聚氨酯注浆在坝体渗漏处理中的应用

高春波，高正廉

（河北省桃林口水库管理局，河北秦皇岛 066400）

聚氨酯注浆在坝体渗漏处理中的应用

高春波，高正廉

（河北省桃林口水库管理局，河北秦皇岛 066400）

坝体渗漏是水工建筑物常见病害，严重影响了我国北方寒冷和严寒地区修建的碾压混凝土重力坝坝体混凝土的耐久性和工程安全性。聚氨酯低压持续灌浆法充分利用聚氨酯特性，在桃林口水库大坝渗排水治理中收到了较好的效果，对同类坝体渗漏缺陷处理有一定的借鉴价值。

聚氨酯；低压持续灌浆；碾压混凝土重力坝；渗漏治理

1 前言

1985年我国第一座碾压混凝土重力坝——福建坑口水电站碾压混凝土坝兴建以来，碾压混凝土筑坝技术以其水泥用量小、水化热温升低、温控措施简单、施工速度快、施工设备通用性强、工程造价低等优点在我国得到长足发展。之后在我国北方寒冷和严寒地区修建了众多碾压混凝土坝。2001年以前，在东北地区修建了观音阁、温泉堡、桃林口、松月、满台城、和龙、白石等碾压混凝土重力坝，除温泉堡外，其余均为金包银防渗。此外，东北地区的丰满老坝重建方案，也选定了碾压混凝土重力坝坝型。

2001年以后，我国在西北地区修建了甘肃龙首半重半拱碾压混凝坝、新疆石门子碾压混凝土双曲拱坝、新疆伊犁特克斯河山口水电站碾压混凝土重力坝、新疆喀腊塑克碾压混凝土大坝、新疆冲乎尔水电站碾压混凝土重力坝。

就目前已建成的碾压混凝土坝而言，坝体渗漏问题普遍存在，特别是早期修建在寒冷地区的碾压混凝土坝裂缝和渗漏比较严重，因此寒冷地区碾压混凝土坝裂缝和渗漏问题已成为一个新的研究课题。

河北省桃林口水库运行以来出现的坝体上游面裂缝及其坝体渗漏等缺陷，在北方寒冷和严寒地区的碾压混凝土重力坝中具有一定的典型性和代表性。本文对该工程寒冷和严寒地区的碾压混凝土坝渗漏机理及其处理措施进行初步探讨。

2 气候特点及坝体缺陷

2.1 气候特点

桃林口水库所属流域属于季风性气候区，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，多年平均气温约10℃，年最低气温-29.2℃，最高气温38.7℃。我国北方寒冷和严寒地区年平均气温低、大坝稳定温度较低，冬季寒冷且持续时间长，气温年内变化幅度大，昼夜温差大且寒流频繁，冬季坝面附近混凝土内外温差较大。

2.2 坝体缺陷

2.2.1 上游坝面裂缝

上游坝面3#～25#坝块发现垂直裂缝31条，位置出现在每个坝段垂直水流方向1/2或1/3处。库水位下降过程中，观测到有些裂缝有明显的渗水痕迹。经过现场超声波测试，有9条垂直裂缝基本贯穿了大坝上游3.5m厚的常态混凝土防渗层。

2.2.2 坝体渗水

大坝廊道渗排水流量具有明显的周期性。图1为2010年9月至2011月4月冬季低温季节坝体渗排水流量图。从图1中可以看出，每年11月下旬至次年3月下旬冬季低温季节，大坝廊道内渗排水量加大，下游坝面出现局部洇湿现象；外界气温升高，渗水量逐渐减少，以致消失。

图1 坝体渗水量直方图

2.2.3 局部混凝土遭到溶蚀破坏

由于坝体渗排水每年都具有明显的周期性，冬季低温季节坝体含水量明显升高，而桃林口水库坝体廊道拱圈全部采用混凝土预制件，防渗效果不理想。数年来的渗水导致坝体内廊道预制拱圈之间、拱圈与立墙之间连接部位出现钙质析出，局部混凝土遭到溶蚀性破坏。图2为坝体帷幕灌浆廊道预制拱圈间渗水形成的钙质析出情况。

