密云水庫第一溢洪道滲漏成因分析及缺陷處理

劉福平

(北京市密云水庫管理處，北京101512)

1 基本情況

1.1 水庫概況

密云水庫總庫容43.75億m3,是一座以防洪、供水為主要功能的綜合利用、多年調節的大型水利樞紐，目前是首都北京最重要的地表飲用水源地。密云水庫樞紐建筑物包括2座主壩、5座副壩、7條隧洞、3座溢洪道、1座電站和1座調節池。。

1.2 工程布置

第一溢洪道位于潮河黃各莊南單薄分水嶺上，為密云水庫宣泄洪水的主要建筑物之一。溢洪道為河岸深孔式，平底坎帶胸墻式孔口,底坎高程140m。閘首段總寬58.8m，總長度26m，設5扇10×6m深孔弧形閘門，門上為13.2m高的鋼筋混凝土胸墻，閘墩厚2.2m。閘首下游為泄槽，寬度由58.8m逐漸縮減為40m，于樁號0+140m開始逐漸開擴，展寬為62.5m。出口為差動式挑水坎，泄水沿天然山坳進入潮河河道[1]。

1.3 滲漏情況

建庫以來第一溢洪道共計擋水年份33個，最高水位153.98m(1994年9月16日)，2002-2015年沒有擋水，2016年9月重新擋水。2017年9月初，閘前水位145m,在日常巡視檢查過程中發現第一溢洪道2#中墩有漏水情況，現場觀測為點狀射流漏水，漏水點共計2處，均位于工作閘門下游一、二期混凝土接縫處，距底板高度分別為0.5m和0.4m。實測兩處總滲漏量約每分鐘0.5L，未發現其他異常情況。同時還發現1#、3#中墩門槽一、二期混凝土接縫處也有滲水水漬。

2 滲漏原因分析

2.1 現場勘查情況

第一溢洪道發現滲漏問題后，多次組織專家現場勘查，初步認為滲漏是閘門導軌附近一、二期混凝土結合處出現裂縫、形成滲漏通道所致，在目前水位情況下，滲漏問題不構成安全危險。但考慮到密云水庫的重要性，必須高度重視隱患風險，及時采取灌漿措施封堵漏點。

為核實專家勘查意見,特組織了潛水員水下摸排，初步確認了上游入滲點位于2#中墩右側閘門導軌一期、二期混凝土結合處。

為進一步驗證滲漏通道具體位置,又進行了閘門泄水試驗.關閉3#檢修閘門(2#中墩右側)，打開3#工作閘門，將兩道閘門間的水排干，滲漏情況逐漸減少并最終停止，由此進一步排除從相鄰2#閘門上游穿過2#中墩入滲的可能性，確認入滲點位于2#中墩右側工作閘門上游。

2.2 滲漏成因分析

混凝土建筑物產生滲漏的原因是多方面的，設計或施工的缺陷、運行中遭受意外破壞作用都容易導致建筑物的滲漏，如：施工時未振搗密實，局部產生蜂窩，或本身干縮產生裂縫；在某種外力作用，使混凝土產生裂縫等等[2-4]。

混凝土是多相復合脆性材料，當拉應力大于其抗拉強度，或拉伸變形大于其極限變形時，混凝土就會產生裂縫。根據不同的深度，可以分為貫穿裂縫、表層裂縫和深層裂縫；按產生原因分，裂縫可以分成鋼筋銹蝕裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫、超載裂縫、地基不均勻沉陷裂縫、堿骨料反應裂縫等。對滲漏裂縫成因進行分析推斷可以從混凝土材料施工、性能、運行管理和結構設計、外載作用、環境條件等方面著手實施[5]。

第一溢洪道閘墩設計分兩部分主體部分和導軌部分，在混凝土澆筑施工時也是分兩期澆筑。這種設計和施工方式容易在新老混凝土接合部出現裂縫。

從注水試驗的情況和工程的運行情況，可以分析該處滲漏裂縫形成的原因如下：

1)1999年開始，水庫進入枯水期，水庫水位持續下降，至2002年水庫水位低于140m,第一溢洪道開始不擋水，而至2016年9月開始再次擋水時已歷經14年，因長時間暴露在空氣中，溫差等條件的變化使得新老混凝土接合部出現裂縫。

2)沿一、二期混凝土接縫處注水試驗時，注水46L，閘門上、下游新老混凝土結合部位有多處滲水，在導軌二期混凝土表面也有幾處滲水，這說明：新老混凝土接合部有滲水通道；二期混凝土澆筑不密實，有滲水通道。

3 缺陷處理方案比選

3.1 處理材料的選擇

目前國內外研究情況看，投入市場的混凝土修補材料越來越多，歸納起來有三大類：水泥基質材料、樹脂基質黏結材料和聚合物改性水泥基材料[6]。其中,水泥基質材料具有強度高、相容性好、施工方便等優點，但其養護期較長，不適用于搶修工程;樹脂基質黏結材料具有強度高、吸水率小、抗凍融性好、抗滲性好，與老混凝土黏結性好等優點。但其固化收縮率比水泥混凝土要大幾倍到幾十倍，受力變形量和徐變大，價格昂貴;聚合物改性水泥基材料抗拉強度高、抗拉彈模較低，且耐磨、耐腐蝕、抗滲、抗凍性能優異，與老混凝土具有良好的黏結性能，主要用于因碳化、氣蝕、凍融破壞及化學侵蝕而引起的混凝土表層開裂、表面剝蝕破壞的修補。考慮第一溢洪道的重要性，要求盡快解除隱患，并改善二期混凝土的結構強度的要求，故選擇環氧樹脂類灌漿材料。

