涂覆型止水結構在納子峽水電站面板接縫止水破損修復中的應用

崔志剛，孫志恒，劉錦程，李 萌，魯恩龍

（1.黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司，黑龍江牡丹江，157000；2.北京中水科海利工程技術有限公司，北京，100038；3.中國水利水電科學研究院，北京，100038）

0 引言

混凝土面板堆石壩是以堆石體為支撐結構，并在其上游面澆筑混凝土面板作為防滲體的大壩。混凝土面板堆石壩主要采用當地天然筑壩材料，具有施工方便、工期短、經濟、對環境影響較小等優點，隨著我國水利水電工程建設的發展，包括施工技術的不斷改進、設計理論的逐步完善和工程經驗的積累總結，目前混凝土面板堆石壩在國內得到了廣泛的應用[1]。在混凝土面板堆石壩的面板防滲體系中，面板接縫止水是薄弱環節，其中周邊縫承受的三向接縫位移作用最大，其止水情況也倍受人們關注。2000年以后建設的高混凝土面板堆石壩中，除水布埡周邊縫在約1/2壩高以下采用了3道止水，其余均只設2道止水，取消了中部止水帶。對于底部止水，由于其位于面板下部，無法完全揭露，因此缺乏有效手段進行無損檢測。當面板出現滲漏時，底部止水只能結合面板的修復進行局部更換或修復處理，無法進行全面的檢查和修復。由此可見，表層止水是整個混凝土面板止水體系中的重要部分，可以及時檢查，一旦發現破損就可以全面修復。因此，混凝土面板整體止水系統的研究重點是面板接縫表層止水的結構型式與材料選擇。目前，混凝土面板堆石壩面板接縫表層止水設計中，通常在塑性填料表面設置防護蓋板，并通過壓條錨固在混凝土面板上，稱為錨固型止水結構。該結構存在蓋板周邊與面板之間有空隙、周邊縫與垂直縫之間異型搭接困難、螺栓在水位變化區易發生冰凍拉拔脫落、鋼板壓條易銹蝕等缺點，有待改進。

1 涂覆型止水結構

面板接縫涂覆型止水結構[2-3]是將SK手刮聚脲刮涂在塑性填料和混凝土表面，固化后形成全封閉的柔性防滲涂層，與混凝土面板粘結成一體，既可以作為一道獨立的表層止水層，又可以保護下部塑性填料，是一種能夠對面板接縫實行有效全封閉的表層止水結構型式。

面板接縫涂覆型止水結構的關鍵之一是材料的選擇。選用的SK手刮聚脲為單組分，是由異氰酸酯預聚體和封閉的胺類化合物、助劑等構成的液態混合物，采用涂刷、輥涂或刮涂方法施工。在空氣中水分作用下，封閉的胺類化合物產生端氨基，并與預聚體產生交聯點，從而形成彈性涂層。其主要技術指標見表1。

表1 SK手刮聚脲主要技術指標Table 1 Main technicalindexes of SK hand scraping polyurea

SK手刮聚脲具有以下優點：（1）耐老化性能好，不變色；（2）無毒，可用于飲用水工程；（3）防滲、抗沖磨性能好；（4）強度高，延伸率大，與基礎混凝土粘結好；（5）耐老化，耐化學腐蝕；（6）抗凍性能好，在-45℃條件下，材料仍為柔性；（7）封閉混凝土裂縫及接縫表面時，可以復合胎基布增強；（8）局部缺陷修補使用同一種材料，施工簡單、方便，便于推廣。試驗及工程應用證明，選擇SK手刮聚脲作為涂覆型柔性防護蓋板材料的效果最好。

面板接縫涂覆型止水結構的關鍵之二是涂料與混凝土之間的粘結強度。為此，專門研制了潮濕型界面劑，在混凝土表面先涂刷薄層界面劑，再涂刷SK手刮聚脲，粘結強度將會大大提高。為了驗證水位以上、水位變化區及水位以下SK手刮聚脲與面板混凝土之間的粘結強度及耐久性，在北京十三陵抽水蓄能電站上庫混凝土面板表面做了局部涂刷SK手刮聚脲試驗，并進行了跟蹤測試。試驗從2008年開始，一直跟蹤測試到2020年，結果見表2。從表2可看出，水上、水位變化區及水下SK手刮聚脲與面板混凝土之間的粘結強度均大于2.0 MPa，且隨著時間的推移，粘結強度基本上沒有變化，說明涂層耐久性很好。

表2 SK手刮聚脲與面板混凝土現場粘結強度（單位：MPa）Table 2 Bonding strength between SK hand scraping polyurea and slab concrete

