噴涂聚脲技術(shù)在犁地坪水庫混凝土面板壩面板裂縫處理中的應(yīng)用

林 賽，杜振坤，張寶瓊

（1.云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

噴涂聚脲技術(shù)在犁地坪水庫混凝土面板壩面板裂縫處理中的應(yīng)用

林 賽1，杜振坤2，張寶瓊1

（1.云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

地處高原氣候寒冷地區(qū)的犁地坪水庫采用具有科技含量高、物理力學(xué)性能好、施工工藝簡單、使用年限長的新型無溶劑、無污染的環(huán)保型現(xiàn)場固化成型施工技術(shù)——噴涂聚脲彈性體技術(shù)進(jìn)行混凝土面板壩大面積的面板裂縫處理，聚脲防水涂料的涂層厚度僅有2.0 mm；工程投入運(yùn)行現(xiàn)已進(jìn)入第四年，水庫蓄水至高于正常蓄水位1.3 m的最高水位時(shí)，下游壩腳滲流觀測值為 9.63 L/s，滲流水水質(zhì)清澈，防滲效果很好。該技術(shù)以其優(yōu)異的防滲、防腐、耐磨和耐老化性能，在水利水電工程等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

混凝土堆石面板壩；噴涂聚脲彈性體技術(shù)；混凝土面板裂縫處理

1 研究背景

混凝土面板堆石壩具有工程量小、安全性能好、施工期短和工程投資較低等優(yōu)點(diǎn)，是一種具備較強(qiáng)競爭力的主流壩型。面板壩防滲系統(tǒng)由混凝土面板、趾板及其止水系統(tǒng)、墊層料、上游黏土斜鋪蓋、防滲帷幕組成。趾板是一種承上啟下的防滲結(jié)構(gòu)，在趾板上進(jìn)行的基礎(chǔ)固結(jié)灌漿和帷幕灌漿、左右岸灌漿帷幕構(gòu)成大壩完整的地下防滲系統(tǒng)。

作為大壩的主要防滲體，面板混凝土裂縫是影響大壩工程質(zhì)量和運(yùn)行安全的關(guān)鍵問題，因此混凝土面板的防裂和裂縫處理措施是混凝土面板堆石壩工程的重要課題。近些年來，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，新的混凝土面板裂縫處理方法開始在工程中得到應(yīng)用，噴涂聚脲彈性體技術(shù)就是其中最有效的混凝土面板壩面板裂縫處理施工技術(shù)之一［1］。

本文針對犁地坪水庫位于高原氣候寒冷地區(qū)，混凝土面板壩的面板易產(chǎn)生因晝夜溫差較大引起的溫度應(yīng)力裂縫，且施工后混凝土面板已有的裂縫數(shù)量較多、分布面積較大以及存在貫穿性裂縫的特點(diǎn)，進(jìn)行混凝土面板壩面板裂縫處理的研究，采用噴涂聚脲彈性體技術(shù)處理面板裂縫，使其起到作為大壩主要防滲體的防滲作用，達(dá)到水庫安全運(yùn)行的目的，為其它類似工程的混凝土面板裂縫處理提供借鑒。

2 混凝土面板壩面板裂縫問題及處理方法

2.1 混凝土面板裂縫問題混凝土面板堆石壩的面板都會產(chǎn)生裂縫，裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，主要與面板混凝土自身特性以及面板所處的環(huán)境、施工條件等因素有關(guān)。面板裂縫主要由干縮裂縫、減縮裂縫、撓曲應(yīng)力裂縫和溫度應(yīng)力裂縫組成。混凝土在凝結(jié)干燥過程中，其內(nèi)部水分的蒸發(fā)使混凝土產(chǎn)生干縮變形而可能產(chǎn)生干縮裂縫?；炷猎谟不^程中，膠凝材料水化使混凝土自身體積縮小而可能產(chǎn)生減縮裂縫?；炷撩姘迨窃O(shè)置于壩體墊層區(qū)上的超薄板，在壩體沉降和其它荷載如水壓力、浪壓力等作用下，使面板頂部附近壩體內(nèi)部產(chǎn)生變形而引起面板頂部架空，該部位的混凝土面板會產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，并可能導(dǎo)致產(chǎn)生張拉裂縫。氣溫的升降會使混凝土表面和內(nèi)部形成較大的不均勻溫差而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，易導(dǎo)致產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫，而溫度應(yīng)力是面板產(chǎn)生裂縫的主要原因［2-4］。

