涂覆型止水结构在纳子峡水电站面板接缝止水破损修复中的应用

崔志刚，孙志恒，刘锦程，李 萌，鲁恩龙

（1.黑龙江牡丹江抽水蓄能有限公司，黑龙江牡丹江，157000；2.北京中水科海利工程技术有限公司，北京，100038；3.中国水利水电科学研究院，北京，100038）

0 引言

混凝土面板堆石坝是以堆石体为支撑结构，并在其上游面浇筑混凝土面板作为防渗体的大坝。混凝土面板堆石坝主要采用当地天然筑坝材料，具有施工方便、工期短、经济、对环境影响较小等优点，随着我国水利水电工程建设的发展，包括施工技术的不断改进、设计理论的逐步完善和工程经验的积累总结，目前混凝土面板堆石坝在国内得到了广泛的应用[1]。在混凝土面板堆石坝的面板防渗体系中，面板接缝止水是薄弱环节，其中周边缝承受的三向接缝位移作用最大，其止水情况也倍受人们关注。2000年以后建设的高混凝土面板堆石坝中，除水布垭周边缝在约1/2坝高以下采用了3道止水，其余均只设2道止水，取消了中部止水带。对于底部止水，由于其位于面板下部，无法完全揭露，因此缺乏有效手段进行无损检测。当面板出现渗漏时，底部止水只能结合面板的修复进行局部更换或修复处理，无法进行全面的检查和修复。由此可见，表层止水是整个混凝土面板止水体系中的重要部分，可以及时检查，一旦发现破损就可以全面修复。因此，混凝土面板整体止水系统的研究重点是面板接缝表层止水的结构型式与材料选择。目前，混凝土面板堆石坝面板接缝表层止水设计中，通常在塑性填料表面设置防护盖板，并通过压条锚固在混凝土面板上，称为锚固型止水结构。该结构存在盖板周边与面板之间有空隙、周边缝与垂直缝之间异型搭接困难、螺栓在水位变化区易发生冰冻拉拔脱落、钢板压条易锈蚀等缺点，有待改进。

1 涂覆型止水结构

面板接缝涂覆型止水结构[2-3]是将SK手刮聚脲刮涂在塑性填料和混凝土表面，固化后形成全封闭的柔性防渗涂层，与混凝土面板粘结成一体，既可以作为一道独立的表层止水层，又可以保护下部塑性填料，是一种能够对面板接缝实行有效全封闭的表层止水结构型式。

面板接缝涂覆型止水结构的关键之一是材料的选择。选用的SK手刮聚脲为单组分，是由异氰酸酯预聚体和封闭的胺类化合物、助剂等构成的液态混合物，采用涂刷、辊涂或刮涂方法施工。在空气中水分作用下，封闭的胺类化合物产生端氨基，并与预聚体产生交联点，从而形成弹性涂层。其主要技术指标见表1。

表1 SK手刮聚脲主要技术指标Table 1 Main technicalindexes of SK hand scraping polyurea

SK手刮聚脲具有以下优点：（1）耐老化性能好，不变色；（2）无毒，可用于饮用水工程；（3）防渗、抗冲磨性能好；（4）强度高，延伸率大，与基础混凝土粘结好；（5）耐老化，耐化学腐蚀；（6）抗冻性能好，在-45℃条件下，材料仍为柔性；（7）封闭混凝土裂缝及接缝表面时，可以复合胎基布增强；（8）局部缺陷修补使用同一种材料，施工简单、方便，便于推广。试验及工程应用证明，选择SK手刮聚脲作为涂覆型柔性防护盖板材料的效果最好。

面板接缝涂覆型止水结构的关键之二是涂料与混凝土之间的粘结强度。为此，专门研制了潮湿型界面剂，在混凝土表面先涂刷薄层界面剂，再涂刷SK手刮聚脲，粘结强度将会大大提高。为了验证水位以上、水位变化区及水位以下SK手刮聚脲与面板混凝土之间的粘结强度及耐久性，在北京十三陵抽水蓄能电站上库混凝土面板表面做了局部涂刷SK手刮聚脲试验，并进行了跟踪测试。试验从2008年开始，一直跟踪测试到2020年，结果见表2。从表2可看出，水上、水位变化区及水下SK手刮聚脲与面板混凝土之间的粘结强度均大于2.0 MPa，且随着时间的推移，粘结强度基本上没有变化，说明涂层耐久性很好。

表2 SK手刮聚脲与面板混凝土现场粘结强度（单位：MPa）Table 2 Bonding strength between SK hand scraping polyurea and slab concrete

