面板壩涂覆型結(jié)構(gòu)止水施工工藝的分析及應(yīng)用

王靜雯

(江西省南昌縣聯(lián)圩河道堤防中心,江西 南昌 330200)

混凝土面板堆石壩是一種采用堆石體為支撐結(jié)構(gòu)，以混凝土面板作為防滲體的大壩。面板壩以施工周期短、環(huán)境污染小、經(jīng)濟性高的優(yōu)勢在水利建設(shè)工程中得到大范圍應(yīng)用[1]。隨著大量工程項目的長期投入運行，由于壩體經(jīng)常承受變化溫度場、水流沖擊、凍融剝蝕、鋼筋銹蝕等作用，造成大壩的滲透性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性出現(xiàn)下降，因此混凝土結(jié)構(gòu)防護對保證大壩的結(jié)構(gòu)安全和耐久性意義重大[2-4]。目前，混凝土面板堆石壩表層止水設(shè)計通常在塑性填料表面設(shè)置防護蓋板，利用壓條錨固在混凝土面板上[5]。該結(jié)構(gòu)容易在蓋板與面板間存在空隙，鏈接螺栓在水位區(qū)易發(fā)生冰凍拉拔、鋼板壓條銹蝕等缺陷[6-8]。針對面板表層止水的缺陷，一些學(xué)者提出以丁基橡膠等高分子材料生產(chǎn)的塑性材料作為涂覆料，通過水壓力作用填充在混凝土接縫中[9]，或涂覆在混凝土表面，形成封閉的保護層，防止面板表層止水結(jié)構(gòu)破壞，保證混凝土面板防滲性[10]。目前廣泛采用的兩種填料為GB(丁基橡膠密封膩子)塑性填料、SR(聚氨酯橡膠)塑性填料，由于二者具有良好的流動止水性能、抗?jié)B性能、耐水性能等[11]，被應(yīng)用于貴州洪家渡、黔中平寨水庫、杭州國電大壩等多個大型水利工程項目中，取得了優(yōu)良的抗?jié)B止水效果。本文針對聚脲涂層材料特性，結(jié)合工程領(lǐng)域的技術(shù)特點，對聚脲胎基布柔性復(fù)合止水涂層應(yīng)用于混凝土面板壩止水工藝進(jìn)行應(yīng)用分析，為類似工程修補防護提供參考借鑒。

1 聚脲胎基布柔性止水涂層性能

根據(jù)美國聚脲協(xié)會按80/20原則對聚類材料的劃分，將樹脂組成中端氨基樹脂和端氨基擴鏈含量大于80%的稱為聚脲[12]。聚脲中由多異氰酸酯預(yù)聚體和氨基化合物、助劑等構(gòu)成高分子業(yè)態(tài)混合物，具有良好的力學(xué)性能、延伸率、防滲和抗磨性能，能夠與混凝土基材很好的黏結(jié)[13]。采用該類聚脲材料作為混凝土面堆石壩止水土層，在-45 ℃下仍具有優(yōu)異的柔性，適用于寒冷氣候施工環(huán)境，且具有施工簡單，不需要專門的噴涂設(shè)備，施工質(zhì)量可靠，無污染的優(yōu)點，表1中為聚脲止水涂層的各項性能參數(shù)[14]。

將聚脲代替?zhèn)鹘y(tǒng)錨固型蓋板，通過將聚脲復(fù)合胎基布涂層固化形成全封閉涂層實現(xiàn)面板壩接縫表層的止水防滲，既能表層止水，又能保護下部塑料填料，顯著提高面板接縫防滲安全性、可靠性[15]。相較于傳統(tǒng)錨固型卷材止水，采用聚脲胎基布復(fù)合止水涂層的拉伸強度、撕裂強度、耐老化性能均顯著提高，表2中為新型聚脲止水涂層與傳統(tǒng)卷材性能比較。

表1 聚脲止水涂層各項性能指標(biāo)

