高分子材料在浆砌石拱坝防渗加固中的应用

刘纪亮，武庆明，宋艳艳

（1.烟台市蓬莱区水源工程运行维护中心，山东 烟台 265600；2.烟台市蓬莱区水务局，山东 烟台 265600；3.烟台市蓬莱区水库管理中心，山东 烟台 265600）

小柱黑老婆湾水库位于蓬莱区村里集镇小柱村西北清洋河支流上，控制流域面积3.1 km2，干流长3.56 km，河道干流平均比降为0.039。工程于2001年9月建成，水库总库容为12.0万m3，是一座集防洪、农业灌溉等综合运用的小（2）型水库。

2020年11月，蓬莱区水务局组织对小柱黑老婆湾水库进行了安全鉴定，鉴定结论为三类坝。水库存在的主要问题：浆砌块石拱坝坝顶与混凝土子埝接触位漏水严重，混凝土子埝存在多处竖向裂缝，支墩及左右两侧砌石拱坝坝体局部漏水等。建议对浆砌石坝体进行防渗加固处理，对子埝及子埝与坝体接触部位进行加固防渗处理或拆除重建。

水库除险加固工程于2021年5月3日开工，6月15日主体工程完工，6月20日进行了蓄水验收。

1 大坝防渗加固工程设计

根据工程实际情况，大坝防渗工程设计拟定迎水面新建钢筋混凝土防渗面层与迎水面新建防渗涂层两种方案进行比较。

方案一：新建钢筋混凝土防渗面层。上游面新建C30钢筋混凝土防渗面层，厚0.5 m，表层设钢筋网，直径为Φ12，间距0.3 m×0.3 m，坝体设置Φ16锚筋，呈梅花型布置，间距为2.0 m×2.0 m，锚筋深入原坝体0.6 m，并采用锚固粘结剂粘结。混凝土防渗层每隔10 m分一道缝，缝宽20 mm，缝内填充沥青松木板，设紫铜片止水。

方案二：新建高分子材料防渗涂层。对大坝迎水缝砌石缝进行凿除处理，基面、缝面打磨、吹洗完成后，涂刷一道聚合物净浆；然后涂抹聚合物砂浆，挂钢丝网（Φ2＠4 cm），修复厚度不小于2 cm。涂刷底层专用基液后，涂抹快速修复抗冲磨材料，厚度1 mm，然后涂刷双组分环氧界面剂，表干后刮涂单组分聚脲防水涂料，厚度不小于1.2 mm。修复过程中每隔10 m预留一条伸缩缝，缝宽20 mm，缝内填充聚氨酯密封止水材料。

通过对上述两个方案进行技术经济比较，钢筋混凝土防渗面层厚度0.5 m，主要工程量为C30混凝土50 m3，钢筋制作及安装6 t，钢木模板120 m2，紫铜止水片14 m，投资15.3万元，所需工日178个；高分子材料防渗涂层修复处理厚度2.2 cm，主要工程量为聚合物净浆3 kg，聚合物砂浆54 kg，钢丝网100 m2，单组分聚脲12 kg，投资9.2万元，所需工日32个。从方案比较看，钢筋混凝土防渗面层方案虽然施工工艺成熟，但投资较高且施工进度较慢；高分子材料防渗涂层方案投资省，施工进度快，且外表美观实用。

本次大坝防渗工程设计采用高分子材料防渗涂层方案，迎水面防渗涂层与坝基接触部位清理干净后由坝基（含坝肩与坝脚处坝基）处向库内处理水平段长0.5 m，形成封闭防渗体系。大坝下游面砌石间砂浆浸水及老化严重部位（主要集中在重力墩两侧及右坝肩）凿除后，采用M15砂浆填充并勾凹缝处理。

2 高分子防渗材料的特点

2.1 单组分聚脲防护涂料

该材料以功能性聚醚多元醇、脂肪族异氰酸酯及自制的潜型固化剂为主要原料，与多种助剂和填料配置而成，接触空气中的湿气固化，整个反应过程中不会产生二氧化碳，可成膜任意厚度不鼓泡。产品为外露型涂料，抗冲磨性能良好，防水性优异，是目前为止耐久性最长的柔性涂层之一，在阳光下暴露，耐久性可达30年以上。

材料特点：绿色环保，性能稳定，低温柔性好；具有超高耐久性，具有良好的抗紫外线能力，表面不粉化，耐强酸，耐强碱；具有超高力学性能，拉伸强度可达16～23 MPa，变形能力大，断裂伸长率可达200%～500%；对于基材的浸润时间长，浸润性好。与多种基材粘结性优异（混凝土基材粘结强度≥4.0 MPa；花岗岩基材粘结强度≥2.5 MPa）；施工便利，颜色可调，既有手刷型又有喷涂型，使用寿命长，性价比高。

2.2 高性能改性聚合物砂浆

该材料作为一种高分子聚合物乳液改性水泥砂浆，以自改性的聚合物乳液为主材，与改性粉料、特种水泥、精制混合标准砂、高性能减水剂、助剂混合而成，其和易性得到了根本改善，施工更为高效便捷（功效节省80%以上），力学性能更为优异。同时具有优异的耐磨、粘结、抗裂、防水、防氯离子渗透、耐老化等性能。

