高分子材料在漿砌石拱壩防滲加固中的應用

劉紀亮，武慶明，宋艷艷

（1.煙臺市蓬萊區水源工程運行維護中心，山東 煙臺 265600；2.煙臺市蓬萊區水務局，山東 煙臺 265600；3.煙臺市蓬萊區水庫管理中心，山東 煙臺 265600）

小柱黑老婆灣水庫位于蓬萊區村里集鎮小柱村西北清洋河支流上，控制流域面積3.1 km2，干流長3.56 km，河道干流平均比降為0.039。工程于2001年9月建成，水庫總庫容為12.0萬m3，是一座集防洪、農業灌溉等綜合運用的小（2）型水庫。

2020年11月，蓬萊區水務局組織對小柱黑老婆灣水庫進行了安全鑒定，鑒定結論為三類壩。水庫存在的主要問題：漿砌塊石拱壩壩頂與混凝土子埝接觸位漏水嚴重，混凝土子埝存在多處豎向裂縫，支墩及左右兩側砌石拱壩壩體局部漏水等。建議對漿砌石壩體進行防滲加固處理，對子埝及子埝與壩體接觸部位進行加固防滲處理或拆除重建。

水庫除險加固工程于2021年5月3日開工，6月15日主體工程完工，6月20日進行了蓄水驗收。

1 大壩防滲加固工程設計

根據工程實際情況，大壩防滲工程設計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，表層設鋼筋網，直徑為Φ12，間距0.3 m×0.3 m，壩體設置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，并采用錨固粘結劑粘結。混凝土防滲層每隔10 m分一道縫，縫寬20 mm，縫內填充瀝青松木板，設紫銅片止水。

方案二：新建高分子材料防滲涂層。對大壩迎水縫砌石縫進行鑿除處理，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（Φ2＠4 cm），修復厚度不小于2 cm。涂刷底層專用基液后，涂抹快速修復抗沖磨材料，厚度1 mm，然后涂刷雙組分環氧界面劑，表干后刮涂單組分聚脲防水涂料，厚度不小于1.2 mm。修復過程中每隔10 m預留一條伸縮縫，縫寬20 mm，縫內填充聚氨酯密封止水材料。

通過對上述兩個方案進行技術經濟比較，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15.3萬元，所需工日178個；高分子材料防滲涂層修復處理厚度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100 m2，單組分聚脲12 kg，投資9.2萬元，所需工日32個。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度較慢；高分子材料防滲涂層方案投資省，施工進度快，且外表美觀實用。

本次大壩防滲工程設計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）處向庫內處理水平段長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重部位（主要集中在重力墩兩側及右壩肩）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

2.1 單組分聚脲防護涂料

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，整個反應過程中不會產生二氧化碳，可成膜任意厚度不鼓泡。產品為外露型涂料，抗沖磨性能良好，防水性優異，是目前為止耐久性最長的柔性涂層之一，在陽光下暴露，耐久性可達30年以上。

材料特點：綠色環保，性能穩定，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，耐強酸，耐強堿；具有超高力學性能，拉伸強度可達16～23 MPa，變形能力大，斷裂伸長率可達200%～500%；對于基材的浸潤時間長，浸潤性好。與多種基材粘結性優異（混凝土基材粘結強度≥4.0 MPa；花崗巖基材粘結強度≥2.5 MPa）；施工便利，顏色可調，既有手刷型又有噴涂型，使用壽命長，性價比高。

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、精制混合標準砂、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（功效節省80%以上），力學性能更為優異。同時具有優異的耐磨、粘結、抗裂、防水、防氯離子滲透、耐老化等性能。

材料特點：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強度提高；密實性顯著提高；綠色環保、施工方便、成本低，能夠達到防止老混凝土進一步碳化，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，施工作業面為預先搭設的腳手架平臺。

3.1 修復處理

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

2）涂刷凈漿。施工順序為先修復施工縫，再修復漿砌石面。涂抹高性能改性聚合物修補砂漿前，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行。

3）砂漿拌制和涂抹。按照產品使用說明進行拌制。涂抹砂漿前，對原基面放線設定高程點，抹面時保持原弧面和曲率半徑，不能改變原設計尺寸；將拌制好的砂漿用抹刀根據實際情況涂抹到已刷好基液的基面上，涂抹時盡可能同方向連續攤料，并注意銜接處壓實排氣。邊涂抹邊壓實找平，表面提漿。涂層壓實提漿后，間隔2 h左右，再次抹光。修復過程中完成掛鋼絲網操作，增強修復層的抗拉強度。立面修補時，特別注意與混凝土基面的結合質量，防止脫空和下墜。當修復厚度大于2 cm時應分層多次涂抹修復，且每次抹面厚度不超過7 mm。壩面砂漿修復平均厚度2 cm。預留伸縮縫，伸縮縫間隔為10 m，伸縮縫尺寸2 cm×2 cm。

4）砂漿養護。高性能改性聚合物修補砂漿涂抹完畢后，需將施工區進行隔離養護，養護期3～7 d，養護期間內禁止人員踩踏或被重物撞擊。采用灑水養護。

3.2 伸縮縫嵌填密封膠處理

1）縫面清理。用角磨機對伸縮縫兩側進行打磨，使表面粗糙，然后用大功率吹風機將縫內粉塵雜物吹除干凈。

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，縫內膠應按壓密實，避免斷頭空洞，表面修飾光滑飽滿。

4）養護。采取自然養護，避免人為破壞。

3.3 防護處理

1）基面處理。使用角磨機對基面進行打磨處理，將表面打磨成為粗糙面，然后用大功率吹風機將表面砂粒、灰塵吹去，使基面干燥、潔凈、無灰塵。

2）專用底涂涂刷。使用滾筒或排刷將專用底涂均勻地涂刷在合格基面上，要求涂刷部位均勻，無漏涂、無堆積，封閉水汽的同時，增加修復材料與基面之間的粘結強度。

3）新型快速修復抗沖磨材料涂抹。按照產品使用說明進行拌制。將拌制好的新型快速修復抗沖磨彈性材料用抹刀根據實際情況涂抹到已刷好底涂的基面上，涂抹時盡可能同方向連續攤料，并注意銜接處壓實排氣。邊涂抹、邊壓實找平，表面提漿。涂層壓實提漿后，間隔2 h左右，再次抹光，修復厚度1 mm。新型快速修復抗沖磨彈性材料涂抹完畢后，需將施工區進行隔離養護，養護期3～7 d，養護期間要注意防止修復材料表面被水浸濕、被人員踐踏或被重物撞擊。

4）專用界面劑涂刷。新型快速修復抗沖磨材料養護完成后再次進行除塵清理，然后使用滾筒或排刷將專用界面劑均勻地涂刷在基面上，要求涂刷部位均勻，無漏涂、無堆積。

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，分多次進行刮涂，上次涂層表干后再進行下次涂層涂刷，時間間隔一般不大于12 h，最終保證聚脲涂層整體厚度達到1.2 mm。

4 結語

在漿砌石拱壩除險加固工程中，大壩壩體防滲是重中之重。煙臺市蓬萊區小柱黑老婆灣水庫除險加固，放棄采用傳統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，一是解決了山丘區高落差鋼筋網制作安裝和混凝土澆筑難度大的問題；二是施工進度快，縮短了施工周期，確保了水庫除險加固在主汛期前主體工程完工并通過蓄水驗收；三是節省了工程投資，且工程外表美觀實用，完全滿足大壩壩體防滲需要，在工程實踐中取得了良好效果，為同類工程實施大壩壩體防滲積累了良好的經驗。