面板坝涂覆型结构止水施工工艺的分析及应用

王静雯

(江西省南昌县联圩河道堤防中心,江西 南昌 330200)

混凝土面板堆石坝是一种采用堆石体为支撑结构，以混凝土面板作为防渗体的大坝。面板坝以施工周期短、环境污染小、经济性高的优势在水利建设工程中得到大范围应用[1]。随着大量工程项目的长期投入运行，由于坝体经常承受变化温度场、水流冲击、冻融剥蚀、钢筋锈蚀等作用，造成大坝的渗透性和结构稳定性出现下降，因此混凝土结构防护对保证大坝的结构安全和耐久性意义重大[2-4]。目前，混凝土面板堆石坝表层止水设计通常在塑性填料表面设置防护盖板，利用压条锚固在混凝土面板上[5]。该结构容易在盖板与面板间存在空隙，链接螺栓在水位区易发生冰冻拉拔、钢板压条锈蚀等缺陷[6-8]。针对面板表层止水的缺陷，一些学者提出以丁基橡胶等高分子材料生产的塑性材料作为涂覆料，通过水压力作用填充在混凝土接缝中[9]，或涂覆在混凝土表面，形成封闭的保护层，防止面板表层止水结构破坏，保证混凝土面板防渗性[10]。目前广泛采用的两种填料为GB(丁基橡胶密封腻子)塑性填料、SR(聚氨酯橡胶)塑性填料，由于二者具有良好的流动止水性能、抗渗性能、耐水性能等[11]，被应用于贵州洪家渡、黔中平寨水库、杭州国电大坝等多个大型水利工程项目中，取得了优良的抗渗止水效果。本文针对聚脲涂层材料特性，结合工程领域的技术特点，对聚脲胎基布柔性复合止水涂层应用于混凝土面板坝止水工艺进行应用分析，为类似工程修补防护提供参考借鉴。

1 聚脲胎基布柔性止水涂层性能

根据美国聚脲协会按80/20原则对聚类材料的划分，将树脂组成中端氨基树脂和端氨基扩链含量大于80%的称为聚脲[12]。聚脲中由多异氰酸酯预聚体和氨基化合物、助剂等构成高分子业态混合物，具有良好的力学性能、延伸率、防渗和抗磨性能，能够与混凝土基材很好的黏结[13]。采用该类聚脲材料作为混凝土面堆石坝止水土层，在-45 ℃下仍具有优异的柔性，适用于寒冷气候施工环境，且具有施工简单，不需要专门的喷涂设备，施工质量可靠，无污染的优点，表1中为聚脲止水涂层的各项性能参数[14]。

将聚脲代替传统锚固型盖板，通过将聚脲复合胎基布涂层固化形成全封闭涂层实现面板坝接缝表层的止水防渗，既能表层止水，又能保护下部塑料填料，显著提高面板接缝防渗安全性、可靠性[15]。相较于传统锚固型卷材止水，采用聚脲胎基布复合止水涂层的拉伸强度、撕裂强度、耐老化性能均显著提高，表2中为新型聚脲止水涂层与传统卷材性能比较。

表1 聚脲止水涂层各项性能指标

表2 止水涂层性能比较

2 聚脲胎基柔性复合止水涂层应用

2.1 工程概况

某抽水蓄能电站位于我国南方某经济发达地区，水电站新建上下库两座大坝。上坝采用混凝土面板堆石坝，坝顶高程326.80 m，最大坝高48.00 m，坝顶长156.40 m，宽5.00 mm。钢筋混凝土高5.50m，顶高程329.60 m，底高程324.00 m，底板宽3.20 m。上游坝坡1∶1.4，下游坝坡1∶1.3、1∶1.4二级。左右坝肩采用重力式混凝土当墙。水库总容量112万m3，正常水位327.00 m，设计洪水位327.70 m，死水位327.98 m。大坝面板周边缝设置两道止水，顶部采用GB塑性填料，底部为“F”型铜片止水；趾缝设两道止水，顶部采用GB塑性材料，顶部为“D”型铜片止水；面板垂直缝面涂刷沥青乳液，缝内设两道止水，顶部为GB塑性填料，底部为“W1”型铜片止水。

为检测水库渗流量，在大坝下游设置量水堰进行流量监测，根据2010—2019年期间年均渗流量2.04 L/s，其中测量最大渗流量发生在2016年7月23日，最大渗流量11.20 L/s。渗流量偏大，初步判定为面板和防浪墙间填料老化所致，同时，通过对大坝面板宏观观察，可见坝体止水带存在一定剪破现象，且其周围混凝土振捣不密实。因此，针对大坝接缝位置，主要针对垂直缝、周边缝进行聚脲止水涂层处理。