材料特点：弹性模量降低、收缩小、抗裂性显著提高；与老砂浆及钢板粘结强度提高；密实性显著提高；绿色环保、施工方便、成本低，能够达到防止老混凝土进一步碳化，延缓钢筋锈蚀速度，抵抗剥蚀破坏的目的。

3 大坝高分子材料防渗涂层施工

大坝防渗工程施工采用高分子材料防渗涂层方案，施工作业面为预先搭设的脚手架平台。

3.1 修复处理

1）基面处理。首先，对施工缝凿除处理，对坝面上存在的原施工缝进行凿除处理，凿除深度低于坝面5 mm。其次，对浆砌石面打磨处理，使用钢丝轮对浆砌石坝面和缝面进行打磨处理，去除表面浮浆、水锈和碳化层。最后，进行基面吹洗，对于打磨合格的基面先使用高压水冲洗松动颗粒和粉尘，再使用大功率吹风机对基面表面吹干清洁，保证基面无杂物粉尘及明水。

2）涂刷净浆。施工顺序为先修复施工缝，再修复浆砌石面。涂抹高性能改性聚合物修补砂浆前，在饱和的混凝土基面上需刷一道自改性聚合物净浆，净浆配比按厂家提供进行。

3）砂浆拌制和涂抹。按照产品使用说明进行拌制。涂抹砂浆前，对原基面放线设定高程点，抹面时保持原弧面和曲率半径，不能改变原设计尺寸；将拌制好的砂浆用抹刀根据实际情况涂抹到已刷好基液的基面上，涂抹时尽可能同方向连续摊料，并注意衔接处压实排气。边涂抹边压实找平，表面提浆。涂层压实提浆后，间隔2 h左右，再次抹光。修复过程中完成挂钢丝网操作，增强修复层的抗拉强度。立面修补时，特别注意与混凝土基面的结合质量，防止脱空和下坠。当修复厚度大于2 cm时应分层多次涂抹修复，且每次抹面厚度不超过7 mm。坝面砂浆修复平均厚度2 cm。预留伸缩缝，伸缩缝间隔为10 m，伸缩缝尺寸2 cm×2 cm。

4）砂浆养护。高性能改性聚合物修补砂浆涂抹完毕后，需将施工区进行隔离养护，养护期3～7 d，养护期间内禁止人员踩踏或被重物撞击。采用洒水养护。

3.2 伸缩缝嵌填密封胶处理

1）缝面清理。用角磨机对伸缩缝两侧进行打磨，使表面粗糙，然后用大功率吹风机将缝内粉尘杂物吹除干净。

2）密封胶拌制。按照厂家提供比例将密封胶搅拌均匀。

3）嵌填聚氨酯密封胶。用油灰刀将聚氨酯密封胶嵌入伸缩缝中，嵌缝深度2 cm，缝内胶应按压密实，避免断头空洞，表面修饰光滑饱满。

4）养护。采取自然养护，避免人为破坏。

3.3 防护处理

1）基面处理。使用角磨机对基面进行打磨处理，将表面打磨成为粗糙面，然后用大功率吹风机将表面砂粒、灰尘吹去，使基面干燥、洁净、无灰尘。

2）专用底涂涂刷。使用滚筒或排刷将专用底涂均匀地涂刷在合格基面上，要求涂刷部位均匀，无漏涂、无堆积，封闭水汽的同时，增加修复材料与基面之间的粘结强度。

3）新型快速修复抗冲磨材料涂抹。按照产品使用说明进行拌制。将拌制好的新型快速修复抗冲磨弹性材料用抹刀根据实际情况涂抹到已刷好底涂的基面上，涂抹时尽可能同方向连续摊料，并注意衔接处压实排气。边涂抹、边压实找平，表面提浆。涂层压实提浆后，间隔2 h左右，再次抹光，修复厚度1 mm。新型快速修复抗冲磨弹性材料涂抹完毕后，需将施工区进行隔离养护，养护期3～7 d，养护期间要注意防止修复材料表面被水浸湿、被人员践踏或被重物撞击。

4）专用界面剂涂刷。新型快速修复抗冲磨材料养护完成后再次进行除尘清理，然后使用滚筒或排刷将专用界面剂均匀地涂刷在基面上，要求涂刷部位均匀，无漏涂、无堆积。

5）聚脲涂刷。待界面剂表干后，将单组分聚脲用塑料刮板均匀刮涂，每次刮涂厚度控制在0.2～0.3 mm，分多次进行刮涂，上次涂层表干后再进行下次涂层涂刷，时间间隔一般不大于12 h，最终保证聚脲涂层整体厚度达到1.2 mm。

4 结语

在浆砌石拱坝除险加固工程中，大坝坝体防渗是重中之重。烟台市蓬莱区小柱黑老婆湾水库除险加固，放弃采用传统新建钢筋混凝土防渗面层的方案，探索采用了新建高分子材料防渗涂层方案，一是解决了山丘区高落差钢筋网制作安装和混凝土浇筑难度大的问题；二是施工进度快，缩短了施工周期，确保了水库除险加固在主汛期前主体工程完工并通过蓄水验收；三是节省了工程投资，且工程外表美观实用，完全满足大坝坝体防渗需要，在工程实践中取得了良好效果，为同类工程实施大坝坝体防渗积累了良好的经验。