瀝青心墻堆石壩混凝土基座止水缺陷處理

閆 飛，薛石平，呂 雯

(1.中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710065；2.中國水利水電第四工程局有限公司，西寧 810000)

1 工程概況

某水庫總庫容437×104m3，屬Ⅳ等小(1)型工程，主要建筑物級別為4級。擋水建筑物為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程4 030.90 m，最大壩高51.90 m，壩頂長度264.40 m，壩頂寬度7 m。壩址覆蓋為6～8 m厚的砂卵礫石層，以下為青色鈣質(zhì)粉砂巖夾板巖。大壩防滲系統(tǒng)由瀝青心墻和基礎(chǔ)帷幕灌漿組成，心墻底部、帷幕灌漿頂部為混凝土基座。混凝土基座厚1.5 m，底寬5 m，頂寬6.5 m，每20 m設(shè)置一道永久橫縫?；幵O(shè)置2道銅止水，1道沿心墻軸線在基座頂部布置，騎縫在瀝青混凝土心墻底部和基座之間，稱為縱向止水；1道在心墻軸線和基座橫縫相交處、沿橫縫豎向布置，騎縫在2塊基座之間，并深入底部基巖止水坑，稱為豎向止水。該2道止水在橫縫處呈“T”型接，使瀝青混凝土心墻、混凝土基座和基巖形成完整防滲體系。

2 基座豎向止水防滲檢查

由于橫縫處豎向止水施工不規(guī)范，為保證混凝土基座和基巖的防滲體系封閉完整，最初擬定在豎向止水上下游側(cè)80 cm各布置1道入巖騎縫孔，孔內(nèi)填塞遇水膨脹止水條，通過新增2道豎向止水使基座和基巖結(jié)合部防滲體系封閉。

為檢驗上述處理方案的可靠性，施工完成后在現(xiàn)場進(jìn)行了壓水檢查[1]，即在豎向止水和上游側(cè)騎縫孔之間布置檢查孔[2]，進(jìn)行串通性壓水檢查。經(jīng)壓水試驗，水越過豎向止水及下游側(cè)騎縫孔，從橫縫中冒出，且出水量與進(jìn)水量相當(dāng)，串通性嚴(yán)重。通過壓水檢查，不僅證明基座橫縫處的豎向止水存在施工缺陷，上下游串通，同時也證明騎縫孔內(nèi)填塞遇水膨脹止水條的初擬方案效果不佳。為保證水庫安全運行，決定對河床段心墻混凝土基座11條橫縫再次進(jìn)行化學(xué)灌漿處理，即保留原方案在橫縫豎向止水上下游80 cm先布入巖騎縫孔、塞填遇水膨脹止水條，然后在豎向止水上游側(cè)進(jìn)行化學(xué)灌漿，以解決止水施工缺陷引起的滲漏問題。

3 處理措施

經(jīng)壓水試驗，本工程混凝土基座橫縫內(nèi)豎向止水存在防滲缺陷，為此制定的處理方案要以“防滲為主”。處理方案設(shè)計時，要綜合考慮帷幕灌漿、豎向止水和瀝青心墻等相對位置關(guān)系，且不宜大范圍開槽鉆孔，避免降低橫縫處混凝土強度。根據(jù)設(shè)計圖紙，豎向止水和瀝青心墻在同一軸線位置，帷幕灌漿軸線在瀝青心墻軸線上游70 cm。同時，心墻底部寬度放大至2 m。為此，處理方案是在心墻軸線上下游80 cm處布置騎縫鉆孔，塞填遇水膨脹止水條，然后在豎向止水上游側(cè)化學(xué)灌漿。結(jié)合前述壓水檢查，遇水膨脹止水條效果不理想，但卻為下步化學(xué)灌漿創(chuàng)造了有利的施工條件，故本工程防滲處理的重點是原方案實施后增加的化學(xué)灌漿?；瘜W(xué)灌漿是在豎向止水和上游騎縫孔之間布置3道化學(xué)灌漿騎縫孔，采用LW/HW水溶性聚氨酯材料封閉該部位橫縫，以恢復(fù)防滲效果[3-4]。

3.1 主要材料性能指標(biāo)

遇水膨脹止水條，具有很好的止水性能[5]。膨脹止水條具體性能指標(biāo)見表1。

表1 膨脹止水條的性能指標(biāo)

LW/HW水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料是一種快速高效的防滲堵漏材料，具有良好的親水性，水既是稀釋劑，又是固化劑，漿液遇水后自行發(fā)散、乳化、發(fā)泡，形成不透水的彈性膠狀固結(jié)體，可在潮濕或者涌水情況下進(jìn)行灌漿，對水質(zhì)適應(yīng)性強，形成的固結(jié)體遇水膨脹性好、包水性大，具有彈性止水和以水止水的雙重功能，適用于變形裂縫的防水處理[6]。漿液的粘度、固化速度可通過調(diào)整LW、HW兩種材料的比例靈活調(diào)節(jié)。HW灌漿材料強度高、但膨脹量小，LW灌漿材料強度低，但遇水膨脹止水效果好[7]。LW、HW的主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 LW/HW水溶性聚氨酯灌漿材料技術(shù)指標(biāo)

高彈性砂漿用于混凝土薄層抗沖磨修補及嵌填伸縮縫，其最大的特點是有極佳的彈性，具有良好的抗裂性和變形特性，因此采用高彈性砂漿對橫縫鑿除部分進(jìn)行封縫，對灌漿孔口填充進(jìn)行封閉。高彈性砂漿主要性能指標(biāo)見表3。