2.2 混凝土面板常規(guī)裂縫處理方法混凝土面板裂縫主要采用表面覆蓋法、低壓注漿法和開槽法等三大類常用處理方法進(jìn)行修補(bǔ)裂縫。

表面覆蓋法是一種在細(xì)微裂縫（縫寬小于0.3 mm）的表面上涂刷防水材料（如非硫化橡膠、水泥基滲透結(jié)晶防水涂料、環(huán)氧增厚涂料等），或在裂縫表面直接進(jìn)行封閉處理（如用裂縫快速修補(bǔ)帶、SR防滲保護(hù)蓋片等粘貼在裂縫表面），以達(dá)到修補(bǔ)混凝土細(xì)微裂縫目的的裂縫處理方法，其缺點(diǎn)是修補(bǔ)工作無法深入到裂縫內(nèi)部，難以追蹤延伸裂縫變化。

低壓注漿法為低壓化學(xué)灌漿裂縫處理方法，適合修補(bǔ)縫寬大于0.3 mm的裂縫，其漿液可深入到裂縫深處，裂縫處理效果好，但施工工藝較復(fù)雜，施工期相對較長。低壓注漿法主要有開槽埋管法、打斜孔埋管法和貼嘴無損法，化學(xué)灌漿材料采用活性稀釋劑改性系列、改性環(huán)氧灌漿材料系列等。開槽埋管法由于要在混凝土表面開槽，存在對面板原結(jié)構(gòu)破壞較大、灌漿材料損耗大、開槽處難以修復(fù)好等問題，現(xiàn)已很少使用。打斜孔埋管法雖然施工方法相對簡單，對混凝土結(jié)構(gòu)破壞較小，但存在管容耗漿量大、細(xì)微粉塵易堵塞縫面而影響灌漿質(zhì)量。貼嘴無損法具有無鉆孔、無孔容耗漿、易找準(zhǔn)裂縫、對混凝土裂縫無損傷、成本較低等特點(diǎn)而得到廣泛使用。

開槽法適合修補(bǔ)縫寬大于1.0 mm的裂縫，施工時(shí)先騎縫開槽，采用改性環(huán)氧樹脂砂漿、或嵌縫GB、SR等材料充填嵌縫，然后進(jìn)行封閉表面處理。該法裂縫處理效果好，但對混凝土面板結(jié)構(gòu)有一定的破壞，對裂縫的修補(bǔ)難于達(dá)到裂縫深處，處理部位影響美觀。

3 噴涂聚脲彈性體技術(shù)

噴涂聚脲彈性體技術(shù)（Spray Polyurea Elastomer簡稱 SPUA）始于20世紀(jì) 90年代，是一種廣泛應(yīng)用于水利水電工程、海洋工程、工業(yè)與民用建筑、公路、鐵路、機(jī)械、化工以及軍事等領(lǐng)域的新型無溶劑、無污染的環(huán)保型現(xiàn)場固化成型施工技術(shù)，其噴涂材料——噴涂聚脲防水涂料是目前國際上最先進(jìn)的防滲、防腐材料。

3.1 噴涂聚脲防水涂料噴涂聚脲防水涂料（spray polyurea walerproofing coating）是以異氰酸脂類化合物為甲組分、胺類化合物為乙組分，采用噴涂施工工藝使兩組分混合、反應(yīng)生成的彈性體防水涂料。甲組分是異氰酸酯單體、聚合物、衍生物、預(yù)聚物或半預(yù)聚物。乙組分是由端氨基樹脂和氨基擴(kuò)鏈劑等組成的胺類化合物時(shí)，稱為噴涂（純）聚脲防水涂料；乙組分是由端羥基樹脂和氨基擴(kuò)鏈劑等組成含有胺類的化合物時(shí)，稱為噴涂聚氨脂（脲）防水涂料。聚脲防水涂料物理力學(xué)性能見表1［5］。

3.2 噴涂聚脲彈性體技術(shù)在混凝土裂縫處理中的優(yōu)勢聚脲防水涂料具有力學(xué)強(qiáng)度高、抗沖擊、高伸長率、防水、耐磨、耐腐蝕、耐老化及耐交變溫度（壓力）等突出性能。雙組分為100%固體含量，具有環(huán)境友好特性。涂料硬度可調(diào)節(jié)范圍大（彈性體/鋼性體），可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，一次施工即可達(dá)到設(shè)計(jì)厚度（厚度僅有1.0～5.0 mm）、裂縫處理面積要求，克服多層施工的弊病。在施工過程中受環(huán)境溫度、濕度影響小，涂層固化快速、不產(chǎn)生流掛現(xiàn)象、平整無接縫、不分層開裂和空鼓，與混凝土、鋼材、鋁材等底材附著力好，具有施工速度快、整體性能優(yōu)異等特點(diǎn)，投入使用后不需要維護(hù)，使用年限長，綜合效益好。涂料施工時(shí)可根據(jù)建筑物外觀要求進(jìn)行涂料顏色調(diào)制，美觀大方［1］。

