單組份聚脲涂料在上游壩面防滲中的應用研究

楊先文

(遵義市水利水電勘測設計研究院有限責任公司，貴州 遵義 563002)

1 工程概況

務川沙壩水電站壩址地處遵義市務川縣，壩址以上流域集水面積1396 km2，工程以發電為主，正常蓄水位615.00 m，相應庫容8270萬m3，水庫總庫容9940萬m3，電站裝機30 MW(2臺×15 MW)。

大壩為單圓心等厚雙曲碾壓混凝土拱壩，壩頂高程620.00 m，最大壩高84.50 m，壩頂寬6.0 m，壩頂弧長143.49 m，最大壩底寬21.5 m。壩體材料順水流方向依次為上游壩面變態混凝土、防滲層碾壓混凝土、壩體內部碾壓混凝土和下游壩面變態混凝土，壩體混凝土抗滲等級指標見表1。

表1 壩體混凝土抗滲等級指標

2 大壩滲漏現狀分析

通過大壩安全監測數據并結合現場檢查情況進行評估，是判斷大壩運行狀況的關鍵[1]。

2.1 變形監測結論

大壩內設三組正倒垂線裝置，第一組布設于壩右0+020.00 m；第二組布設于拱冠0+066.80 m；第三組布設于壩左0+112.40 m。在壩體554.00 m、572.00 m、590.00 m、607.50 m高程水平拱圈誘導縫位置，共布設16支測縫計。大壩垂線徑向位移大部分測點表現為向下游位移，變幅在1.35 mm以內；切向位移各測點位移變化量較小，月變幅在0.65 mm以內；大壩表面徑向位移各測點均表現為向下游位移，測點位移變幅在2.40 mm以內；切向位移測點表現為向右岸位移，其余測點表現為向左岸位移，測點位移變幅在1.20 mm以內；受環境氣溫降低影響，大壩表面垂直位移各測點均表現為下沉，位移變幅在1.70 mm以內；大壩接縫、誘導縫開合度月變幅在0.05 mm以內，處于穩定狀態。

2.2 滲流監測結論

在大壩廊道布設量水堰尺及三角堰板1套。大壩底層廊道滲流量測值為0.03 L/s，處于穩定狀態。

2.3 大壩應變監測結論

在壩0+071.45 m，537.00 m、538.00 m高程距上游壩面2.0 m、3.0 m處各布設1支單向應變計。大壩混凝土應變變幅在8.20με以內，處于穩定狀態；下游壩面混凝土溫度變幅大于上游壩面，各測點混凝土溫度變化總體滯后于環境氣溫變化。

2.4 現場滲流情況檢查

左壩段共2處滲水點，其中587.00 m高程滲水點呈挑流狀，573.00 m高程滲水點為間歇出流；右壩段598.00 m高程有1處浸潤區；溢流壩段572.00 m高程附近有2處浸潤區；溢流壩段4#、5#牛腿下部有2處浸潤區；廊道內存在多處呈滴水狀的漏水點，存在2處浸潤區，漏水點多有白色析出物。滲水流量及浸潤面積較穩定，未出現明顯增大現象。原因可能為電站長期高水位運行，水流沿表面裂縫滲入混凝土碾壓層間等薄弱部位浸潤滲漏。

3 防滲處理方案選擇

3.1 防滲材料選擇

脂肪族單組分聚脲涂料是由多種改性異氰酸酯和延遲型氨基擴鏈劑配合而成的高性能彈性防水涂層材料，在潮濕條件下發生聚合反應形成高強度高彈性的涂層，并對絕大部分基材擁有良好的粘結性和優異的防水抗滲性和抗沖磨性[1]。操作簡單方便，使用年限可達30年以上。在水頭更高、相似壩型的豐滿水電站、白鶴灘水電站等工程中得到成功運用[2]。

3.2 防滲區域選擇

根據監測數據及現場檢查情況分析，大壩滲流現狀總體安全，故不采用灌漿，通過在上游壩面涂刷防滲材料，增強大壩的抗滲性能，提高混凝土耐久性[3]。

對壩體上游壩面、沖沙泄洪底孔底板高程至正常蓄水位高程區域(570.00～615.00 m)進行防滲處理，具體部位為大壩上游壩面及溢流頭部，面積約7000 m2。本工程涂刷區域最大水壓為48.73 m，脂肪族單組份聚脲能夠適應水壓值不產生破壞，根據大壩監測數據分析，脂肪族單組份聚脲涂料抗裂性能能夠適應大壩變形情況。

