材料。漿液遇水后立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，漿液粘度逐漸增大，生成不溶于水的彈性凝膠體，同時(shí)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，漿液在氣體產(chǎn)生的膨脹力作用下向四周擴(kuò)散，將漿液壓入孔隙，使孔縫充填密實(shí)，從而達(dá)到止水防滲目的。

4.3 聚氨酯灌漿施工工藝的優(yōu)點(diǎn)

（1）漿液遇水后自行分散、乳化、發(fā)泡，產(chǎn)生良好的止水效果，其親水性與水利工程作業(yè)環(huán)境潮濕相適應(yīng)。

（2）反應(yīng)后形成的膠凝固體有良好的延伸性、彈性、抗?jié)B性、耐低溫性，在水中保持原形，能與北方寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)氣溫年內(nèi)變化幅度大、年平均氣溫低的環(huán)境氣候特點(diǎn)相適應(yīng)。

（3）生成的膠凝體在水中浸泡對(duì)人體無(wú)害、無(wú)毒、無(wú)污染，對(duì)于為城市供水的水源地水工建筑物缺陷修復(fù)具有特別重要的意義。

（4）漿液遇水反應(yīng)形成彈性膠凝體的同時(shí)釋放二氧化碳?xì)怏w，借助氣體壓力，漿液進(jìn)一步壓進(jìn)結(jié)構(gòu)的空隙，使得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷能完全充填密實(shí)，具有二次滲透的特點(diǎn)，適用于“金包銀”式碾壓混凝土重力壩上游常態(tài)混凝土防滲體內(nèi)部疏松、蜂窩、裂縫等缺陷導(dǎo)致的壩體滲漏。

（5）一方面聚氨酯漿液膨脹性好、包水量大、具有良好的可灌性，另一方面“金包銀”式碾壓混凝土重力壩上游常態(tài)混凝土防滲體厚度一般為3～4m，即使是貫穿性裂縫其在壩體內(nèi)部深度也不會(huì)超過(guò)4m，使得低壓持續(xù)灌漿構(gòu)成此工法的最大特點(diǎn)成為可能，從而保證了修補(bǔ)質(zhì)量。

5 施工工藝

5.1 確定入滲點(diǎn)和灌漿部位

首先檢查確定滲水入滲位置；當(dāng)滲漏面積較大，不能準(zhǔn)確判斷漏水點(diǎn)時(shí)，用抹布擦干潮濕處，然后在漏水表面均勻撒上一層干水泥，先出現(xiàn)潮濕的地方，就是主要漏水點(diǎn)。

5.2 表面處理

使用鋼絲刷沿裂縫清理出寬10～15cm范圍的混凝土干凈表面，用錘子和鋼釬鑿除裂縫兩側(cè)疏松的混凝土和砂粒，露出堅(jiān)實(shí)的混凝土面，用略濕的抹布清除表面的浮塵并徹底晾干，混凝土表面的油污用蘸丙酮抹布擦干。