表2 止水涂層性能比較

2 聚脲胎基柔性復(fù)合止水涂層應(yīng)用

2.1 工程概況

某抽水蓄能電站位于我國南方某經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)，水電站新建上下庫兩座大壩。上壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程326.80 m，最大壩高48.00 m，壩頂長156.40 m，寬5.00 mm。鋼筋混凝土高5.50m，頂高程329.60 m，底高程324.00 m，底板寬3.20 m。上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.3、1∶1.4二級。左右壩肩采用重力式混凝土當(dāng)墻。水庫總?cè)萘?12萬m3，正常水位327.00 m，設(shè)計洪水位327.70 m，死水位327.98 m。大壩面板周邊縫設(shè)置兩道止水，頂部采用GB塑性填料，底部為“F”型銅片止水；趾縫設(shè)兩道止水，頂部采用GB塑性材料，頂部為“D”型銅片止水；面板垂直縫面涂刷瀝青乳液，縫內(nèi)設(shè)兩道止水，頂部為GB塑性填料，底部為“W1”型銅片止水。

為檢測水庫滲流量，在大壩下游設(shè)置量水堰進(jìn)行流量監(jiān)測，根據(jù)2010—2019年期間年均滲流量2.04 L/s，其中測量最大滲流量發(fā)生在2016年7月23日，最大滲流量11.20 L/s。滲流量偏大，初步判定為面板和防浪墻間填料老化所致，同時，通過對大壩面板宏觀觀察，可見壩體止水帶存在一定剪破現(xiàn)象，且其周圍混凝土振搗不密實。因此，針對大壩接縫位置，主要針對垂直縫、周邊縫進(jìn)行聚脲止水涂層處理。

2.2 面板表層接縫止水施工

大壩面板表層接縫止水土層施工工藝為：表層清理-放置橡膠層-涂刷底膠-填入GB塑性填料-裝設(shè)不銹扁鋼-基面清理-涂刷聚脲涂層-涂層養(yǎng)護。具體施工步驟如圖1所示。

圖1 聚脲復(fù)合涂層止水施工工藝

混凝土表面清理：在嵌填GB塑性材料時，首先清理止水結(jié)構(gòu)內(nèi)混凝土表面。清理過程中采用金剛石磨片磨光機清除表層浮渣、雜油，對存在于三角形縫槽內(nèi)的溢流物和浮灰，可通過高壓水槍或壓縮空氣沖洗，清理寬度為表面止水寬度兩側(cè)+5 cm。

放置橡膠棒：經(jīng)過清理、干燥后的縫槽鋼，將不同規(guī)格橡膠棒壓入坡口底部與接縫壁嵌緊，保持橡膠棒與接縫中心的一致性。根據(jù)不同的接縫形式采用相應(yīng)的橡膠棒，本文中采用φ30 mm氯丁橡膠棒嵌如面板垂直縫，用φ50 mm的氯丁橡膠棒嵌如趾板縫中。

涂刷底膠：控制SK底膠密度在0.8～1.0 g/cm3范圍內(nèi)，黏度大于300 MPa·s。將底膠均勻涂刷在干燥的縫槽混凝土表面上，涂刷寬度至固定扁鋼處。

填入GB塑性填料：將GB塑性調(diào)料嵌如縫隙，錘壓密實，為便于下段填料粘貼，將接頭處理成斜面。根據(jù)設(shè)計尺寸要求，用木板制作斷面形狀卡片進(jìn)行幾何尺寸檢查，根據(jù)縫口情況采用合理嵌填組合方式，確保最大程度減少嵌填空隙。施工過程中保持嵌填部位和粘貼面干燥后，進(jìn)行止水操作。使用填料時，撕開防粘紙，將復(fù)合蓋板鋪展，根據(jù)打孔位置及間距，選擇φ12不銹鋼膨脹螺絲在復(fù)合蓋板上打螺栓孔，控制間距200 mm。將不銹鋼扁鋼裝在復(fù)合蓋板上，并緊貼蓋板下柔性填料包邊緣，預(yù)緊固螺栓，保證不銹扁鋼、復(fù)合蓋板和混凝土緊密結(jié)合，具體止水層如圖2所示。

