防渗材料在三屯河水库坝面防渗的应用

张 凯

(新疆昌吉市三屯河流域管理处，新疆 昌吉 831100)

1 概况

昌吉市三屯河水库是一座拦河水库，位于昌吉市南32km，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电和生态等综合效益的中型水库，水库大坝主要由浆砌石垂力坝、放水遂洞、溢洪道三部分组成。水库正常蓄水位1031.00m，相应库容2600万m3;校核洪水位10360.00m，相应总库容3500万m3。水库始建于1971年，1986年基本建成，2001年竣工验收。

大坝为浆砌石垂力坝，总长274m，其中主坝长144m，最大坝高52m，底宽58m，项宽6m，坝项高程1037.62m，坝底高程984.6m，上游设2m厚的混凝土防渗墙，坝前坡1006m高程以上为垂直部分，以下为8∶1;1033.77m高程以上为垂直，以下为1∶0.97，坝内设有导流放洞两孔(2m×1.5m×2m)，设观测集水廊道1条(1.5×2.5oy)，并铺设基础和坝体滤水管，坝基前部设帷幕灌浆孔2排，排距1m，孔距2m帷幕深度25m。

三屯河水库在除险以前，坝基地质条件差，基础处理不良以及坝体砌筑质量差;大坝和坝肩渗漏严重是主要“险情”。针对大坝存在的问题，除险加固主要采取PCC—84型防渗材料提高坝体迎水面的防渗能力，以及帷幕灌浆等措施，防渗效果好。

2 工程处理前的坝体渗漏严重

据水库运行和观测资料分析，1988年前大坝总渗漏量为94L/s，其中坝基渗漏60L/s，坝体湖漏30L/s。经一年多的坝基帷幕灌浆和补强灌浆处理，总进度10288.5m，其中帷幕灌浆5121.58m，完成设计灌浆工作量约79.8%，大坝总渗漏量由94L/s减少到73L/s，其中坝体渗漏30.5L/s。坝体防渗效果不甚明显，反映在2个方面:

(1)坝后坡的3个主要渗区渗漏情况没有改善右岸渗漏区。高程在1020～1028m，渗漏面积约280m2，渗漏量4.6L/s，占坝体渗漏量30.5L/s的15%;坝体主渗区。高程在1006～1032m，渗漏面积1125m2，渗漏量18L/s，占专体渗漏量的59%;左岸渗区。高程在1020～1030.5m，渗漏面积 400m2，渗漏量 6.1L/s，占坝体渗漏量的20%。

除此之外还有一些渗漏点、射流点、湿润面零散分布于坝后，最大渗漏量1.8L/s左右，总渗水点200余处，渗水面积达2475m2。

(2)混凝土防渗墙防渗效果差，坝段分缝处理施工质量差。坝体上游混凝土面板施工技术低劣，形成砂层状无砂混凝土，峰窝、狗洞，局部呈现风化条状脱落。防渗墙混凝土均质性差，密实性不好。大坝的坝段分缝采用泥清油毡止水，止水效果不佳，泥青油毡薄厚不均，且时断时续，有的缝长20cm没有止水，形成主要渗漏通道。

在水库运行中，主坝段迎水面的水位变化区出现9条长度不等的竖向裂缝，虽然缝面较窄，但都相当长。此缝层进行性裂缝，由于多次冻融循环，使缝两侧的混凝土不断疏松、剥蚀，防渗体遭受破坏，增加了坝体的渗漏通道。渗漏加速了坝体的溶蚀，溶蚀更加剧了渗漏恶性循环直接威胁到大坝的安全。因此需要在坝体上游增设防渗措施，以保护坝体的砌体和减少水库渗漏。