壩面防滲處理主要有兩步措施：一是對上游壩面及溢流頭部進行清理，對揭露的裂縫及混凝土缺陷處理；二是在修補后的壩面采用防滲涂料。

3.3 防滲設計

3.3.1 裂縫處理

根據《水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術規程》(DL/T 5251—2010)，0.2 mm≤縫寬<0.3 mm的混凝土屬于B類裂縫，0.3 mm≤縫寬<0.5 mm的混凝土裂縫屬于C類裂縫。B類縫位于二類(迎水面、水位變動區)環境條件時，應進行處理；C類裂縫應進行處理[4]。擬對縫寬>0.2 mm的上游壩面與溢流頭部裂縫進行處理。

對縫口表面進行清理，根據裂縫情況，在縫一側以45°角鉆設斜孔，間隔20～30 cm。用電動化學灌漿泵采用純壓式灌注高滲透環氧樹脂灌漿料，灌漿時豎縫從低處向高處進行，橫縫從兩端向中間逐孔進行灌漿，或分Ⅰ序、Ⅱ序孔并聯進行灌漿，灌漿壓力0.3～0.5 MPa。灌漿結束3天或漿液固化后，清理表面，割除灌漿管，對灌漿孔口回填環氧砂漿，然后用角磨機打磨平整[5-6]。裂縫處理示意圖如圖1。

3.3.2 混凝土缺陷處理

鑿除松散的混凝土，以保證修補材料能與完好的混凝土基面獲得良好結合。先用切割機沿需要處理區域四周切槽，形成整體規則的邊緣，然后用電鎬清除疏松混凝土，并用高壓水沖洗干凈。鑿除厚度按照缺陷厚度增加2 cm為宜且必須均勻，避免出現薄弱斷面，周邊應垂直表面切除。輪廓線構成凸多邊形，且相鄰兩線間的夾角>90°[7]，如圖2所示。

采用高壓清洗機對混凝土基面進行清洗至無顆粒粉狀灰塵。待基面自然晾干后，使用吸塵器對基面上殘留的粉塵、細小顆粒等進行最后一道清潔，保證基面干燥、無松散顆粒。

3.3.3 上游壩面及溢流頭部涂刷防滲料

在完成基面的清理及修補后，針對上游壩面及溢流頭部采取人工刮涂3遍脂肪族單組份聚脲，如圖3所示。

圖3 刮涂3遍脂肪族單組份聚脲示意圖(單位：mm)

3.4 施工工藝

工藝流程：基面處理→涂刷潮濕基面專用底漆→刮涂聚脲砂漿(膩子)→涂刷專用底漆→刮涂脂肪族單組份聚脲涂料[8]。

(1)基層處理。采用角磨機(配金剛磨片)對基面進行整體打磨，確保無遺漏，主要除去表面浮漿、灰塵、污物和松散的表層等，并用吹風機清掃干凈，露出牢固的基面，增強后續涂層對基面的附著力。

(2)涂刷潮濕基面專用底漆。基面清理并除塵后涂刷底漆，涂刷盡量薄而均勻，無漏刷。

(3)刮涂聚脲砂漿(膩子)。精確配比聚脲砂漿(膩子)并攪拌均勻，采用刮板進行整體批刮，固化后對表面進行打磨，確保基面無顆粒、疙瘩、修補平整、堅實。

(4)涂刷專用底漆。按比例精確配比專用底漆并攪拌均勻，采用滾筒進行涂刷，涂刷要求薄而均勻，不得出現流掛和堆積，無漏涂。

(5)刮涂脂肪族單組份聚脲涂料。材料為單組份，無須混合，開桶即用。底漆表干不拉絲后采用刮板進行整體刮涂脂肪族單組份聚脲涂料，刮涂要求均勻一致，一次刮涂厚度0.7 mm，共3遍。

(6)施工縫、裂縫處理。刮涂脂肪族單組份聚脲前，先對施工縫、裂縫鋪設一道胎基布加強層[9]。

4 結 語

沙壩水電站歷經多次防滲補強，但仍存在多處滲漏點，滲水帶有明顯析出物，不利于工程安全運行。本文通過對大壩變形、滲流、應變等監測數據的分析，選擇了適應壩體變形較好、施工較快捷的脂肪族單組份聚脲涂料，論述了詳細的基面處理工藝及質量檢測要求，對類似工程防滲方案設計有一定借鑒作用。