高分子材料在漿砌石拱壩防滲加固中的應(yīng)用

劉紀(jì)亮，武慶明，宋艷艷

（1.煙臺(tái)市蓬萊區(qū)水源工程運(yùn)行維護(hù)中心，山東 煙臺(tái) 265600；2.煙臺(tái)市蓬萊區(qū)水務(wù)局，山東 煙臺(tái) 265600；3.煙臺(tái)市蓬萊區(qū)水庫(kù)管理中心，山東 煙臺(tái) 265600）

小柱黑老婆灣水庫(kù)位于蓬萊區(qū)村里集鎮(zhèn)小柱村西北清洋河支流上，控制流域面積3.1 km2，干流長(zhǎng)3.56 km，河道干流平均比降為0.039。工程于2001年9月建成，水庫(kù)總庫(kù)容為12.0萬(wàn)m3，是一座集防洪、農(nóng)業(yè)灌溉等綜合運(yùn)用的?。?）型水庫(kù)。

2020年11月，蓬萊區(qū)水務(wù)局組織對(duì)小柱黑老婆灣水庫(kù)進(jìn)行了安全鑒定，鑒定結(jié)論為三類(lèi)壩。水庫(kù)存在的主要問(wèn)題：漿砌塊石拱壩壩頂與混凝土子埝接觸位漏水嚴(yán)重，混凝土子埝存在多處豎向裂縫，支墩及左右兩側(cè)砌石拱壩壩體局部漏水等。建議對(duì)漿砌石壩體進(jìn)行防滲加固處理，對(duì)子埝及子埝與壩體接觸部位進(jìn)行加固防滲處理或拆除重建。

水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程于2021年5月3日開(kāi)工，6月15日主體工程完工，6月20日進(jìn)行了蓄水驗(yàn)收。

1 大壩防滲加固工程設(shè)計(jì)

根據(jù)工程實(shí)際情況，大壩防滲工程設(shè)計(jì)擬定迎水面新建鋼筋混凝土防滲面層與迎水面新建防滲涂層兩種方案進(jìn)行比較。

方案一：新建鋼筋混凝土防滲面層。上游面新建C30鋼筋混凝土防滲面層，厚0.5 m，表層設(shè)鋼筋網(wǎng)，直徑為Φ12，間距0.3 m×0.3 m，壩體設(shè)置Φ16錨筋，呈梅花型布置，間距為2.0 m×2.0 m，錨筋深入原壩體0.6 m，并采用錨固粘結(jié)劑粘結(jié)?；炷练罎B層每隔10 m分一道縫，縫寬20 mm，縫內(nèi)填充瀝青松木板，設(shè)紫銅片止水。

方案二：新建高分子材料防滲涂層。對(duì)大壩迎水縫砌石縫進(jìn)行鑿除處理，基面、縫面打磨、吹洗完成后，涂刷一道聚合物凈漿；然后涂抹聚合物砂漿，掛鋼絲網(wǎng)（Φ2＠4 cm），修復(fù)厚度不小于2 cm。涂刷底層專(zhuān)用基液后，涂抹快速修復(fù)抗沖磨材料，厚度1 mm，然后涂刷雙組分環(huán)氧界面劑，表干后刮涂單組分聚脲防水涂料，厚度不小于1.2 mm。修復(fù)過(guò)程中每隔10 m預(yù)留一條伸縮縫，縫寬20 mm，縫內(nèi)填充聚氨酯密封止水材料。

通過(guò)對(duì)上述兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，鋼筋混凝土防滲面層厚度0.5 m，主要工程量為C30混凝土50 m3，鋼筋制作及安裝6 t，鋼木模板120 m2，紫銅止水片14 m，投資15.3萬(wàn)元，所需工日178個(gè)；高分子材料防滲涂層修復(fù)處理厚度2.2 cm，主要工程量為聚合物凈漿3 kg，聚合物砂漿54 kg，鋼絲網(wǎng)100 m2，單組分聚脲12 kg，投資9.2萬(wàn)元，所需工日32個(gè)。從方案比較看，鋼筋混凝土防滲面層方案雖然施工工藝成熟，但投資較高且施工進(jìn)度較慢；高分子材料防滲涂層方案投資省，施工進(jìn)度快，且外表美觀實(shí)用。

本次大壩防滲工程設(shè)計(jì)采用高分子材料防滲涂層方案，迎水面防滲涂層與壩基接觸部位清理干凈后由壩基（含壩肩與壩腳處壩基）處向庫(kù)內(nèi)處理水平段長(zhǎng)0.5 m，形成封閉防滲體系。大壩下游面砌石間砂漿浸水及老化嚴(yán)重部位（主要集中在重力墩兩側(cè)及右壩肩）鑿除后，采用M15砂漿填充并勾凹縫處理。