图2 大坝廊道钙质析出图

2.2.4 下游面渗水点附近混凝土遭到冻融破坏

由于冻融破坏，左岸下游面渗水点附近混凝土出现较为严重的麻面、剥蚀。

3 坝体渗漏处理原则

寒冷地区碾压混凝土重力坝处理应坚持“上堵下排”、“防渗为主补强为辅”的原则。

冬季低温季节，坝体裂缝加宽，裂缝渗流阻力减少，坝体渗排水流量加大，下游坝面水平施工缝特别是建设期间越冬面、度汛面形成的施工缝渗水出漏现象最为严重。封堵下游面施工缝治标不治本，不能从根本上解决问题。临时封闭下游面渗水出漏点后，坝体内部渗水压力增大，不但对坝体稳定和应力状态不利，而且还会沿其他渗水途径在下游面形成新的渗水出漏点。北方寒冷地区碾压混凝土坝，特别是碾压混凝土重力坝，由于上游面出现裂缝导致坝体渗漏量增大的最大危害往往不是出现坝体失稳，而是由于坝体渗水导致下游面坝体混凝土耐久性降低。“金包银”式碾压混凝土大坝防渗层出现裂缝渗水后，通过坝体稳定性验算，坝体稳定性虽有一定程度降低，但坝体稳定性仍能满足设计要求。冬季下游面渗水出露点附近混凝土冻融破坏严重，而坝体渗水会导致坝体内部廊道附近混凝土钙质析出，产生溶蚀性破坏。因此，北方寒冷和严寒地区碾压混凝土重力坝上游面出现的裂缝等缺陷应以防渗为主要目的。

4 坝体渗漏处理方法的选用

4.1 传统水泥或超细水泥灌浆方法的局限

传统的水泥灌浆技术是采用6kg/cm2以上压力进行操作，高压灌浆是瞬间行为，对于0.5mm以上的宽裂缝还比较顺畅，因为有较大的间隙在瞬间可以充填，但由于瞬间的压力压出的浆液不可能完全按照所设定的排气座方向渗透，必然会产生“气阻”，最多可以灌入到0.15mm的裂缝中去。处理混凝土内部裂缝导致的渗漏缺陷，这种灌浆技术效果不明显。

4.2 聚氨酯灌浆防渗堵漏的机理

水溶性聚氨酯灌浆材料是由多氰酸酯和多基聚醚化学合成的一种高分子高效防渗、堵漏材料。浆液遇水后立即发生化学反应，浆液粘度逐渐增大，生成不溶于水的弹性凝胶体，同时产生二氧化碳气体，浆液在气体产生的膨胀力作用下向四周扩散，将浆液压入孔隙，使孔缝充填密实，从而达到止水防渗目的。

4.3 聚氨酯灌浆施工工艺的优点

（1）浆液遇水后自行分散、乳化、发泡，产生良好的止水效果，其亲水性与水利工程作业环境潮湿相适应。

（2）反应后形成的胶凝固体有良好的延伸性、弹性、抗渗性、耐低温性，在水中保持原形，能与北方寒冷和严寒地区气温年内变化幅度大、年平均气温低的环境气候特点相适应。

（3）生成的胶凝体在水中浸泡对人体无害、无毒、无污染，对于为城市供水的水源地水工建筑物缺陷修复具有特别重要的意义。

（4）浆液遇水反应形成弹性胶凝体的同时释放二氧化碳气体，借助气体压力，浆液进一步压进结构的空隙，使得混凝土结构内部缺陷能完全充填密实，具有二次渗透的特点，适用于“金包银”式碾压混凝土重力坝上游常态混凝土防渗体内部疏松、蜂窝、裂缝等缺陷导致的坝体渗漏。

