聚氨酯注漿在壩體滲漏處理中的應用

高春波，高正廉

（河北省桃林口水庫管理局，河北秦皇島 066400）

聚氨酯注漿在壩體滲漏處理中的應用

高春波，高正廉

（河北省桃林口水庫管理局，河北秦皇島 066400）

壩體滲漏是水工建筑物常見病害，嚴重影響了我國北方寒冷和嚴寒地區修建的碾壓混凝土重力壩壩體混凝土的耐久性和工程安全性。聚氨酯低壓持續灌漿法充分利用聚氨酯特性，在桃林口水庫大壩滲排水治理中收到了較好的效果，對同類壩體滲漏缺陷處理有一定的借鑒價值。

聚氨酯；低壓持續灌漿；碾壓混凝土重力壩；滲漏治理

1 前言

1985年我國第一座碾壓混凝土重力壩——福建坑口水電站碾壓混凝土壩興建以來，碾壓混凝土筑壩技術以其水泥用量小、水化熱溫升低、溫控措施簡單、施工速度快、施工設備通用性強、工程造價低等優點在我國得到長足發展。之后在我國北方寒冷和嚴寒地區修建了眾多碾壓混凝土壩。2001年以前，在東北地區修建了觀音閣、溫泉堡、桃林口、松月、滿臺城、和龍、白石等碾壓混凝土重力壩，除溫泉堡外，其余均為金包銀防滲。此外，東北地區的豐滿老壩重建方案，也選定了碾壓混凝土重力壩壩型。

2001年以后，我國在西北地區修建了甘肅龍首半重半拱碾壓混凝壩、新疆石門子碾壓混凝土雙曲拱壩、新疆伊犁特克斯河山口水電站碾壓混凝土重力壩、新疆喀臘塑克碾壓混凝土大壩、新疆沖乎爾水電站碾壓混凝土重力壩。

就目前已建成的碾壓混凝土壩而言，壩體滲漏問題普遍存在，特別是早期修建在寒冷地區的碾壓混凝土壩裂縫和滲漏比較嚴重，因此寒冷地區碾壓混凝土壩裂縫和滲漏問題已成為一個新的研究課題。

河北省桃林口水庫運行以來出現的壩體上游面裂縫及其壩體滲漏等缺陷，在北方寒冷和嚴寒地區的碾壓混凝土重力壩中具有一定的典型性和代表性。本文對該工程寒冷和嚴寒地區的碾壓混凝土壩滲漏機理及其處理措施進行初步探討。

2 氣候特點及壩體缺陷

2.1 氣候特點

桃林口水庫所屬流域屬于季風性氣候區，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，多年平均氣溫約10℃，年最低氣溫-29.2℃，最高氣溫38.7℃。我國北方寒冷和嚴寒地區年平均氣溫低、大壩穩定溫度較低，冬季寒冷且持續時間長，氣溫年內變化幅度大，晝夜溫差大且寒流頻繁，冬季壩面附近混凝土內外溫差較大。

2.2 壩體缺陷

2.2.1 上游壩面裂縫

上游壩面3#～25#壩塊發現垂直裂縫31條，位置出現在每個壩段垂直水流方向1/2或1/3處。庫水位下降過程中，觀測到有些裂縫有明顯的滲水痕跡。經過現場超聲波測試，有9條垂直裂縫基本貫穿了大壩上游3.5m厚的常態混凝土防滲層。

2.2.2 壩體滲水

大壩廊道滲排水流量具有明顯的周期性。圖1為2010年9月至2011月4月冬季低溫季節壩體滲排水流量圖。從圖1中可以看出，每年11月下旬至次年3月下旬冬季低溫季節，大壩廊道內滲排水量加大，下游壩面出現局部洇濕現象；外界氣溫升高，滲水量逐漸減少，以致消失。

圖1 壩體滲水量直方圖

2.2.3 局部混凝土遭到溶蝕破壞

由于壩體滲排水每年都具有明顯的周期性，冬季低溫季節壩體含水量明顯升高，而桃林口水庫壩體廊道拱圈全部采用混凝土預制件，防滲效果不理想。數年來的滲水導致壩體內廊道預制拱圈之間、拱圈與立墻之間連接部位出現鈣質析出，局部混凝土遭到溶蝕性破壞。圖2為壩體帷幕灌漿廊道預制拱圈間滲水形成的鈣質析出情況。

