观音阁水库溢流坝段混凝土裂缝修补工法探究

(辽宁省水文水资源勘测局， 沈阳 110003)

观音阁水库工程建设期间形成的250.50m高程水平越冬缝裂缝比较集中，高水位运行时渗漏、冻胀明显，其中两个溢流表孔下游面冬季出现了“冰包”。2013年在主汛前腾空库容短暂时段内，水库管理单位采用化学灌浆与手刮聚脲综合处理工法，选择溢流坝段的4个坝段作为试验段实施了修补作业。工法的核心是裂缝内部化学灌浆、手刮聚脲表面封闭，主要工艺分为抗收缩化学灌浆料内部灌浆和手刮聚脲封闭表面裂缝两项。实践证明：工法可行、可靠，处理效果良好，且施工简便，非常适于高危及不规则裂缝部位使用。

1 工程概况

位于太子河干流上的观音阁水库于1995年10月建成，是以城市供水和防洪为主，兼顾灌溉、发电和养鱼的大(1)型水利枢纽工程。控制流域面积2795km2，总库容21.68亿m3，碾压式混凝土重力拦河坝全长1040m，最大坝高82m，正常高水位255.20m(溢流表孔堰顶)。坝体剖面为“金包银”形式，上游3m防渗层、下游2.5m保护层和2m基础垫层为常态混凝土，廊道、底孔等孔洞周围为1m厚钢筋混凝土，其余内部为含粉煤灰30%～35%的干贫碾压混凝土。基于当时的施工技术，工程建设期间形成了209.25m、218.25m、233.25m、250.50m高程的4个水平越冬缝。1994年处理了209.25m高程和218.25m高程水平施工缝， 2001年对233.25m高程水平缝进行了化学灌浆处理。2009年6月～2013年1月现场检查中发现250.50m高程水平越冬缝裂缝比较集中，高水位运行时渗漏、冻胀明显，其中9号、11号两个溢流表孔下游面冬季出现了“冰包”。

通过对250.50m高程水平越冬缝的成因分析，结合水库运用调度计划， 2013年在主汛前腾空库容短暂时段内，水库管理单位采用化学灌浆与手刮聚脲综合处理工法，选择23～26号溢流坝段作为试验段实施了修补作业。

2 抗收缩化学灌浆料内部灌浆

2.1 化学浆液材料

根据预先确定的处理原则，规定对于伴有渗水的裂缝不论其开度如何，必须使用高压灌浆设备将柔性化学浆液灌注到裂缝内部进行封堵止水；对于不渗水但最大开口宽度不小于0.2mm的裂缝亦需同样处理，然后进行表面封闭。浆液为可灌性好、强度高、无毒性、已在防水工程中普遍使用的遇水膨胀型的水溶性聚氨酯化学灌浆材料，其固结体具有抗收缩、遇水膨胀、弹性止水和在水中永久保持原形特性，以及吸水后再次膨胀止水的双重止水功能。浆液的膨胀性好、包水量大，具有良好的亲水性和可灌性，浆液的黏度、固化速度可以根据需要进行调节。化学灌浆机理主要为：聚氨酯在灌浆压力一次渗透扩散的条件下，遇水后自行分散、乳化、发泡，发生化学反应，形成不溶于水和不透水的凝胶体及CO2气体。借助气体压力，浆液被进一步压进结构的空隙，完全充填密实裂缝等多孔性结构，形成二次渗透扩散，从而达到堵水止漏、补强加固的作用。 统计资料显示，在耐磨性、耐寒性、耐候性、可灌性、复原性、低温柔软性等方面，聚氨酯优于环氧树脂，更适合北方地区使用。

2.2 工艺流程

工艺流程为：施工准备→查缝定位→布孔→钻孔→钻孔清理→安装检查嘴→压水、压气检查→安装灌浆嘴→裂缝表面临时性封堵→浆液配制→灌注浆液→质量检查(压水检测、取芯检测)→去除表面临时性封堵并打磨混凝土表面和验收。