3.3 混凝土面板裂縫處理施工工藝

3.3.1 對外界環(huán)境要求

（1）室外溫度不低于15℃、底材表面溫度不低于5℃；

（2）空氣相對濕度≤75%；

（3）風(fēng)力超過三級時(shí)嚴(yán)禁施工；

（4）在各種設(shè)備、管路的安裝或油漆施工之前進(jìn)行聚脲噴涂施工。

表1 聚脲防水涂料物理力學(xué)性能表

3.3.2 施工所需材料

①所選用型號的噴涂聚脲涂料；②堵縫料；③底漆；④面漆；⑤增強(qiáng)層卷材（如聚酯無紡布、化纖無紡布、玻璃纖維布等）及專用涂料；⑥層間黏合劑；⑦密封膠；⑧防污膠帶。

3.3.3 施工工藝流程

（1）細(xì)部構(gòu)造處理：在混凝土面板噴涂聚脲涂層邊緣開槽或打磨成斜邊，開槽深度不能大于混凝土的鋼筋保護(hù)層厚度。

（2）混凝土面板基面清理：打磨混凝土底材基面使其表面平整、無油污、灰塵及殘留的水泥塊等雜質(zhì)；用清水沖洗，晾干后再用高壓風(fēng)吹干，保持混凝土底材基面干燥和完整。

（3）基層處理：將裂縫寬度≥3.0 mm的裂縫口鑿寬并清掃干凈，嵌入堵縫料，在噴涂聚脲涂層范圍內(nèi)基面上涂刷底漆，然后在裂縫部位采用專用涂料粘貼增強(qiáng)層卷材條帶。

（4）噴涂聚脲防水涂料：在增強(qiáng)層施工后的12 h內(nèi)采用專用噴涂設(shè)備進(jìn)行聚脲涂料的噴涂施工，之后在聚脲涂料的涂層邊緣用密封膠做好收頭處理。

（5）面漆施工：在噴涂聚脲涂料施工后的12 h內(nèi)進(jìn)行面漆施工［6］。

4 犁地坪水庫混凝土面板壩面板裂縫處理

犁地坪水庫工程地處云南省迪慶藏族自治州維西縣境內(nèi)，距維西縣城15 km，是位于瀾滄江流域一級支流永春河上游左支慶福河上的以農(nóng)田灌溉為主、兼顧縣城供水及農(nóng)村人畜飲水的重點(diǎn)?。á瘢┬退こ蹋畮炜値烊?35.6萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積2.97萬畝，城鄉(xiāng)年供水量174.71萬m3。

4.1 大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大壩壩型為混凝土面板堆石壩，壩頂高程2 487.0 m，最大壩高59.0 m，壩頂寬

6.0 m，壩頂長116.0 m，壩頂設(shè)1.2 m高防浪墻，壩體上、下游坡為1:1.4（見圖1）。壩體從上游至下游分為：面板上游面下部黏土斜鋪蓋（1A）及其任意料蓋重區(qū)（1B）、混凝土面板及趾板、墊層區(qū)（2A）、特殊墊層區(qū)（2B）、過渡層區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）、次堆石區(qū)（3C）、超徑堆石區(qū)（3D）及下游塊石護(hù)坡。面板采用等厚布置形式（厚度為0.45 m），共分為10塊，垂直縫間距12.0 m，水平向不設(shè)施工縫，為一期施工完成。趾板基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化巖基上，其寬度為6.5 m，厚度為0.6 m，伸縮縫分縫長度7.0～14.0 m。

大壩壩體填筑料、混凝土粗細(xì)骨料的料源均由距壩址上游2.6 km的石料場強(qiáng)～微風(fēng)化石灰?guī)r開采供應(yīng)，黏土料由距壩址下游4.5 km的土料場開采供應(yīng)。

帷幕灌漿防滲標(biāo)準(zhǔn)為q≤10 Lu，采用單排孔，孔距1.5 m，灌漿底界伸入到壩基相對隔水層內(nèi)5.0 m；趾板基礎(chǔ)下固結(jié)灌漿孔深為8.0～6.0 m，間排距1.5 m。