圖2 大壩廊道鈣質析出圖

2.2.4 下游面滲水點附近混凝土遭到凍融破壞

由于凍融破壞，左岸下游面滲水點附近混凝土出現較為嚴重的麻面、剝蝕。

3 壩體滲漏處理原則

寒冷地區碾壓混凝土重力壩處理應堅持“上堵下排”、“防滲為主補強為輔”的原則。

冬季低溫季節，壩體裂縫加寬，裂縫滲流阻力減少，壩體滲排水流量加大，下游壩面水平施工縫特別是建設期間越冬面、度汛面形成的施工縫滲水出漏現象最為嚴重。封堵下游面施工縫治標不治本，不能從根本上解決問題。臨時封閉下游面滲水出漏點后，壩體內部滲水壓力增大，不但對壩體穩定和應力狀態不利，而且還會沿其他滲水途徑在下游面形成新的滲水出漏點。北方寒冷地區碾壓混凝土壩，特別是碾壓混凝土重力壩，由于上游面出現裂縫導致壩體滲漏量增大的最大危害往往不是出現壩體失穩，而是由于壩體滲水導致下游面壩體混凝土耐久性降低?！敖鸢y”式碾壓混凝土大壩防滲層出現裂縫滲水后，通過壩體穩定性驗算，壩體穩定性雖有一定程度降低，但壩體穩定性仍能滿足設計要求。冬季下游面滲水出露點附近混凝土凍融破壞嚴重，而壩體滲水會導致壩體內部廊道附近混凝土鈣質析出，產生溶蝕性破壞。因此，北方寒冷和嚴寒地區碾壓混凝土重力壩上游面出現的裂縫等缺陷應以防滲為主要目的。

4 壩體滲漏處理方法的選用

4.1 傳統水泥或超細水泥灌漿方法的局限

傳統的水泥灌漿技術是采用6kg/cm2以上壓力進行操作，高壓灌漿是瞬間行為，對于0.5mm以上的寬裂縫還比較順暢，因為有較大的間隙在瞬間可以充填，但由于瞬間的壓力壓出的漿液不可能完全按照所設定的排氣座方向滲透，必然會產生“氣阻”，最多可以灌入到0.15mm的裂縫中去。處理混凝土內部裂縫導致的滲漏缺陷，這種灌漿技術效果不明顯。

4.2 聚氨酯灌漿防滲堵漏的機理

水溶性聚氨酯灌漿材料是由多氰酸酯和多基聚醚化學合成的一種高分子高效防滲、堵漏材料。漿液遇水后立即發生化學反應，漿液粘度逐漸增大，生成不溶于水的彈性凝膠體，同時產生二氧化碳氣體，漿液在氣體產生的膨脹力作用下向四周擴散，將漿液壓入孔隙，使孔縫充填密實，從而達到止水防滲目的。

4.3 聚氨酯灌漿施工工藝的優點

（1）漿液遇水后自行分散、乳化、發泡，產生良好的止水效果，其親水性與水利工程作業環境潮濕相適應。

（2）反應后形成的膠凝固體有良好的延伸性、彈性、抗滲性、耐低溫性，在水中保持原形，能與北方寒冷和嚴寒地區氣溫年內變化幅度大、年平均氣溫低的環境氣候特點相適應。

（3）生成的膠凝體在水中浸泡對人體無害、無毒、無污染，對于為城市供水的水源地水工建筑物缺陷修復具有特別重要的意義。

（4）漿液遇水反應形成彈性膠凝體的同時釋放二氧化碳氣體，借助氣體壓力，漿液進一步壓進結構的空隙，使得混凝土結構內部缺陷能完全充填密實，具有二次滲透的特點，適用于“金包銀”式碾壓混凝土重力壩上游常態混凝土防滲體內部疏松、蜂窩、裂縫等缺陷導致的壩體滲漏。