2 高分子防滲材料的特點(diǎn)

2.1 單組分聚脲防護(hù)涂料

該材料以功能性聚醚多元醇、脂肪族異氰酸酯及自制的潛型固化劑為主要原料，與多種助劑和填料配置而成，接觸空氣中的濕氣固化，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，可成膜任意厚度不鼓泡。產(chǎn)品為外露型涂料，抗沖磨性能良好，防水性優(yōu)異，是目前為止耐久性最長(zhǎng)的柔性涂層之一，在陽(yáng)光下暴露，耐久性可達(dá)30年以上。

材料特點(diǎn)：綠色環(huán)保，性能穩(wěn)定，低溫柔性好；具有超高耐久性，具有良好的抗紫外線能力，表面不粉化，耐強(qiáng)酸，耐強(qiáng)堿；具有超高力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度可達(dá)16～23 MPa，變形能力大，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)200%～500%；對(duì)于基材的浸潤(rùn)時(shí)間長(zhǎng)，浸潤(rùn)性好。與多種基材粘結(jié)性優(yōu)異（混凝土基材粘結(jié)強(qiáng)度≥4.0 MPa；花崗巖基材粘結(jié)強(qiáng)度≥2.5 MPa）；施工便利，顏色可調(diào)，既有手刷型又有噴涂型，使用壽命長(zhǎng)，性價(jià)比高。

2.2 高性能改性聚合物砂漿

該材料作為一種高分子聚合物乳液改性水泥砂漿，以自改性的聚合物乳液為主材，與改性粉料、特種水泥、精制混合標(biāo)準(zhǔn)砂、高性能減水劑、助劑混合而成，其和易性得到了根本改善，施工更為高效便捷（功效節(jié)省80%以上），力學(xué)性能更為優(yōu)異。同時(shí)具有優(yōu)異的耐磨、粘結(jié)、抗裂、防水、防氯離子滲透、耐老化等性能。

材料特點(diǎn)：彈性模量降低、收縮小、抗裂性顯著提高；與老砂漿及鋼板粘結(jié)強(qiáng)度提高；密實(shí)性顯著提高；綠色環(huán)保、施工方便、成本低，能夠達(dá)到防止老混凝土進(jìn)一步碳化，延緩鋼筋銹蝕速度，抵抗剝蝕破壞的目的。

3 大壩高分子材料防滲涂層施工

大壩防滲工程施工采用高分子材料防滲涂層方案，施工作業(yè)面為預(yù)先搭設(shè)的腳手架平臺(tái)。

3.1 修復(fù)處理

1）基面處理。首先，對(duì)施工縫鑿除處理，對(duì)壩面上存在的原施工縫進(jìn)行鑿除處理，鑿除深度低于壩面5 mm。其次，對(duì)漿砌石面打磨處理，使用鋼絲輪對(duì)漿砌石壩面和縫面進(jìn)行打磨處理，去除表面浮漿、水銹和碳化層。最后，進(jìn)行基面吹洗，對(duì)于打磨合格的基面先使用高壓水沖洗松動(dòng)顆粒和粉塵，再使用大功率吹風(fēng)機(jī)對(duì)基面表面吹干清潔，保證基面無(wú)雜物粉塵及明水。

2）涂刷凈漿。施工順序?yàn)橄刃迯?fù)施工縫，再修復(fù)漿砌石面。涂抹高性能改性聚合物修補(bǔ)砂漿前，在飽和的混凝土基面上需刷一道自改性聚合物凈漿，凈漿配比按廠家提供進(jìn)行。

3）砂漿拌制和涂抹。按照產(chǎn)品使用說(shuō)明進(jìn)行拌制。涂抹砂漿前，對(duì)原基面放線設(shè)定高程點(diǎn)，抹面時(shí)保持原弧面和曲率半徑，不能改變?cè)O(shè)計(jì)尺寸；將拌制好的砂漿用抹刀根據(jù)實(shí)際情況涂抹到已刷好基液的基面上，涂抹時(shí)盡可能同方向連續(xù)攤料，并注意銜接處壓實(shí)排氣。邊涂抹邊壓實(shí)找平，表面提漿。涂層壓實(shí)提漿后，間隔2 h左右，再次抹光。修復(fù)過(guò)程中完成掛鋼絲網(wǎng)操作，增強(qiáng)修復(fù)層的抗拉強(qiáng)度。立面修補(bǔ)時(shí)，特別注意與混凝土基面的結(jié)合質(zhì)量，防止脫空和下墜。當(dāng)修復(fù)厚度大于2 cm時(shí)應(yīng)分層多次涂抹修復(fù)，且每次抹面厚度不超過(guò)7 mm。壩面砂漿修復(fù)平均厚度2 cm。預(yù)留伸縮縫，伸縮縫間隔為10 m，伸縮縫尺寸2 cm×2 cm。

