觀音閣水庫溢流壩段混凝土裂縫修補工法探究

(遼寧省水文水資源勘測局， 沈陽 110003)

觀音閣水庫工程建設(shè)期間形成的250.50m高程水平越冬縫裂縫比較集中，高水位運行時滲漏、凍脹明顯，其中兩個溢流表孔下游面冬季出現(xiàn)了“冰包”。2013年在主汛前騰空庫容短暫時段內(nèi)，水庫管理單位采用化學灌漿與手刮聚脲綜合處理工法，選擇溢流壩段的4個壩段作為試驗段實施了修補作業(yè)。工法的核心是裂縫內(nèi)部化學灌漿、手刮聚脲表面封閉，主要工藝分為抗收縮化學灌漿料內(nèi)部灌漿和手刮聚脲封閉表面裂縫兩項。實踐證明：工法可行、可靠，處理效果良好，且施工簡便，非常適于高危及不規(guī)則裂縫部位使用。

1 工程概況

位于太子河干流上的觀音閣水庫于1995年10月建成，是以城市供水和防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電和養(yǎng)魚的大(1)型水利樞紐工程。控制流域面積2795km2，總庫容21.68億m3，碾壓式混凝土重力攔河壩全長1040m，最大壩高82m，正常高水位255.20m(溢流表孔堰頂)。壩體剖面為“金包銀”形式，上游3m防滲層、下游2.5m保護層和2m基礎(chǔ)墊層為常態(tài)混凝土，廊道、底孔等孔洞周圍為1m厚鋼筋混凝土，其余內(nèi)部為含粉煤灰30%～35%的干貧碾壓混凝土。基于當時的施工技術(shù)，工程建設(shè)期間形成了209.25m、218.25m、233.25m、250.50m高程的4個水平越冬縫。1994年處理了209.25m高程和218.25m高程水平施工縫， 2001年對233.25m高程水平縫進行了化學灌漿處理。2009年6月～2013年1月現(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)250.50m高程水平越冬縫裂縫比較集中，高水位運行時滲漏、凍脹明顯，其中9號、11號兩個溢流表孔下游面冬季出現(xiàn)了“冰包”。

通過對250.50m高程水平越冬縫的成因分析，結(jié)合水庫運用調(diào)度計劃， 2013年在主汛前騰空庫容短暫時段內(nèi)，水庫管理單位采用化學灌漿與手刮聚脲綜合處理工法，選擇23～26號溢流壩段作為試驗段實施了修補作業(yè)。

2 抗收縮化學灌漿料內(nèi)部灌漿

2.1 化學漿液材料

根據(jù)預先確定的處理原則，規(guī)定對于伴有滲水的裂縫不論其開度如何，必須使用高壓灌漿設(shè)備將柔性化學漿液灌注到裂縫內(nèi)部進行封堵止水；對于不滲水但最大開口寬度不小于0.2mm的裂縫亦需同樣處理，然后進行表面封閉。漿液為可灌性好、強度高、無毒性、已在防水工程中普遍使用的遇水膨脹型的水溶性聚氨酯化學灌漿材料，其固結(jié)體具有抗收縮、遇水膨脹、彈性止水和在水中永久保持原形特性，以及吸水后再次膨脹止水的雙重止水功能。漿液的膨脹性好、包水量大，具有良好的親水性和可灌性，漿液的黏度、固化速度可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。化學灌漿機理主要為：聚氨酯在灌漿壓力一次滲透擴散的條件下，遇水后自行分散、乳化、發(fā)泡，發(fā)生化學反應(yīng)，形成不溶于水和不透水的凝膠體及CO2氣體。借助氣體壓力，漿液被進一步壓進結(jié)構(gòu)的空隙，完全充填密實裂縫等多孔性結(jié)構(gòu)，形成二次滲透擴散，從而達到堵水止漏、補強加固的作用。 統(tǒng)計資料顯示，在耐磨性、耐寒性、耐候性、可灌性、復原性、低溫柔軟性等方面，聚氨酯優(yōu)于環(huán)氧樹脂，更適合北方地區(qū)使用。

2.2 工藝流程

工藝流程為：施工準備→查縫定位→布孔→鉆孔→鉆孔清理→安裝檢查嘴→壓水、壓氣檢查→安裝灌漿嘴→裂縫表面臨時性封堵→漿液配制→灌注漿液→質(zhì)量檢查(壓水檢測、取芯檢測)→去除表面臨時性封堵并打磨混凝土表面和驗收。

2.3 質(zhì)量控制點

a.在裂縫兩側(cè)、垂直裂縫表面走向、與開裂面間夾角小于45°處進行錯位鉆孔，間距20～60cm；鉆孔必須穿過裂縫，深度為結(jié)構(gòu)厚度的1/3～2/3；鉆孔與裂縫間距小于結(jié)構(gòu)厚度的1/2。

b.鉆孔與裂縫必須連通，無松動顆粒、粉塵阻隔，保持表面干凈、新鮮、潤濕。

c.固定在注漿孔內(nèi)的注漿嘴與孔壁密貼，無空隙，不漏水。

d.漿液配置溫度小于25℃，保證可灌性，漿液應(yīng)隨配隨用。

e.根據(jù)孔深不同選擇灌注壓力，最大持續(xù)灌漿壓力不大于3MPa，根據(jù)吸漿量逐級升至設(shè)計壓力。當吸漿率小于1mL/min時，保持壓力持續(xù)灌注3～5min即可結(jié)束灌漿，4～5h后檢查灌漿效果。

f.水平裂縫由一端向另一端逐孔依次進行灌漿；垂直裂縫由下向上，單孔逐一連續(xù)進行。

g.與結(jié)構(gòu)縫有交會的裂縫，對靠近結(jié)構(gòu)縫的進行深層灌漿，對交會部位進行鉆孔閉合止水處理，鉆孔以到達結(jié)構(gòu)縫嵌填材料為止。

