水庫主壩廊道的綜合維修養(yǎng)護技術(shù)

李嬋娟 北京市密云水庫管理處

1.引言

廊道是水庫大壩的重要組成部分，其功能主要是用于排水、灌漿、檢測或者是運行維護等，能夠起到降低壩體水位以及集中滲水等作用，其一般設(shè)置于混凝土大壩的內(nèi)部，兩端進出口分別連接壩外，并與壩體內(nèi)的縱向通道、橫向通道以及豎井等互相連通，形成廊道系統(tǒng)。

對于水庫的大壩廊道而言，其周邊環(huán)境存在特殊性，且其發(fā)揮的使用功能要求較高，因此對其進行高效維修與養(yǎng)護是擺在水利工程技術(shù)人員的重要課題。

在水庫的大壩廊道病害分析與處理方面，我國相關(guān)研究學(xué)者進行了較多的探索，如霍自民等[1]依托邯鄲市四里巖水庫廊道的維修案例，針對其廊道存在的裂縫進行了產(chǎn)生機理分析，并認(rèn)為其裂縫原因是混凝土干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)變大于極限拉應(yīng)變所致，據(jù)此提出了設(shè)置后澆帶、控制入模溫度以及采用減水劑等針對性的防治措施。舒恒基于Abaqus有限元軟件，對開裂的廊道結(jié)構(gòu)建立模型進行應(yīng)力計算，從而找出底板開裂的根本原因，在此基礎(chǔ)上提出了加固方案，并對加固前后的結(jié)構(gòu)進行了計算驗證。張凱等針對巖溶地區(qū)的廊道析出物與滲漏水問題，應(yīng)用熱重分析法，并結(jié)合使用X射線衍射法，分析了析出物的組成，成功探明了水體與巖體發(fā)生溶解的作用機理，探明了巖溶地區(qū)潛在的地下壩滲流隱患?？阂环惨院痛ㄋ畮鞛榘咐瑢ζ渑潘鹊纼?nèi)出現(xiàn)的白色沉淀物進行了化驗分析，通過計算水環(huán)境的飽和指數(shù)，發(fā)現(xiàn)了沉淀成因，并確定大壩未受到侵蝕，保證了壩體安全。范文博針對某核電站取排水廊道伸縮縫滲水、嵌縫物質(zhì)剝離或老化等一系列問題，另外還包括廊道內(nèi)表面混凝土生銹膨脹、保護鋼板掉落或凸起、鋼杯洞維修點位置多出生銹等，闡述了具體的維修方案，保證了該取排水廊道的正常運行和使用。

圖1 水庫主壩廊道位置示意

綜上可知，關(guān)于水庫的大壩廊道病害分析與處理，較多的研究集中于機理分析與理論計算等方面，而針對廊道質(zhì)量問題進行施工工藝介紹的報道較少。因此，本文在既有研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)闡述了廊道滲透水流疏導(dǎo)、廊道表面與地面施工處理等工藝，尤其是創(chuàng)新采用一種瓷塑高分子復(fù)合材料（即CPC）混凝土防碳化涂料的應(yīng)用，該涂料的應(yīng)用能避免環(huán)境中CO2、氯化物以及酸雨或海水等對結(jié)構(gòu)體造成侵蝕破壞，取得了較好的廊道維修效果。

2.項目概況

背景項目的某一水庫位于長江流域，從上世紀(jì)60年代起便一直發(fā)揮重要功能，如抗洪、發(fā)電、防旱、水利灌溉、農(nóng)田調(diào)水等，是一座具有控制性作用的大（二）型水庫。

水庫大壩建成年代較早，受當(dāng)時施工工藝水平的限制，廊道內(nèi)壁施工質(zhì)量存在凹凸不平的問題，對美觀造成一定的影響，自建成后運行至今，主壩廊道受水流的滲透作用，逐步出現(xiàn)越來越多的混凝土滲透通道，引起的鈣化物質(zhì)與滲透析出物現(xiàn)象較嚴(yán)重，導(dǎo)致混凝土碳化程度劇烈。水庫主壩廊道的實景如圖2所示。

圖2 水庫主壩廊道實景

基于上述，本次擬進行廊道維修養(yǎng)護，應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)措施，解決主壩廊道存在的一系列問題，如滲透水流疏導(dǎo)、砼表面凹凸修補以及防碳化措施等，其中在防碳化技術(shù)措施方面，本次使用了一種新型的水泥基聚合物復(fù)合材料—CPC混凝土防碳化涂料，成為本項目維修技術(shù)中的創(chuàng)新應(yīng)用點。