圖1 混凝土面板堆石壩標(biāo)準(zhǔn)剖面圖

4.2 混凝土面板防裂設(shè)計(jì)由于工程區(qū)地處高原氣候寒冷地區(qū)，冬季最低氣溫-9℃，晝夜溫差最高達(dá)23℃，混凝土面板和趾板易發(fā)生凍脹破壞。因此設(shè)計(jì)采用加引氣劑的抗凍混凝土，其強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍等級為 C 25 W 12 F 200，骨料采用二級配，極限拉伸應(yīng)變≥1.0×10－4；根據(jù)面板限裂要求（最大裂縫寬度≤0.2 mm），綜合考慮溫度、混凝土干縮、自重、水荷載等對面板的影響，面板采用單層雙向配筋，鋼筋置于面板中部，選用HRB335鋼筋，順坡向、水平向配筋均為Ф20@200 mm；死水位以上水位變幅區(qū)的面板表層配置雙向HPB235溫度鋼筋，順坡向、水平向配筋均為φ8@150 mm；面板下墊層細(xì)料小于5 mm的含量為25%～40%，小于0.075 mm含量≤5%，級配連續(xù)，設(shè)計(jì)壓實(shí)干密度22.5 kN/m3，孔隙率≤17.5%，滲透系數(shù)為1×10-3cm/s。

4.3 施工期混凝土面板裂縫處理及效果

4.3.1 混凝土面板裂縫處理設(shè)計(jì)方案 在施工過程中，由于氣候因素、施工、混凝土面板養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足及養(yǎng)護(hù)力度不夠等原因，在混凝土面板施工完成的第一年中就出現(xiàn)很多裂縫，其中較大裂縫共58條，貫穿性裂縫占9條，面板主要裂縫分布見圖2。

由于本工程的開發(fā)任務(wù)之一是縣城供水及農(nóng)村人畜飲水，設(shè)計(jì)采用環(huán)保型的噴涂聚脲彈性體技術(shù)和表面開槽覆蓋法進(jìn)行混凝土面板裂縫處理。

受氣候影響較小的死水位2 454.5 m以下、面板上游覆蓋黏土斜鋪蓋的面板裂縫采用表面開槽覆蓋法進(jìn)行裂縫的修補(bǔ)處理，即先在裂縫部位鑿出60 mm×30 mm三角形槽，用GB填料充填，再用6 mm厚三元乙丙GB橡膠復(fù)合板覆蓋、不銹鋼扁鋼和膨脹螺栓固定。

根據(jù)業(yè)主對大壩的景觀需求，同時(shí)為防止面板裂縫范圍繼續(xù)擴(kuò)展、增強(qiáng)面板的整體強(qiáng)度和抗?jié)B性能，對死水位以上受氣候影響較大、易產(chǎn)生裂縫的水位變幅區(qū)范圍內(nèi)的面板，采用聚脲防水涂料對分布有裂縫的面板進(jìn)行大面積噴涂施工，其噴涂范圍是在面板裂縫兩側(cè)各向外延伸長度不小于1.0 m，噴涂厚度2.0 mm，面板垂直止水縫處的GB橡膠復(fù)合板范圍內(nèi)不噴涂聚脲涂料；以單塊面板作為噴涂單元，施工期最大噴涂面積為594 m2。面板裂縫處理見圖2。

4.3.2 大壩施工質(zhì)量檢測及裂縫處理效果

（1）大壩填筑過程中對壩體各分區(qū)填筑料和河床卵礫石層基礎(chǔ)進(jìn)行抽樣室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場原位試驗(yàn)，其檢測指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求?；炷撩姘迨┕で邦A(yù)留了8個(gè)月的壩體沉降時(shí)間，其間施工觀測壩體最大沉降值為48 mm，壩體沉降量較小，不會產(chǎn)生變形破壞，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

圖2 大壩面板裂縫處理圖

（2）大壩防滲帷幕灌漿施工質(zhì)量檢測采用分段壓水試驗(yàn)，按帷幕灌漿孔的10%布置，抽檢檢查孔為14孔，壓水試驗(yàn)段數(shù)為 94段，透水率檢測值為q=0.3～5.95 Lu，其中透水率在 q=5～10 Lu范圍內(nèi)的為6段，占6.38%，施工質(zhì)量滿足q≤10 Lu的設(shè)計(jì)防滲要求。面板混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍等級檢測指標(biāo)達(dá)到C25W12F200設(shè)計(jì)要求，噴涂聚脲防水材料物理力學(xué)指標(biāo)檢測值均滿足規(guī)范要求。