2.3 质量控制点

a.在裂缝两侧、垂直裂缝表面走向、与开裂面间夹角小于45°处进行错位钻孔，间距20～60cm；钻孔必须穿过裂缝，深度为结构厚度的1/3～2/3；钻孔与裂缝间距小于结构厚度的1/2。

b.钻孔与裂缝必须连通，无松动颗粒、粉尘阻隔，保持表面干净、新鲜、润湿。

c.固定在注浆孔内的注浆嘴与孔壁密贴，无空隙，不漏水。

d.浆液配置温度小于25℃，保证可灌性，浆液应随配随用。

e.根据孔深不同选择灌注压力，最大持续灌浆压力不大于3MPa，根据吸浆量逐级升至设计压力。当吸浆率小于1mL/min时，保持压力持续灌注3～5min即可结束灌浆，4～5h后检查灌浆效果。

f.水平裂缝由一端向另一端逐孔依次进行灌浆；垂直裂缝由下向上，单孔逐一连续进行。

g.与结构缝有交会的裂缝，对靠近结构缝的进行深层灌浆，对交会部位进行钻孔闭合止水处理，钻孔以到达结构缝嵌填材料为止。

3 手刮聚脲封闭表面裂缝

3.1 单组分手刮聚脲防渗涂料

含多异氰酸酯-NCO的高分子预聚体、经封端的多元胺(包括氨基聚醚)及其他功能性助剂所组成的混合体，在无水状态下体系稳定。一旦开桶施工，在空气中水分的作用下，迅速产生多元胺，多元胺与异氰酸酯-NCO快速反应，形成适于人工手刮施工的单组分聚脲防渗涂料。其主要技术指标见下表。

单组分聚脲防渗涂料主要技术指标表

项 目指 标拉伸强度>16MPa扯断伸长率>400%撕裂强度>70kN/m硬度(邵氏A)40～50附着力(潮湿面)>2MPa耐磨性(阿克隆法)<15mg不透水性2.0MPa,2h不透水颜 色可调,不褪色

与双组分聚脲材料相比，手刮聚脲材料与基础混凝土黏结强度更大，达3MPa；材料单一，避免了配比不当造成的质量缺陷；材料为脂肪族(双组分聚脲材料为芳香族)，耐老化性好，不变色；最关键的是手刮聚脲不需要专门的喷涂设备，如场地允许，可多个工作面同时施工。人工分层涂刮，涂层厚度的均匀性及宽度可控，施工质量有保证。鉴于此，手刮聚脲防渗涂料近年来广泛应用于水库大坝等高危、狭窄部位的混凝土伸缩缝及裂缝处理、大面积防渗及有抗冲磨要求的泄洪建筑物表面。

3.2 手刮聚脲涂刮作业

a.涂刮聚脲的混凝土区域同时存在混凝土蜂窝、脱空、冻融、剥蚀的，进行缺陷预处理后进行打磨，打磨范围扩大至预处理边缘以外100mm；对于裂缝两侧混凝土的打磨，应保证打磨区域边缘与裂缝距离大于180mm。打磨深度视现场混凝土质量而定，要将表面水泥浆及冻融的表层打磨掉，打磨后表面保持平整。

b.高压水枪清洗混凝土表面，清除松动颗粒，直至出露新鲜混凝土面。

c.界面剂涂刷均匀、无漏涂，尽量薄涂，涂刷界面要保持干燥无明水。涂刷界面剂的作用主要有两方面：一是封闭混凝土基材表面毛细孔中的空气和水分，避免聚脲涂层喷涂后出现鼓包和针孔现象；二是提高聚脲涂层与混凝土基材的黏结强度，提高防水防护效果。

d.在界面剂表干但未全面固化之前(以界面剂涂层与手部有少许粘连，但不完全沾手为宜)涂刮第一遍手刮聚脲，在1h内，将胎基布(15cm宽)用抹子轻轻按压在第一遍聚脲上面，保持胎基布上表面与聚脲上表面齐平。胎基布具有高强度、高延伸和耐穿刺的特点，重量轻、抗拉强度高、渗透性好、耐高温、抗冷冻、耐老化、耐腐蚀。增设胎基布的目的是保证聚脲涂料在长时间固化过程中的强度。

e.在第一遍聚脲表干后，在其表面再次涂刮1～3遍聚脲。固化后的手刮聚脲涂膜平均厚度不小于2mm，一般性裂缝开口部位表面涂膜厚度3～4mm，涂刮宽度不小于40cm，涂层边缘与裂缝缝口距离不小于20cm。

4 结 语

承建单位在汛前腾库的短暂时段内完成了水面以上246.00m高程至堰顶区域内的118.4m水平裂缝、92.2m结构缝缺陷处理作业，化学灌浆与手刮聚脲综合处理裂缝工法易于操作的简便性得到了淋漓尽致的发挥：顶层廊道顶拱及侧壁渗水明显被挤出，9号、11号溢流表孔往年冬季的“冰包”消失无踪，足以表明手刮聚脲防渗涂料用于水工建筑物迎水面防渗、裂缝和结构缝表面防渗是可靠、可行的，观音阁水库250.50m高程水平越冬缝处理试验段是成功的。

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