4）砂漿養(yǎng)護(hù)。高性能改性聚合物修補(bǔ)砂漿涂抹完畢后，需將施工區(qū)進(jìn)行隔離養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期3～7 d，養(yǎng)護(hù)期間內(nèi)禁止人員踩踏或被重物撞擊。采用灑水養(yǎng)護(hù)。

3.2 伸縮縫嵌填密封膠處理

1）縫面清理。用角磨機(jī)對(duì)伸縮縫兩側(cè)進(jìn)行打磨，使表面粗糙，然后用大功率吹風(fēng)機(jī)將縫內(nèi)粉塵雜物吹除干凈。

2）密封膠拌制。按照廠家提供比例將密封膠攪拌均勻。

3）嵌填聚氨酯密封膠。用油灰刀將聚氨酯密封膠嵌入伸縮縫中，嵌縫深度2 cm，縫內(nèi)膠應(yīng)按壓密實(shí)，避免斷頭空洞，表面修飾光滑飽滿。

4）養(yǎng)護(hù)。采取自然養(yǎng)護(hù)，避免人為破壞。

3.3 防護(hù)處理

1）基面處理。使用角磨機(jī)對(duì)基面進(jìn)行打磨處理，將表面打磨成為粗糙面，然后用大功率吹風(fēng)機(jī)將表面砂粒、灰塵吹去，使基面干燥、潔凈、無(wú)灰塵。

2）專(zhuān)用底涂涂刷。使用滾筒或排刷將專(zhuān)用底涂均勻地涂刷在合格基面上，要求涂刷部位均勻，無(wú)漏涂、無(wú)堆積，封閉水汽的同時(shí)，增加修復(fù)材料與基面之間的粘結(jié)強(qiáng)度。

3）新型快速修復(fù)抗沖磨材料涂抹。按照產(chǎn)品使用說(shuō)明進(jìn)行拌制。將拌制好的新型快速修復(fù)抗沖磨彈性材料用抹刀根據(jù)實(shí)際情況涂抹到已刷好底涂的基面上，涂抹時(shí)盡可能同方向連續(xù)攤料，并注意銜接處壓實(shí)排氣。邊涂抹、邊壓實(shí)找平，表面提漿。涂層壓實(shí)提漿后，間隔2 h左右，再次抹光，修復(fù)厚度1 mm。新型快速修復(fù)抗沖磨彈性材料涂抹完畢后，需將施工區(qū)進(jìn)行隔離養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期3～7 d，養(yǎng)護(hù)期間要注意防止修復(fù)材料表面被水浸濕、被人員踐踏或被重物撞擊。

4）專(zhuān)用界面劑涂刷。新型快速修復(fù)抗沖磨材料養(yǎng)護(hù)完成后再次進(jìn)行除塵清理，然后使用滾筒或排刷將專(zhuān)用界面劑均勻地涂刷在基面上，要求涂刷部位均勻，無(wú)漏涂、無(wú)堆積。

5）聚脲涂刷。待界面劑表干后，將單組分聚脲用塑料刮板均勻刮涂，每次刮涂厚度控制在0.2～0.3 mm，分多次進(jìn)行刮涂，上次涂層表干后再進(jìn)行下次涂層涂刷，時(shí)間間隔一般不大于12 h，最終保證聚脲涂層整體厚度達(dá)到1.2 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

在漿砌石拱壩除險(xiǎn)加固工程中，大壩壩體防滲是重中之重。煙臺(tái)市蓬萊區(qū)小柱黑老婆灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固，放棄采用傳統(tǒng)新建鋼筋混凝土防滲面層的方案，探索采用了新建高分子材料防滲涂層方案，一是解決了山丘區(qū)高落差鋼筋網(wǎng)制作安裝和混凝土澆筑難度大的問(wèn)題；二是施工進(jìn)度快，縮短了施工周期，確保了水庫(kù)除險(xiǎn)加固在主汛期前主體工程完工并通過(guò)蓄水驗(yàn)收；三是節(jié)省了工程投資，且工程外表美觀實(shí)用，完全滿足大壩壩體防滲需要，在工程實(shí)踐中取得了良好效果，為同類(lèi)工程實(shí)施大壩壩體防滲積累了良好的經(jīng)驗(yàn)。