圖2 聚脲復(fù)合止水層結(jié)構(gòu)

聚脲涂層施工：在GB復(fù)合蓋板表面刮圖聚脲止水涂層，控制涂層厚度4 mm。對于周邊縫，控制聚脲與混凝土面黏結(jié)寬度為趾板一側(cè)200 mm，面板一側(cè)300 mm；對垂直縫，控制左右側(cè)黏結(jié)寬度均為200 mm；對趾板縫，控制黏結(jié)寬度左右均為200 mm。聚脲施工的施工工序如圖3所示。

圖3 聚脲施工工序

聚脲止水涂層應(yīng)在環(huán)境溫度5 ℃以上，界面劑指干(粘手不拉絲)后實施。涂層施工中采用刮涂、刷涂的方式，保證刮涂均勻、無遺漏，涂層表面無氣泡和鼓包，涂刷聚脲與胎基布粘貼緊密。在涂刷斜面或立面時，采取多遍涂刷的方式，一次涂層厚度控制在1 mm，當(dāng)上一涂層表面干燥后在涂刷下一層，直到涂層厚度滿足設(shè)計要求。聚脲止水涂層涂刷完成后，在環(huán)境溫度5 ℃以上下養(yǎng)護72 h，養(yǎng)護期間內(nèi)嚴(yán)禁過水。

2.3 接縫處止水層涂覆施工

通過對大壩宏觀觀察，發(fā)現(xiàn)在大壩200 m面板存在較少的面板擠壓破壞現(xiàn)象，面板壩擠壓破壞主要位于面板垂直壓性縫，同時包括部分水平施工縫。由于面板擠壓破壞造成表層接縫止水失效，使得滲漏量增大。因此在壩體潛在面板擠壓破壞區(qū)域設(shè)置聚脲止水防護涂層，通過防護涂層來保證基于區(qū)域不會被滲漏。具體執(zhí)行過程中，在混凝土面板粘貼厚3 mm，寬30～50 cm的GB止水板，并涂刷厚3 mm的聚脲止水復(fù)合涂層，涂層覆蓋GB止水板，并超過止水板邊界10 cm，在垂直縫部位接縫兩側(cè)200 cm范圍鋪裝3 mm厚GB止水板，并在止水板表面刷涂厚3 mm的聚脲止水涂層，涂層覆蓋GB止水板20 cm，如圖4所示。為保證防護涂層強度，同時也需加強對堆石體的總量控制和變形協(xié)調(diào)，可布設(shè)擠壓箍筋來提高面板抗擠壓破壞能力。

圖4 垂直縫擠壓破壞修復(fù)止水涂層

通過對混凝土面板壩面板和水平縫、垂直縫進(jìn)行聚脲胎基布柔性復(fù)合止水涂層施工，滲流量明顯減少，修復(fù)運行兩年內(nèi)的平均滲流量約 1.66 L/s，最大滲流量為4.20 L/s，大壩運行后滲流量穩(wěn)定，水位變化區(qū)面板接縫結(jié)構(gòu)無明顯變形和破損現(xiàn)象。

3 結(jié) 論

聚脲胎基布柔性復(fù)合止水涂層作為一種綜合性能優(yōu)異、耐沖刷、防滲力強、施工方便的新型高分子環(huán)保材料，能夠?qū)崿F(xiàn)面板接縫的全封閉，通過形成的涂層保護防護蓋板和速效填料，從而有效地加強混凝土面板防滲效果。將聚脲止水涂層應(yīng)用于某一水電站混凝土面板伸縮縫和接縫的防滲、混凝土表層防滲處理，有效降低了大壩的滲流量，接縫結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)明顯變形和破碎，進(jìn)一步驗證了止水涂層的較高的防滲透性和適應(yīng)變形能力強的優(yōu)點。