面板接缝涂覆型止水结构中关键之三是表层聚脲的厚度。聚脲厚度根据坝高不同可以是变化的，其中在塑性填料表面及其与面板接触的拐角部位涂刷的SK手刮聚脲厚度要厚一些，与混凝土搭接部位的聚脲厚度可以薄一些（大于2mm）。柔性盖板包括：SK手刮聚脲+胎基布+SK手刮聚脲+胎基布+SK手刮聚脲（简称“SK手刮聚脲复合胎基布”），SK手刮聚脲涂层厚度通过涂刷遍数来控制。

2 涂覆型止水结构与锚固型止水结构比较

涂覆型止水结构与锚固型止水结构优缺点比较见表3。

表3 涂覆型止水结构与锚固型止水结构优缺点比较Table 3 Comparison of advantages and disadvantages between coated water stop structure and anchored water stop structure

3 涂覆型止水结构施工工艺

面板接缝涂覆型止水结构施工工艺如下：

（1）对接缝“V”形槽及两侧混凝土表面进行打磨、清洗；

（2）晾干后在接缝“V”形槽下口嵌入PVC棒或氯丁橡胶棒，棒壁与接缝壁应嵌紧；

（3）在“V”形槽两侧及GB塑性填料范围内涂刷填料专用的底涂，将GB塑性填料填满“V”形槽；

（4）在面板接缝表面铺设GB塑性填料，可以采用GB挤出机专用设备直接将塑性填料填筑在“V”形槽表面，也可以将现场挤出的GB填料砌放在“V”形槽表面，应保证GB塑性填料表面密实、体形规则；

（5）将GB塑性填料两侧混凝土表面清理干净后，涂刷混凝土专用界面剂；

（6）界面剂表干（粘手不拉丝）后，在混凝土及GB塑性填料表面刮涂第一层SK手刮聚脲，第一层聚脲表干后涂刷第二遍聚脲，在第二遍聚脲表干之前铺设第一层胎基布，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铺设第二层胎基布，表面再涂刷聚脲，直到聚脲复合胎基布的厚度达到设计要求，并将胎基布全部覆盖；

（7）自然养护，SK手刮聚脲涂刷后24 h内不得踩踏。

4 工程应用实例

纳子峡水电站位于青海省门源县，地处高海拔严寒地区，是大通河流域水利水电规划的13个梯级中的第4座水电站。水库大坝为趾板修建在覆盖层上的混凝土面板砂砾石坝，最大坝高117.60 m，坝顶长度416.01 m。2016年4月中旬，坝前冰盖消融后对水库水面（水位3192.00 m）以上面板进行检查，发现接缝表面止水塑性填料不饱满，变形较为严重，水位变化区防渗保护盖片存在沿两侧固定端撕开破损现象，接缝表层盖板脱落（见图1）。冬季面板接缝表面止水水位变化区破损原因主要是面板结冰形成冰盖，随着库水位下降，大坝面板接缝表面止水受冰层挤压、下滑拖曳等综合作用影响，出现变形和破损。

图1 水位变化区接缝表层盖板脱落Fig.1 Falling of the cover plate on joint in water level change area

2017年采用涂覆型止水结构对水位变化区的面板接缝表层止水破损进行了修复处理（见图2），施工步骤为：（1）剔除水位变化区接缝表层的压条、盖板及下部的塑性填料；（2）接缝两侧混凝土表面各打磨30 cm宽；（3）“V”形槽内重新安装橡胶棒，并嵌填GB填料；（4）接缝两侧混凝土表面各涂刷25 cm宽的界面剂；（5）界面剂表干后涂刷4 mm厚的SK手刮聚脲复合胎基布。

图2 采用涂覆型止水结构修复现场Fig.2 Repair by coated water stop structure

水位变化区止水破损修复后的情况见图3。运行三年后现场检查发现，水位变化区面板接缝表层涂覆型止水结构能适应面板变形的要求，有效避免了冰胀力、冰推力和冰拔力对面板接缝表层止水的破坏作用，面板接缝止水结构无挤压变形及破损现象，说明面板接缝涂覆型止水结构抗冰冻破坏效果显著。

图3 水位变化区止水破损修复后的情况Fig.3 Water stop after damage repair in water level change ar⁃ea

5 结语

SK手刮聚脲作为表层止水材料，具有拉伸强度高、延伸率大、与基础混凝土粘结好、耐老化性能好、耐冲击性能好等特点。纳子峡水电站水位变化区混凝土面板接缝止水破损修复处理的实践证明，面板接缝表层涂覆型止水结构具有适应变形能力强、表面防护可靠、防冰拔及冰冻胀挤压效果好、耐久性好、易于施工、美观等优点，用于严寒地区混凝土面板堆石坝水位变化区面板接缝表层止水时，可以有效防止冰拔或冰冻胀挤压引起的表层止水破坏，大大提高了面板接缝止水的可靠性，且便于维修，值得推广应用。