3.滲透水流疏導(dǎo)

3.1 選擇合適的疏導(dǎo)材料

對于廊道安全性而言，滲透水流的存在是一個較大的潛在隱患，在采取維修養(yǎng)護措施前，將水流利用排水設(shè)施實現(xiàn)疏導(dǎo)是關(guān)鍵一環(huán)。金屬管和PVC管都具有較好的疏導(dǎo)性能，均可作為疏導(dǎo)材料。相比PVC管，金屬管雖然耐久性更好，且強度更高、抗裂性更好，較常在普通的小流量排水中應(yīng)用，但對于大壩廊道而言，卻不合適。原因是，廊道一般空間狹窄且多有彎折轉(zhuǎn)角，而金屬管較難加工成小轉(zhuǎn)角形狀，且覆蓋的表面材料也極易發(fā)生開裂，非常不利于封閉導(dǎo)流。PVC管不存在上述金屬管的相關(guān)問題，因此較為適用。

對于選定的PVC管，合理的管徑確定也是重要的考量。過大的管徑既不利于導(dǎo)流封閉，也難以滿足廊道施工條件；而當(dāng)選擇的管徑過小時，則滲透水流中的砼襯出物也極易堵塞導(dǎo)流管。綜上所述，PVC管的管徑應(yīng)當(dāng)由多次現(xiàn)場試驗而定，本次最終選定的直徑為40mm。

3.2 主要施工方法

先對廊道基面進行沖洗，為尋找到主要的滲漏通道，應(yīng)將滲漏處存在的混凝土析出物全數(shù)清除。發(fā)現(xiàn)滲漏點所在后，通常沿該滲漏點和排水溝進行畫線，并按此線在墻面上切槽，與此同時對半切開PVC管，將其開口向內(nèi)沿槽口嵌入，再對封口利用封堵料實現(xiàn)快速封堵。值得注意的是，封堵料不能塞入管道內(nèi)引起堵塞，且切槽過程中應(yīng)保持直線，槽的寬度與深度宜相同。廊道頂與墻體處的滲水點通過上述處理后均以點、線或面的形式引流至埋管內(nèi)，再用聚合物砂漿對堵體進行表面找平，并用防碳化材料刷涂一遍。

沖洗干凈壩段的接縫位置后，于接縫兩邊分別切槽，再根據(jù)導(dǎo)水方法處置。

在處理廊道上下游側(cè)的排水溝時，可先將上游側(cè)排水溝沖洗干凈，再將C20細石砼澆筑于踏步段的排水溝內(nèi)，用以原溝填平；同樣采用C20細石砼將水平段的排水溝塑造為角溝，縱坡取0.3%，厚度最小處為50mm。將廊道內(nèi)下游側(cè)排水溝的原砼蓋板進行拆除，并將厚100mm的C20砼澆筑于原溝沿位置。

4.廊道表面處理措施

4.1 地面處理

本項目擬對廊道地面采取貼火燒板的措施，以提高地面防滑能力及增加美觀度。鋪設(shè)火燒板過程中，盡量在壩體分縫處進行火燒板的分縫；進行排水孔以及觀測點等位置鋪設(shè)時，須將火燒板按照起初的外部輪廓進行切割，加工整齊后再進行鋪貼施工。本次所用的厚30mm芝麻灰火燒板應(yīng)根據(jù)原排水溝的尺寸進行下料切割，且須在原排水溝完成必要處理后再進行。

4.2 墻面處理

對于廊道兩側(cè)混凝土墻面，應(yīng)先將表面附著的鈣化物及浮漿清除干凈，并對凹凸不平之處采取鑿除或修補處理。墻面修補較厚處（超2mm）應(yīng)掛鋼筋網(wǎng)后粉刷。用鋼絲刷清洗廊道頂部砼表面的浮漿、鈣化物等，疏松、空洞處予以鑿除，接著用聚合物砂漿找平缺陷較大處。

通過廊道的地面和墻面處理，能保證廊道地面平整清潔、內(nèi)壁平順光滑，排水裝置通暢無阻，實現(xiàn)了預(yù)期的處理效果。

5.瓷塑高分子復(fù)合材料的應(yīng)用

5.1 復(fù)合材料概況

瓷塑高分子復(fù)合材料（即CPC）的基本原料包括熱性塑料（如PP、PE、PVC）和經(jīng)過高溫處理的粉煤灰、陶瓷灰以及污泥灰等。熱塑性聚合物具有較好的流動性與黏結(jié)性，其在熔融溫度下能與粉煤灰等物料經(jīng)過特殊工藝處理后實現(xiàn)共聚，形成高分子材料。該涂料憑借黏結(jié)強度高、黏結(jié)能力強以及柔韌性好等特性，具備良好的密封和防水功能，且能避免混凝土結(jié)構(gòu)體受外界水分、氯離子以及酸堿物等的腐蝕，既能預(yù)防混凝土因伸縮所致的裂縫，也能將細小裂縫封閉。市場上該類涂料價格適中，故本次選用該涂料進行廊道修復(fù)。