3 手刮聚脲封閉表面裂縫

3.1 單組分手刮聚脲防滲涂料

含多異氰酸酯-NCO的高分子預聚體、經(jīng)封端的多元胺(包括氨基聚醚)及其他功能性助劑所組成的混合體，在無水狀態(tài)下體系穩(wěn)定。一旦開桶施工，在空氣中水分的作用下，迅速產(chǎn)生多元胺，多元胺與異氰酸酯-NCO快速反應(yīng)，形成適于人工手刮施工的單組分聚脲防滲涂料。其主要技術(shù)指標見下表。

單組分聚脲防滲涂料主要技術(shù)指標表

項 目指 標拉伸強度>16MPa扯斷伸長率>400%撕裂強度>70kN/m硬度(邵氏A)40～50附著力(潮濕面)>2MPa耐磨性(阿克隆法)<15mg不透水性2.0MPa,2h不透水顏 色可調(diào),不褪色

與雙組分聚脲材料相比，手刮聚脲材料與基礎(chǔ)混凝土黏結(jié)強度更大，達3MPa；材料單一，避免了配比不當造成的質(zhì)量缺陷；材料為脂肪族(雙組分聚脲材料為芳香族)，耐老化性好，不變色；最關(guān)鍵的是手刮聚脲不需要專門的噴涂設(shè)備，如場地允許，可多個工作面同時施工。人工分層涂刮，涂層厚度的均勻性及寬度可控，施工質(zhì)量有保證。鑒于此，手刮聚脲防滲涂料近年來廣泛應(yīng)用于水庫大壩等高危、狹窄部位的混凝土伸縮縫及裂縫處理、大面積防滲及有抗沖磨要求的泄洪建筑物表面。

3.2 手刮聚脲涂刮作業(yè)

a.涂刮聚脲的混凝土區(qū)域同時存在混凝土蜂窩、脫空、凍融、剝蝕的，進行缺陷預處理后進行打磨，打磨范圍擴大至預處理邊緣以外100mm；對于裂縫兩側(cè)混凝土的打磨，應(yīng)保證打磨區(qū)域邊緣與裂縫距離大于180mm。打磨深度視現(xiàn)場混凝土質(zhì)量而定，要將表面水泥漿及凍融的表層打磨掉，打磨后表面保持平整。

b.高壓水槍清洗混凝土表面，清除松動顆粒，直至出露新鮮混凝土面。

c.界面劑涂刷均勻、無漏涂，盡量薄涂，涂刷界面要保持干燥無明水。涂刷界面劑的作用主要有兩方面：一是封閉混凝土基材表面毛細孔中的空氣和水分，避免聚脲涂層噴涂后出現(xiàn)鼓包和針孔現(xiàn)象；二是提高聚脲涂層與混凝土基材的黏結(jié)強度，提高防水防護效果。

d.在界面劑表干但未全面固化之前(以界面劑涂層與手部有少許粘連，但不完全沾手為宜)涂刮第一遍手刮聚脲，在1h內(nèi)，將胎基布(15cm寬)用抹子輕輕按壓在第一遍聚脲上面，保持胎基布上表面與聚脲上表面齊平。胎基布具有高強度、高延伸和耐穿刺的特點，重量輕、抗拉強度高、滲透性好、耐高溫、抗冷凍、耐老化、耐腐蝕。增設(shè)胎基布的目的是保證聚脲涂料在長時間固化過程中的強度。

e.在第一遍聚脲表干后，在其表面再次涂刮1～3遍聚脲。固化后的手刮聚脲涂膜平均厚度不小于2mm，一般性裂縫開口部位表面涂膜厚度3～4mm，涂刮寬度不小于40cm，涂層邊緣與裂縫縫口距離不小于20cm。

4 結(jié) 語

承建單位在汛前騰庫的短暫時段內(nèi)完成了水面以上246.00m高程至堰頂區(qū)域內(nèi)的118.4m水平裂縫、92.2m結(jié)構(gòu)縫缺陷處理作業(yè)，化學灌漿與手刮聚脲綜合處理裂縫工法易于操作的簡便性得到了淋漓盡致的發(fā)揮：頂層廊道頂拱及側(cè)壁滲水明顯被擠出，9號、11號溢流表孔往年冬季的“冰包”消失無蹤，足以表明手刮聚脲防滲涂料用于水工建筑物迎水面防滲、裂縫和結(jié)構(gòu)縫表面防滲是可靠、可行的，觀音閣水庫250.50m高程水平越冬縫處理試驗段是成功的。

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