5.3 打灌漿孔

根據(jù)裂縫情況布置灌漿孔，孔徑14mm，孔間距200mm。

5.4 清孔

用清水沖洗灌漿孔，清除孔內(nèi)的粉塵。

5.5 埋嘴封縫

埋設(shè)專(zhuān)用灌漿孔，用快干水泥、高強(qiáng)封縫涂料或用環(huán)氧樹(shù)脂基液粘貼玻璃絲布等方法進(jìn)行表面封縫。

5.6 試壓

正式灌漿前壓水，目的是檢查注漿嘴是否埋好、有無(wú)漏水現(xiàn)象，測(cè)定進(jìn)漿壓力和進(jìn)漿量。

5.7 灌漿

用壓縮空氣將縫內(nèi)積水吹干凈，盡量達(dá)到無(wú)水或干燥狀態(tài)；水平施工縫灌漿順序?yàn)閺囊欢讼蛄硪欢?，?duì)于大壩上游面出現(xiàn)的垂直裂縫，灌漿按先下后上順序進(jìn)行。一般裂縫灌漿壓力控制在0.3～0.5MPa，漏水量較大或貫穿防滲層裂縫灌漿壓力控制在0.05～0.1MPa，壓力應(yīng)逐步提高，避免縫面驟然受力導(dǎo)致縫面開(kāi)裂或封縫遭到破壞。灌漿時(shí)出漿孔見(jiàn)漿后即關(guān)閉該孔，但應(yīng)持續(xù)壓漿，灌到不再進(jìn)漿時(shí)，應(yīng)保持壓力穩(wěn)定，以恒壓不吸漿為標(biāo)準(zhǔn)，按經(jīng)驗(yàn)關(guān)閉閥門(mén)后灌漿壓力再穩(wěn)定保持5～10min，作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

5.8 縫面整理

漿液凝固后，將外露的灌漿嘴切除，用砂漿封填平整、密實(shí)，表面恢復(fù)原狀。

5.9 其他

上游壩面垂直裂縫多出現(xiàn)在工程運(yùn)行以后，有些垂直裂縫深入水面以下，除進(jìn)行水下施工外，可以結(jié)合水庫(kù)調(diào)度，降低庫(kù)水位后進(jìn)行入水垂直裂縫灌漿堵漏處理。

6 結(jié)語(yǔ)

碾壓混凝土壩的滲漏現(xiàn)象比較普遍，特別是北方嚴(yán)寒地區(qū)修建的“金包銀”碾壓混凝土重力壩，由于上游面常態(tài)防滲混凝土內(nèi)部缺陷導(dǎo)致的滲水造成壩面混凝土凍融破壞，進(jìn)一步發(fā)展將產(chǎn)生壩體混凝土溶蝕破壞、閘墩等重要部位受力鋼筋銹蝕，嚴(yán)重影響水工建筑物的耐久性和安全性，采用聚氨酯低壓持續(xù)注漿堵漏技術(shù)收效顯著。

［1］楊鳳臣，顧輝.桃林口水庫(kù)一期工程碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介［J］.河北水利水電技術(shù)，1999（1）.

［2］魯一暉，劉致彬.水工混凝土建筑物的病害診斷與修補(bǔ)［A］.水工混凝土建筑物病害評(píng)估與修補(bǔ)文集［C］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2001（9）.

［3］張雷，關(guān)遇時(shí).桃林口水庫(kù)大壩上游面裂縫現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)報(bào)告［R］.北京：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料研究所，2001（5）.

［4］陳昌林，李才.豐滿(mǎn)大壩修復(fù)加固計(jì)劃及實(shí)施［A］.水工混凝土建筑物病害評(píng)估與修補(bǔ)文集［C］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2001（9）.

［5］孫志恒，魯一暉，岳躍真.水工混凝土建筑物的檢測(cè)、評(píng)估與缺陷修補(bǔ)工程應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

［6］高春波，王育琳，祁立友.桃林口水庫(kù)碾壓混凝土重力壩缺陷及其處理［J］.河北水利，2010（9）.

［7］高春波.水工混凝土修補(bǔ)技術(shù)在桃林口水庫(kù)大壩缺陷處理中的綜合運(yùn)用［A］.孫志恒，魯一暉.水工混凝土建筑物修檢測(cè)與修補(bǔ)加固技術(shù)［C］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

Application of Low-pressure and Continuous Polyurethane Grouting Technology in Seepage Treatment of the RCC Gravity Dam

GAO Chun-bo，GAO Zheng-lian
（Taolinkou Reservoir Management Office of Hebei Province，Qinhuangdao 066400，China）

Seepage is a frequent disease of hydraulic structures，it seriously influence the durability and safety of the RCC Gravity Dam in the cold area of north China.Low-pressure and Continuous Polyurethane Grouting Technology make full use of polyurethane characteristics，which make good results in seepage and drainage management of Taolinkou reservoir dam.The experience can be used for the other RCC Gravity Dams.

polyurethane；low-pressure continuous grouting；RCC Gravity Dam；seepage treatment

TV52

A

1672-9900（2013）01-0067-03

2012-10-29

高春波（1970-），男（滿(mǎn)族），河北青龍人，工程師，主要從事大壩觀測(cè)運(yùn)行管理工作，（Tel）13833569196。