CPC混凝土防碳化涂料是一種新型的水泥基聚合物復(fù)合材料，由高性能防碳化乳液改性而成，其中包含有特殊的共聚物質(zhì)，能使水泥通過反應(yīng)生成交叉鏈，獲得附著力和內(nèi)聚力。將該涂料涂抹于砼表面后，能形成黏結(jié)穩(wěn)固的保護層，避免環(huán)境中CO2、氯化物以及酸雨或海水等對結(jié)構(gòu)體造成侵蝕破壞。

5.2 涂料施工方法

5.2.1 基面處理和涂料配制

按前述施工方法對廊道的混凝土基面及凹凸不平處進行鑿除或修補處理，完成清洗后再用聚合物砂漿粉刷一遍，砂漿各組分的質(zhì)量比為：水∶細砂∶A組分∶B組分=（0.7-1.0）∶4∶1∶3。采用調(diào)配的聚合物膩子進行不平整位置的找平，如裂縫、蜂窩、麻面等處，AB組分的配比為1∶（2～2.5）。

配制CPC涂料時，液料與粉料的配比應(yīng)準(zhǔn)確，計量無誤。先攪拌液料使之均勻，再添加粉料后借助攪拌器充分?jǐn)嚢?，時間不少于5分鐘。配制完成的CPC不得有粉團和沉淀，色澤應(yīng)均勻，如圖3。

圖3 CPC涂料的配制

5.2.2 CPC 涂料的涂刷

CPC涂料須分層施工，底涂、中涂和面涂的次數(shù)分別為1遍、2遍、1遍，前道涂料面干后方能施工下道涂料，間隔時間至少為1.5h。下道涂料施工前，應(yīng)對上道涂料涂刷情況進行檢查，保證厚度均勻，無漏涂。涂刷CPC時可采用容貌輥筒或刷子進行。輥涂時應(yīng)來回多次，不得殘留氣泡與涂層內(nèi)，每遍輥涂時應(yīng)交替變換方向，保證涂覆均勻牢固。

5.2.3 涂層養(yǎng)護

在CPC涂層的表面完全干硬后，宜采用霧化水的方式養(yǎng)護2d，待其自然干燥14d后方能接觸明水。施工環(huán)境較為潮濕時，應(yīng)采取除濕措施。

6.廊道修補效果分析

在完成原滲漏通道的封閉與導(dǎo)流處理后，原有裂縫得到了有效的控制，且未出現(xiàn)新生裂縫，滲透水能沿既定的排泄通道流至地面排水溝，避免了廊道內(nèi)壁的滲透水流橫流狀況，有效地保護了廊道混凝土結(jié)構(gòu)。通過對廊道地面鋪貼火燒板，既顯得干凈整潔，又起到防滑作用，有利于各種監(jiān)測儀器的安全應(yīng)用。廊道內(nèi)壁通過鑿除或修補等處理后，各壩段之間銜接平順，保證了廊道內(nèi)壁的平整度，提升了美觀度。

應(yīng)用物理力學(xué)性能良好的CPC混凝土防碳化涂料，使之與混凝土基面緊密結(jié)合形成保護層，有效阻止環(huán)境中有害物質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)體的侵蝕，且該涂料具備良好的表面硬度和耐磨性，在使混凝土抗碳化能力有效提升的同時，增強了廊道使用耐久性。本次水庫主壩廊道修復(fù)完成后，廊道外在觀感得到了極大提升。

7.結(jié)語

本文依托長江流域的某一水庫工程案例，針對其主壩廊道修復(fù)問題，綜合考慮滲透水流疏導(dǎo)、廊道混凝土結(jié)構(gòu)體抗碳化能力提升以及廊道美觀度等方面，結(jié)合工程實際情況，有針對性地采取了滲透水導(dǎo)流、地面鋪貼火燒板、內(nèi)壁平整度修整、涂刷CPC涂料等技術(shù)措施，高效高質(zhì)量地完成了水庫主壩廊道的維修養(yǎng)護，尤其是其中所介紹的新材料應(yīng)用工藝，能為類似項目提供借鑒思路。