（5）一方面聚氨酯浆液膨胀性好、包水量大、具有良好的可灌性，另一方面“金包银”式碾压混凝土重力坝上游常态混凝土防渗体厚度一般为3～4m，即使是贯穿性裂缝其在坝体内部深度也不会超过4m，使得低压持续灌浆构成此工法的最大特点成为可能，从而保证了修补质量。

5 施工工艺

5.1 确定入渗点和灌浆部位

首先检查确定渗水入渗位置；当渗漏面积较大，不能准确判断漏水点时，用抹布擦干潮湿处，然后在漏水表面均匀撒上一层干水泥，先出现潮湿的地方，就是主要漏水点。

5.2 表面处理

使用钢丝刷沿裂缝清理出宽10～15cm范围的混凝土干净表面，用锤子和钢钎凿除裂缝两侧疏松的混凝土和砂粒，露出坚实的混凝土面，用略湿的抹布清除表面的浮尘并彻底晾干，混凝土表面的油污用蘸丙酮抹布擦干。

5.3 打灌浆孔

根据裂缝情况布置灌浆孔，孔径14mm，孔间距200mm。

5.4 清孔

用清水冲洗灌浆孔，清除孔内的粉尘。

5.5 埋嘴封缝

埋设专用灌浆孔，用快干水泥、高强封缝涂料或用环氧树脂基液粘贴玻璃丝布等方法进行表面封缝。

5.6 试压

正式灌浆前压水，目的是检查注浆嘴是否埋好、有无漏水现象，测定进浆压力和进浆量。

5.7 灌浆

用压缩空气将缝内积水吹干净，尽量达到无水或干燥状态；水平施工缝灌浆顺序为从一端向另一端，对于大坝上游面出现的垂直裂缝，灌浆按先下后上顺序进行。一般裂缝灌浆压力控制在0.3～0.5MPa，漏水量较大或贯穿防渗层裂缝灌浆压力控制在0.05～0.1MPa，压力应逐步提高，避免缝面骤然受力导致缝面开裂或封缝遭到破坏。灌浆时出浆孔见浆后即关闭该孔，但应持续压浆，灌到不再进浆时，应保持压力稳定，以恒压不吸浆为标准，按经验关闭阀门后灌浆压力再稳定保持5～10min，作为结束标准。

5.8 缝面整理

浆液凝固后，将外露的灌浆嘴切除，用砂浆封填平整、密实，表面恢复原状。

5.9 其他

上游坝面垂直裂缝多出现在工程运行以后，有些垂直裂缝深入水面以下，除进行水下施工外，可以结合水库调度，降低库水位后进行入水垂直裂缝灌浆堵漏处理。

6 结语

碾压混凝土坝的渗漏现象比较普遍，特别是北方严寒地区修建的“金包银”碾压混凝土重力坝，由于上游面常态防渗混凝土内部缺陷导致的渗水造成坝面混凝土冻融破坏，进一步发展将产生坝体混凝土溶蚀破坏、闸墩等重要部位受力钢筋锈蚀，严重影响水工建筑物的耐久性和安全性，采用聚氨酯低压持续注浆堵漏技术收效显著。

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［6］高春波，王育琳，祁立友.桃林口水库碾压混凝土重力坝缺陷及其处理［J］.河北水利，2010（9）.

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Application of Low-pressure and Continuous Polyurethane Grouting Technology in Seepage Treatment of the RCC Gravity Dam

GAO Chun-bo，GAO Zheng-lian
（Taolinkou Reservoir Management Office of Hebei Province，Qinhuangdao 066400，China）

Seepage is a frequent disease of hydraulic structures，it seriously influence the durability and safety of the RCC Gravity Dam in the cold area of north China.Low-pressure and Continuous Polyurethane Grouting Technology make full use of polyurethane characteristics，which make good results in seepage and drainage management of Taolinkou reservoir dam.The experience can be used for the other RCC Gravity Dams.

polyurethane；low-pressure continuous grouting；RCC Gravity Dam；seepage treatment

TV52

A

1672-9900（2013）01-0067-03

2012-10-29

高春波（1970-），男（满族），河北青龙人，工程师，主要从事大坝观测运行管理工作，（Tel）13833569196。