（5）一方面聚氨酯漿液膨脹性好、包水量大、具有良好的可灌性，另一方面“金包銀”式碾壓混凝土重力壩上游常態混凝土防滲體厚度一般為3～4m，即使是貫穿性裂縫其在壩體內部深度也不會超過4m，使得低壓持續灌漿構成此工法的最大特點成為可能，從而保證了修補質量。

5 施工工藝

5.1 確定入滲點和灌漿部位

首先檢查確定滲水入滲位置；當滲漏面積較大，不能準確判斷漏水點時，用抹布擦干潮濕處，然后在漏水表面均勻撒上一層干水泥，先出現潮濕的地方，就是主要漏水點。

5.2 表面處理

使用鋼絲刷沿裂縫清理出寬10～15cm范圍的混凝土干凈表面，用錘子和鋼釬鑿除裂縫兩側疏松的混凝土和砂粒，露出堅實的混凝土面，用略濕的抹布清除表面的浮塵并徹底晾干，混凝土表面的油污用蘸丙酮抹布擦干。

5.3 打灌漿孔

根據裂縫情況布置灌漿孔，孔徑14mm，孔間距200mm。

5.4 清孔

用清水沖洗灌漿孔，清除孔內的粉塵。

5.5 埋嘴封縫

埋設專用灌漿孔，用快干水泥、高強封縫涂料或用環氧樹脂基液粘貼玻璃絲布等方法進行表面封縫。

5.6 試壓

正式灌漿前壓水，目的是檢查注漿嘴是否埋好、有無漏水現象，測定進漿壓力和進漿量。

5.7 灌漿

用壓縮空氣將縫內積水吹干凈，盡量達到無水或干燥狀態；水平施工縫灌漿順序為從一端向另一端，對于大壩上游面出現的垂直裂縫，灌漿按先下后上順序進行。一般裂縫灌漿壓力控制在0.3～0.5MPa，漏水量較大或貫穿防滲層裂縫灌漿壓力控制在0.05～0.1MPa，壓力應逐步提高，避免縫面驟然受力導致縫面開裂或封縫遭到破壞。灌漿時出漿孔見漿后即關閉該孔，但應持續壓漿，灌到不再進漿時，應保持壓力穩定，以恒壓不吸漿為標準，按經驗關閉閥門后灌漿壓力再穩定保持5～10min，作為結束標準。

5.8 縫面整理

漿液凝固后，將外露的灌漿嘴切除，用砂漿封填平整、密實，表面恢復原狀。

5.9 其他

上游壩面垂直裂縫多出現在工程運行以后，有些垂直裂縫深入水面以下，除進行水下施工外，可以結合水庫調度，降低庫水位后進行入水垂直裂縫灌漿堵漏處理。

6 結語

碾壓混凝土壩的滲漏現象比較普遍，特別是北方嚴寒地區修建的“金包銀”碾壓混凝土重力壩，由于上游面常態防滲混凝土內部缺陷導致的滲水造成壩面混凝土凍融破壞，進一步發展將產生壩體混凝土溶蝕破壞、閘墩等重要部位受力鋼筋銹蝕，嚴重影響水工建筑物的耐久性和安全性，采用聚氨酯低壓持續注漿堵漏技術收效顯著。

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［6］高春波，王育琳，祁立友.桃林口水庫碾壓混凝土重力壩缺陷及其處理［J］.河北水利，2010（9）.

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Application of Low-pressure and Continuous Polyurethane Grouting Technology in Seepage Treatment of the RCC Gravity Dam

GAO Chun-bo，GAO Zheng-lian
（Taolinkou Reservoir Management Office of Hebei Province，Qinhuangdao 066400，China）

Seepage is a frequent disease of hydraulic structures，it seriously influence the durability and safety of the RCC Gravity Dam in the cold area of north China.Low-pressure and Continuous Polyurethane Grouting Technology make full use of polyurethane characteristics，which make good results in seepage and drainage management of Taolinkou reservoir dam.The experience can be used for the other RCC Gravity Dams.

polyurethane；low-pressure continuous grouting；RCC Gravity Dam；seepage treatment

TV52

A

1672-9900（2013）01-0067-03

2012-10-29

高春波（1970-），男（滿族），河北青龍人，工程師，主要從事大壩觀測運行管理工作，（Tel）13833569196。