2.2 面板表层接缝止水施工

大坝面板表层接缝止水土层施工工艺为：表层清理-放置橡胶层-涂刷底胶-填入GB塑性填料-装设不锈扁钢-基面清理-涂刷聚脲涂层-涂层养护。具体施工步骤如图1所示。

图1 聚脲复合涂层止水施工工艺

混凝土表面清理：在嵌填GB塑性材料时，首先清理止水结构内混凝土表面。清理过程中采用金刚石磨片磨光机清除表层浮渣、杂油，对存在于三角形缝槽内的溢流物和浮灰，可通过高压水枪或压缩空气冲洗，清理宽度为表面止水宽度两侧+5 cm。

放置橡胶棒：经过清理、干燥后的缝槽钢，将不同规格橡胶棒压入坡口底部与接缝壁嵌紧，保持橡胶棒与接缝中心的一致性。根据不同的接缝形式采用相应的橡胶棒，本文中采用φ30 mm氯丁橡胶棒嵌如面板垂直缝，用φ50 mm的氯丁橡胶棒嵌如趾板缝中。

涂刷底胶：控制SK底胶密度在0.8～1.0 g/cm3范围内，黏度大于300 MPa·s。将底胶均匀涂刷在干燥的缝槽混凝土表面上，涂刷宽度至固定扁钢处。

填入GB塑性填料：将GB塑性调料嵌如缝隙，锤压密实，为便于下段填料粘贴，将接头处理成斜面。根据设计尺寸要求，用木板制作断面形状卡片进行几何尺寸检查，根据缝口情况采用合理嵌填组合方式，确保最大程度减少嵌填空隙。施工过程中保持嵌填部位和粘贴面干燥后，进行止水操作。使用填料时，撕开防粘纸，将复合盖板铺展，根据打孔位置及间距，选择φ12不锈钢膨胀螺丝在复合盖板上打螺栓孔，控制间距200 mm。将不锈钢扁钢装在复合盖板上，并紧贴盖板下柔性填料包边缘，预紧固螺栓，保证不锈扁钢、复合盖板和混凝土紧密结合，具体止水层如图2所示。

图2 聚脲复合止水层结构

聚脲涂层施工：在GB复合盖板表面刮图聚脲止水涂层，控制涂层厚度4 mm。对于周边缝，控制聚脲与混凝土面黏结宽度为趾板一侧200 mm，面板一侧300 mm；对垂直缝，控制左右侧黏结宽度均为200 mm；对趾板缝，控制黏结宽度左右均为200 mm。聚脲施工的施工工序如图3所示。

图3 聚脲施工工序

聚脲止水涂层应在环境温度5 ℃以上，界面剂指干(粘手不拉丝)后实施。涂层施工中采用刮涂、刷涂的方式，保证刮涂均匀、无遗漏，涂层表面无气泡和鼓包，涂刷聚脲与胎基布粘贴紧密。在涂刷斜面或立面时，采取多遍涂刷的方式，一次涂层厚度控制在1 mm，当上一涂层表面干燥后在涂刷下一层，直到涂层厚度满足设计要求。聚脲止水涂层涂刷完成后，在环境温度5 ℃以上下养护72 h，养护期间内严禁过水。

2.3 接缝处止水层涂覆施工

通过对大坝宏观观察，发现在大坝200 m面板存在较少的面板挤压破坏现象，面板坝挤压破坏主要位于面板垂直压性缝，同时包括部分水平施工缝。由于面板挤压破坏造成表层接缝止水失效，使得渗漏量增大。因此在坝体潜在面板挤压破坏区域设置聚脲止水防护涂层，通过防护涂层来保证基于区域不会被渗漏。具体执行过程中，在混凝土面板粘贴厚3 mm，宽30～50 cm的GB止水板，并涂刷厚3 mm的聚脲止水复合涂层，涂层覆盖GB止水板，并超过止水板边界10 cm，在垂直缝部位接缝两侧200 cm范围铺装3 mm厚GB止水板，并在止水板表面刷涂厚3 mm的聚脲止水涂层，涂层覆盖GB止水板20 cm，如图4所示。为保证防护涂层强度，同时也需加强对堆石体的总量控制和变形协调，可布设挤压箍筋来提高面板抗挤压破坏能力。

图4 垂直缝挤压破坏修复止水涂层

通过对混凝土面板坝面板和水平缝、垂直缝进行聚脲胎基布柔性复合止水涂层施工，渗流量明显减少，修复运行两年内的平均渗流量约 1.66 L/s，最大渗流量为4.20 L/s，大坝运行后渗流量稳定，水位变化区面板接缝结构无明显变形和破损现象。

3 结 论

聚脲胎基布柔性复合止水涂层作为一种综合性能优异、耐冲刷、防渗力强、施工方便的新型高分子环保材料，能够实现面板接缝的全封闭，通过形成的涂层保护防护盖板和速效填料，从而有效地加强混凝土面板防渗效果。将聚脲止水涂层应用于某一水电站混凝土面板伸缩缝和接缝的防渗、混凝土表层防渗处理，有效降低了大坝的渗流量，接缝结构未出现明显变形和破碎，进一步验证了止水涂层的较高的防渗透性和适应变形能力强的优点。