3 坝体迎水面防渗的具体要求

(1)坝体迎水面防渗的主要作用是防渗，不考虑坝体自重。

(2)坝后电站引水管道的通气孔，闸井和压力管进口部分的断面程允许减少10%左右，最大不超过15%，否则将影响过流能力。

(3)根据水库多年的运行观测情况分析，防渗高程应以1018m作起。

(4)无论从设计或施工考虑，都要很好地研究所采用防渗方案的防渗效果，耐久性接头，接缝止水，错筋处理等问题。

(5)防渗方案实施前，对上游坝体的伸缩缝和迎水面坝体的裂缝都要妥善处理，确保防渗质量。

因为三屯河水库是正在运行的水库，效益显著，故在选择坝面防渗处理工程措施时必须保证水库的正常运行。

4 防渗方案的比选

根据坝面防渗的具体要求，对三屯河水库坝面防渗处理进行了4个方案进行比较。

(1)涂贴加护板防渗方案。

优点:稳定可靠，防渗效果好。

缺点:工程量大，工序多，施工困难，工期长，且不能再闸井等部位运用。

(2)沥青混凝土面板防渗方案。

优点:柔性防渗结构，防渗效果好。

缺点:结构复杂，工序多，造价高，工期长，有憎水性，不易结合，且不能再闸井等部位运用。

(3)钢丝网襄砂混凝土方案。

优点:结合性能好，防渗效果可靠，工期短，造价低。

缺点:前期凿毛工序不利于运行期施工，不利于小面积作业，且不能再闸井等部位运用。

(4)PCC—84型防水水泥砂浆涂抹方案。

优点:PCC—84型防渗水泥砂浆物理力学性能好，粘接强度，抗老化、抗渗、抗冻均能满足设计要求，针对西北地区干旱严寒的气候特征，又浆将其材料成份和配比上作了调整，抗冻和抗干燥性能得到了提高，而且能带水作业，施工不受环境的限制，操作简便，施工周期短，造价低廉等优点。

缺点:是施工过程中是适宜的气温是10℃ ～15℃，当日平均气温低于5℃时，其力学性能有显著下降的趋势，因此施工期应有适当选择。

施工工序为:凿毛——伸缩缝及裂缝处理——涂抹PCC复合型胶凝材料——养护。

这4个方案的比选主要对结构、防渗效果、工程量、施工条件、工期、投资等方面进行了综合比对，最终选择了PCC—84型防水水泥砂浆涂抹方案，PCC—84型防水水泥砂浆涂抹采用核工业部七二一矿石开制的高分子聚合物水泥砂抹面，涂抹厚度3cm，即能满足坝面防渗的要求，便于在运行期内施工等三屯河水库对坝体迎水面防渗的具体要求。

5 配比

(1)主要材料技术指标。

水泥:525#或425#普通硅酸盐水泥;

砂:采用河砂。粘土、淤泥等杂物，细悄物含量＜3%，细度模数F·M=2.6～3.0，含水量＜10%;

(2)PCC—84型水泥砂浆配比。

水泥∶中砂∶PCC 材料 =1∶1(0.4～0.45)

(3)添加剂配比。

膨胀剂∶引气剂∶减水剂=(5～7)%∶(1～3)/1%∶(0.5～0.7)%

6 施工工艺

6.1 实施过程

PCC—84型防渗水泥砂浆虽属国内首创，并在江西、安徽、山东、福建等地做了不少工程实例，均取得满意效果，达到国内先进水平。但在西北干旱严寒地区，特别是新疆仍然是首例，对其材料和配比进行了针对性的调整，调整效果仍需通过实地印证，待取得经验后才能大面积推广使用。因此三屯河水库坝面防渗工程按3期工程分别实施，总防渗面积3888m2。

第一期工程完成电站闸进通气孔和电站引水管进品部位工程，共计1361m2，是大坝的主渗区，施工期为1993年6月15日～1993年7月10日共计25天。

第二期完成大坝迎水面防渗，防渗面积2055m2，施工期为1994年4月19日～1994年5月14日，施工高程1032.0～1022.50m;1994年9月11～19日，完成1022.50～1018.00m高程的防渗抹面工程。