面板接縫涂覆型止水結構中關鍵之三是表層聚脲的厚度。聚脲厚度根據壩高不同可以是變化的，其中在塑性填料表面及其與面板接觸的拐角部位涂刷的SK手刮聚脲厚度要厚一些，與混凝土搭接部位的聚脲厚度可以薄一些（大于2mm）。柔性蓋板包括：SK手刮聚脲+胎基布+SK手刮聚脲+胎基布+SK手刮聚脲（簡稱“SK手刮聚脲復合胎基布”），SK手刮聚脲涂層厚度通過涂刷遍數來控制。

2 涂覆型止水結構與錨固型止水結構比較

涂覆型止水結構與錨固型止水結構優缺點比較見表3。

表3 涂覆型止水結構與錨固型止水結構優缺點比較Table 3 Comparison of advantages and disadvantages between coated water stop structure and anchored water stop structure

3 涂覆型止水結構施工工藝

面板接縫涂覆型止水結構施工工藝如下：

（1）對接縫“V”形槽及兩側混凝土表面進行打磨、清洗；

（2）晾干后在接縫“V”形槽下口嵌入PVC棒或氯丁橡膠棒，棒壁與接縫壁應嵌緊；

（3）在“V”形槽兩側及GB塑性填料范圍內涂刷填料專用的底涂，將GB塑性填料填滿“V”形槽；

（4）在面板接縫表面鋪設GB塑性填料，可以采用GB擠出機專用設備直接將塑性填料填筑在“V”形槽表面，也可以將現場擠出的GB填料砌放在“V”形槽表面，應保證GB塑性填料表面密實、體形規則；

（5）將GB塑性填料兩側混凝土表面清理干凈后，涂刷混凝土專用界面劑；

（6）界面劑表干（粘手不拉絲）后，在混凝土及GB塑性填料表面刮涂第一層SK手刮聚脲，第一層聚脲表干后涂刷第二遍聚脲，在第二遍聚脲表干之前鋪設第一層胎基布，第二遍聚脲表干后涂刷第三遍聚脲，在第四遍聚脲表干之前鋪設第二層胎基布，表面再涂刷聚脲，直到聚脲復合胎基布的厚度達到設計要求，并將胎基布全部覆蓋；

（7）自然養護，SK手刮聚脲涂刷后24 h內不得踩踏。

4 工程應用實例

納子峽水電站位于青海省門源縣，地處高海拔嚴寒地區，是大通河流域水利水電規劃的13個梯級中的第4座水電站。水庫大壩為趾板修建在覆蓋層上的混凝土面板砂礫石壩，最大壩高117.60 m，壩頂長度416.01 m。2016年4月中旬，壩前冰蓋消融后對水庫水面（水位3192.00 m）以上面板進行檢查，發現接縫表面止水塑性填料不飽滿，變形較為嚴重，水位變化區防滲保護蓋片存在沿兩側固定端撕開破損現象，接縫表層蓋板脫落（見圖1）。冬季面板接縫表面止水水位變化區破損原因主要是面板結冰形成冰蓋，隨著庫水位下降，大壩面板接縫表面止水受冰層擠壓、下滑拖曳等綜合作用影響，出現變形和破損。

圖1 水位變化區接縫表層蓋板脫落Fig.1 Falling of the cover plate on joint in water level change area

2017年采用涂覆型止水結構對水位變化區的面板接縫表層止水破損進行了修復處理（見圖2），施工步驟為：（1）剔除水位變化區接縫表層的壓條、蓋板及下部的塑性填料；（2）接縫兩側混凝土表面各打磨30 cm寬；（3）“V”形槽內重新安裝橡膠棒，并嵌填GB填料；（4）接縫兩側混凝土表面各涂刷25 cm寬的界面劑；（5）界面劑表干后涂刷4 mm厚的SK手刮聚脲復合胎基布。

圖2 采用涂覆型止水結構修復現場Fig.2 Repair by coated water stop structure

水位變化區止水破損修復后的情況見圖3。運行三年后現場檢查發現，水位變化區面板接縫表層涂覆型止水結構能適應面板變形的要求，有效避免了冰脹力、冰推力和冰拔力對面板接縫表層止水的破壞作用，面板接縫止水結構無擠壓變形及破損現象，說明面板接縫涂覆型止水結構抗冰凍破壞效果顯著。

圖3 水位變化區止水破損修復后的情況Fig.3 Water stop after damage repair in water level change ar?ea

5 結語

SK手刮聚脲作為表層止水材料，具有拉伸強度高、延伸率大、與基礎混凝土粘結好、耐老化性能好、耐沖擊性能好等特點。納子峽水電站水位變化區混凝土面板接縫止水破損修復處理的實踐證明，面板接縫表層涂覆型止水結構具有適應變形能力強、表面防護可靠、防冰拔及冰凍脹擠壓效果好、耐久性好、易于施工、美觀等優點，用于嚴寒地區混凝土面板堆石壩水位變化區面板接縫表層止水時，可以有效防止冰拔或冰凍脹擠壓引起的表層止水破壞，大大提高了面板接縫止水的可靠性，且便于維修，值得推廣應用。