3.2 處理方法的選擇

水工混凝土滲漏處理歸納起來可以分為三類：表面覆蓋法、剔槽充填法、注入法.前兩種方法僅能對裂縫表層進行處理，而對結構整體性能有影響或有防水要求的裂縫修補，需要采用注入法.常用的灌漿材料分為化學漿材和水泥漿材。根據裂縫的性質、寬度、施工條件等具體情況選用，一般對于寬度>0.3mm的裂縫，可選用水泥灌漿，水泥灌漿具有材料來源廣、價格低、強度高等優點；對于寬度<0.3mm的裂縫，宜選用化學灌漿，化學灌漿具有化學穩定性好、可灌性好、黏度低、收縮小及較高的黏結強度等特點，通過壓力把灌漿材料注入并充填裂縫內部，能起到防滲和補強的作用，目前國內應用較普遍的是聚氨酯漿材和環氧樹脂漿材。根據現場滲漏情況，通過滲漏通道的排查和滲漏原因的初步判斷，擬采取裂縫化學灌漿+表面柔性防滲涂料封閉的方案進行處理。

4 施工具體做法

4.1 施工工藝流程

施工準備——縫面刻槽及布孔——埋管連通性檢查——化學灌漿——表面清理——表面聚脲封閉——質量檢查及驗收。

4.2 剔槽及布孔

布孔及鉆孔：沿一、二期混凝土裂縫或滲水施工縫走向兩側或騎縫設置一排灌漿孔，孔間距0.3m左右，孔深、角度以和縫面相交為準，采用手持式鉆機進行騎縫鉆孔，鉆孔孔徑比灌漿管大1-2mm,深度約15cm。

剔槽：沿著一、二期混凝土接合部的接縫剔V槽，槽口寬度3cm-5cm，深度3-4cm,剔槽長度約5m。

鉆孔及V槽清理：用清水充分清理鉆孔及V槽內粉塵及碎屑，露出新鮮干凈表面。

封縫埋管：采用環氧砂漿進行封縫，在封縫的同時埋設灌漿管，并封堵嚴密。在閘門導板上下游填設灌漿管，一進一出，下游為主灌漿管，上游為排水排氣回漿管。

壓水檢查：當封縫的環氧砂漿達到一定的強度后，利用預埋的灌漿管進行水壓檢查，穩壓壓力0.3-0.4MP，檢查鉆孔與縫的串通情況，及封縫止漿效果，疏通縫隙，進一步確定灌漿參數及所需灌漿材料的用量。對于漏水的地方，重新封縫止漿處理。

4.3 灌漿

漿液配制：灌漿材料為環氧灌漿材料，電子秤稱量，人工輔助攪拌棒攪拌均勻，將A(樹酯)、B(固化劑)兩組份材料按10∶1混合；配漿少量多次，每次配漿量要與進漿速度相應，每次配漿量0.5-1.5kg，避免因灌漿時間長造成配制漿液停放時間長，黏度增大，灌注困難，影響灌漿質量。

灌漿：由下至上依次灌漿，從下游下層注漿管開始注漿，待上游回漿管排出內部水、氣后排出濃漿時，封閉回漿管。根據吸漿量情況逐步升至設計壓力，在吸漿量<1ml時，保持壓力持續灌注3-5min即結束灌漿。3h以后檢查注漿效果，對管口不飽滿的膠管進第二次灌漿，直至飽滿。各閘墩環氧樹脂注入量匯總見表1。

表1 第一溢洪道滲漏處理環氧樹脂灌漿注入量匯總表

4.4 表面封閉處理

化學灌漿后待凝，切除表面出露灌漿管，用角磨機對基面混凝土進行打磨，打磨寬度為縫兩邊各不少于12cm，用高壓水槍沖洗表面的灰塵、浮渣。混凝土基面打磨處理后，清洗及風干表面，涂刷專用潮濕面界面劑，涂刷厚度要求薄而均勻，無漏涂，待界面劑初凝后，用刮刀刮抹第一層聚脲，并黏貼一層胎基布，間隔4-6h待第一次聚脲干燥后，施工第二遍聚脲，再依次施工第三、四遍，直至厚度達到2mm。

5 結 論

綜合閘墩滲漏及處理情況，得出結論如下：①第一溢洪道滲漏主要是閘門導軌混凝土結合處出現裂縫形成滲漏通道所致，與閘墩主體結構無關；②經過壓水及灌漿發現，閘墩二期混凝土內部尤其是上部存在蜂窩及不密實部位，其中2#閘墩兩側共注入環氧樹脂灌漿材料90.92kg，約84.2L。滲水通道除1#閘左側墻、3#墩、5#閘右側墻存在少許混凝土裂縫外，其余皆為一二期混凝土結合縫，形成上下、內部、上下游連通性滲水，通過化學灌漿進行處理，封堵了滲水通道；③采用環氧樹脂灌漿材料具有黏度低、物理力學性能好等特點，使結構加固。