（3）2014年7月水庫蓄水至最高水位2 482.51 m、高于正常蓄水位1.3 m時(shí)，下游壩腳量水堰滲流量觀測值為9.63 L/s（扣除大壩填筑前防滲帷幕下游地下水泉眼滲水量觀測值0.64 L/s），滲流水水質(zhì)清澈；左、右兩肩壩緊靠帷幕軸線下游側(cè)的兩岸坡UP1、UP5測壓管地下水位觀測值與蓄水前相比，分別上升18.1 m、15.3 m，比正常蓄水位分別低15.1 m、14.9 m，形成防滲帷幕。埋設(shè)于河床部位大壩橫斷面的滲壓計(jì)P（見圖1）——緊靠帷幕軸線下游側(cè)壩基下的P1觀測值折算成水面線高程，比正常蓄水位低18.1 m，形成防滲帷幕；P2、P3觀測數(shù)據(jù)異常，面板下側(cè)P5、次堆石區(qū)壩基下的P4觀測值均為3.1 m，表明混凝土面板后的壩體為半透水體，壩體內(nèi)滲流浸潤線向下游方向緩降貼近壩基表面，排水功能較好。因此大壩混凝土面板裂縫處理后，其整個(gè)防滲系統(tǒng)均滿足混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)要求，防滲效果很好。

5 結(jié)語

根據(jù)犁地坪水庫工程區(qū)地處高原氣候寒冷地區(qū)，晝夜溫差較大，混凝土面板易發(fā)生凍脹破壞從而繼發(fā)產(chǎn)生混凝土裂縫的地域特點(diǎn)，采用噴涂聚脲彈性體技術(shù)對犁地坪水庫混凝土面板堆石壩的混凝土面板進(jìn)行大面積裂縫處理，阻止了處理范圍內(nèi)的細(xì)小裂縫繼續(xù)擴(kuò)張，提高了混凝土面板的整體性和防滲性能，延長了混凝土面板的使用壽命，該技術(shù)用于大面積混凝土面板裂縫處理在國內(nèi)尚屬首次。

噴涂聚脲彈性體技術(shù)采用新型的施工工藝，噴涂初期設(shè)備投資相對較大，施工技術(shù)含量高，需要專業(yè)化的施工。因其具有科技含量高、物理力學(xué)性能好、環(huán)境友好、使用年限長以及施工速度快的特點(diǎn)，適合長效防水、防腐、耐磨、耐老化要求高以及不易維修的水下重點(diǎn)工程，在水利水電工程防滲處理方面具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

［ 1］ 黃微波.噴涂聚脲彈性體技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［ 2］ 酈能惠.高混凝土面板堆石壩新技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2007.

［ 3］ 王子健，劉斯宏，李玲君，等 .公伯峽面板堆石壩裂縫成因數(shù)值分析［J］.水利學(xué)報(bào)，2014，45（3）：343-350.

［ 4］ 羅福海，張保軍，夏界平.水布埡大壩施工期面板裂縫成因分析及處理措施［J］.人民長江，2011，42（1）：50-53.

［ 5］ GB/T 23446—2009，噴涂聚脲防水涂料［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［ 6］ 黃微波，等.噴涂聚脲彈性體的施工工藝［J］.上海涂料，2006，44（10）：42-43.

Application of spray polyurea technology in concrete panel crack treatment of Lidiping Reservoir

LIN Sai1，DU Zhenkun2，ZHANG Baoqiong1
（1.Yunnan Water conservancy and Hydroelectric Survey，Design and Research Institute，Kunming 650021，China；2.China Institute of Water Resource and Hydropower Research，Beijing 100038，China）

The site curing construction technology was used to the Lidiping reservoir，which is located in the plateau climate cold areas.The technology is characterized by high technology content，physical and good mechanical properties，and simple aonstruction process.Moreover，the technology adopts a new sol?vent-sree，which can be used for a long time，and pollution-free environment-friendly construction technolo?gy，namely an elastic technology.of spraying polyurea.The technology isto trea the large-area panel cracks of the concrete face dam.Polyurea waterproofing paint coating is only 2.0 mm.Project has now en?tered its fourth year sina it was put intooperation.The seepage observation downstream of the dam foot is 9.63 L/s，when the reservoir reaches the highest level，which is 1.3m higher than the normal level.The seepage water quality is clear，and seepage effect is good.The technology for its excellent seepage，sorro?sion，abrasion and anti-aging properties，has broad application prospects in the field of water resources and hydropower engineering.

concrete face rockfill dam；spray polyurea elastic technology；concrete panel crack treatment

TV641.4

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.01.011

1672-3031（2015）01-0068-06

（責(zé)任編輯：李福田）

2014-06-04

林賽（1962-），女，廣東陽江人，高級工程師，主要從事水利水電工程建筑設(shè)計(jì)工作。E-mail：799428706@qq.com