表3 高彈性砂漿性能指標(biāo)

3.2 施工工藝流程

施工工藝流程:施工準(zhǔn)備→心墻底部?150 mm騎縫孔鉆孔→填充膨脹止水條→?75mm騎縫化學(xué)灌漿孔→橫縫表面封閉→化學(xué)灌漿→孔口回填高彈性砂漿→質(zhì)量檢查及驗收。

3.3 主要施工技術(shù)要求

(1) 騎縫孔鉆孔及填充膨脹止水條

采用鉆機在混凝土基座距銅止水80 cm處上下游兩側(cè)騎縫取芯鉆孔，孔徑150 mm，入巖20 cm。鉆孔后采用大流量進(jìn)行沖洗，沖洗完成后抽干孔內(nèi)積水，孔內(nèi)填充遇水膨脹的止水條。為了將孔內(nèi)滲入的積水排出，將膨脹止水條(板)纏繞在一根?25 mm鋼管下部，插入孔內(nèi)，與基巖緊密相接，孔內(nèi)積水通過鋼管排出，然后將膨脹止水條分層插入孔內(nèi)，保證充填密實。膨脹止水條填充至孔口10 cm處，用高彈性砂漿回填至基座表面。膨脹止水條填充現(xiàn)場見圖1，高彈性砂漿封孔見圖2。

(2) 化學(xué)灌漿孔布孔

在基座豎向銅止水上游布置3道化學(xué)灌漿孔，灌漿孔徑75 mm，入巖60 cm。1號孔距上游已實施騎縫孔10 cm，2號孔距1號孔10 cm，3號孔距2號孔10 cm。騎縫孔布置及灌漿孔布置分別見圖3、4。

(3) 在心墻基座范圍沿橫縫摳槽，槽深5 cm，開口寬6 cm，摳槽后將表面污物清理沖洗干凈，用高彈性砂漿回填，對表面進(jìn)行封閉。

(4) 化學(xué)灌漿

灌漿配比：根據(jù)現(xiàn)場試驗，灌漿材料LW∶HW=4∶1(重量比)。

灌漿順序：按1號、3號、2號孔順序進(jìn)行，其中2號孔兼做壓水檢查孔。

灌漿壓力：開灌壓力0.2 MPa，當(dāng)吸漿率小于5 mL/min時，逐漸加壓至0.3 MPa。

結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在0.3 MPa壓力下，不吸漿且應(yīng)穩(wěn)壓持續(xù)10 min方可結(jié)束。

(5) 表面打磨

待漿液固化后，鑿除灌漿管及部分封縫材料，孔口未被漿液充填段，需進(jìn)行封孔，封孔材料采用高彈性砂漿[8]。待處理驗收合格后，對整個瀝青心墻基座弧面進(jìn)行鑿毛，后續(xù)按照原設(shè)計要求進(jìn)行涂刷冷底子油及瑪蹄脂等施工。

表4 各孔化學(xué)灌漿數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3.4 處理效果

本次化學(xué)灌漿按照1號、3號、2號孔的順序進(jìn)行化學(xué)灌漿，1號及3號孔為化學(xué)灌漿孔，2號孔為檢查孔，在1號孔和3號孔灌漿結(jié)束后，先在2號孔進(jìn)行壓水試驗，試驗壓力為0.5 MPa，壓水試驗滿足要求后統(tǒng)一采用化學(xué)灌漿封閉。2號孔的壓水試驗對1號、3號孔的化學(xué)灌漿質(zhì)量及與膨脹止水條填充效果進(jìn)行檢驗，結(jié)果均滿足要求。表4為各孔化學(xué)灌漿數(shù)據(jù)統(tǒng)計表。11條橫縫經(jīng)過處理后，透水率在0.03～0.33 Lu之間，遠(yuǎn)小于設(shè)計要求的5 Lu，處理效果顯著。

4 結(jié) 論

本工程對混凝土基座11條橫縫進(jìn)行了防滲缺陷處理，經(jīng)壓水檢測合格。形成結(jié)論如下：

(1) 混凝土基座止水缺陷處理，施工中應(yīng)盡可能采取兩種或多種組合措施進(jìn)行處理，避免單一方案處理的局限性。如本項目原處理方案僅采用騎縫孔填塞膨脹止水條，處理效果不理想，隨后增加了化學(xué)灌漿處理方案，才達(dá)到預(yù)期缺陷處理效果。

(2) 化學(xué)灌漿作為工程常用防滲堵漏處理方案，雖然已經(jīng)較為成熟，但是具體工程中還應(yīng)結(jié)合施工環(huán)境及灌漿部位選擇合適灌漿材料。本工程采用騎縫孔化學(xué)灌漿能夠有效封閉橫縫等狹小縫隙，處理后最大透水率僅為0.33 Lu，且LW/HW水溶性聚氨酯材料施工簡便、縫隙封堵效果好，可為類似水利工程防滲處理提供工程實踐。

目前行業(yè)規(guī)范沒有關(guān)于瀝青心墻混凝土基座設(shè)橫縫及止水的相關(guān)規(guī)定，但參考SL 274-2020《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》中7.1.9條，土質(zhì)防滲體底部混凝土蓋板為避免形成滲流通道設(shè)施工縫不設(shè)永久分縫[9]。為此，建議瀝青心墻混凝土基座設(shè)計中不設(shè)永久縫，可采用后澆微膨脹混凝土或其他更嚴(yán)格的基座止水設(shè)計方案。