第三期1998年在坝前PCC—84砂浆面的1018～1037米高程内用聚氨酯涂抹坝面积，经2年运行有脱皮，掉块现象，防渗效果不佳，故2000年4月在1032～1037m高程内除去聚氨酯后，又用PCC—84型水砂浆抹面，面积达472m2，运行效果好。

6.2 施工工具

由于在水面上作业采用大型木筏，人工凿毛，4磅锒头和六棱钢钎，聚合物砂浆的拌制采和人工拌和用大、小圆桶拌和小皮桶定滑轮垂直运输。小水泵和塑料养护等。

6.3 施工工艺

(1)凿毛清理。

人工将混凝土表面凿毛，清除表面杂物，浮尘及老化混凝土，对混凝土表面的缺陷如蜂窝、麻面须尽量凿除，对不密产混凝土，有明显出水点要重点先做止水或引水处理，对坝段分缝凿成V型槽，然后按止水要求泥青石棉绳处理，对坝体一般裂缝凿除不密实的混凝土后用PCC—84砂浆填塞处理，对沉陷引起的裂缝按坝段分缝处理。

(2)表面涂抹。

凿毛的混凝土表面用清水冲洗干净，并保持湿润，将PCC—84砂浆用手用力压紧压实压出浆，压平最后抹光。

(3)PCC砂浆的拌制。

PCC—84胶液系由高分子聚合物为原料，在七二一矿熬制运来工地，砂浆拌合时直接配入，并添加由(水+NaOH+PC－2)配成的溶剂。

(4)养护。

及时养护是PCC—84砂浆涂抹层成功的重要一环。不仅要保持需要的气温，更重要的是适当的湿度，因此，加强保湿措施就是显得尤为重要。PCC—84砂浆的养护期不得少于14天。

7 工程防渗效果

自1994年完成坝体迎水面防渗工程运行了近14年，防渗效果显著。

(1)防渗效果好。工程处理前坝后坡渗水面积近3000m2，坝后总渗漏量高达94L/s。每年冬季坝后坡冰积如，坝后坡混凝土预制块、杆等设施严重破坏。经工程处理后，据实测2004年库水位1035.29m时，坝后总渗漏量仅为9.77L/s，占94L/s的10.4%，坝后坡基本干燥状态，无渗水现象。

(2)抗冻性能好，粘接强度和适应变形能力强。经多年运行，经历了冬季－34℃的考验，施工部位无掉块，脱落及开裂现象，也未进行过维修。

(3)操作简便，工效高。该工程具有工艺简单，施工方便，工程造价较低。可在新疆干旱严寒地区水利设施及其它工程中广泛推广适用。

8 结语

(1)PCC—84型水泥砂浆具有与混凝土基面粘结能力强，抗渗性能好，弹性模量低，适应变形能力强，抗冻性能好等性能，适应于水利水电工程、码头、石油等涵管、油罐的防渗堵漏，民用与工业建筑的混凝土表面防渗处理。

(2)PCC—84型水泥砂浆施工工艺简单，可带水作业或水下作业，能在潮湿和微湿面上施工，施工简便。

(3)PCC—84型水泥砂浆在干旱严寒地区，用于大面积的大坝防渗处理，在当时国内还是首例，新疆尚无先例。根据三屯河水库现场取样和近14年的运行，坝后总渗漏量由工程处理前的94L/s减少到9.77L/s(库水位1035.29m)，防渗效果明显，在水利水电防渗堵漏工程中有广泛的推广应用价值。

(4)在已推广使用的玛纳斯塔西河电站前池防渗工程和头屯河水库坝体涵洞工程防渗效果明显，经济和社会效果显著。

［1］李生禄．浅析新疆昌吉市三屯河水库大坝帷幕灌浆和坝基排水设施对渗流和扬压力的影响［J］．大坝与安全，2006(04)．

［2］许绪仓，方从贵．白石桥水库大坝应用PCC－84水泥砂浆防渗漏［J］．水利与建筑工程学报，1994(01)．