喷涂聚脲技术在犁地坪水库混凝土面板坝面板裂缝处理中的应用

林 赛，杜振坤，张宝琼

（1.云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021；2.中国水利水电科学研究院，北京 100038）

喷涂聚脲技术在犁地坪水库混凝土面板坝面板裂缝处理中的应用

林 赛1，杜振坤2，张宝琼1

（1.云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021；2.中国水利水电科学研究院，北京 100038）

地处高原气候寒冷地区的犁地坪水库采用具有科技含量高、物理力学性能好、施工工艺简单、使用年限长的新型无溶剂、无污染的环保型现场固化成型施工技术——喷涂聚脲弹性体技术进行混凝土面板坝大面积的面板裂缝处理，聚脲防水涂料的涂层厚度仅有2.0 mm；工程投入运行现已进入第四年，水库蓄水至高于正常蓄水位1.3 m的最高水位时，下游坝脚渗流观测值为 9.63 L/s，渗流水水质清澈，防渗效果很好。该技术以其优异的防渗、防腐、耐磨和耐老化性能，在水利水电工程等领域具有广阔的应用前景。

混凝土堆石面板坝；喷涂聚脲弹性体技术；混凝土面板裂缝处理

1 研究背景

混凝土面板堆石坝具有工程量小、安全性能好、施工期短和工程投资较低等优点，是一种具备较强竞争力的主流坝型。面板坝防渗系统由混凝土面板、趾板及其止水系统、垫层料、上游黏土斜铺盖、防渗帷幕组成。趾板是一种承上启下的防渗结构，在趾板上进行的基础固结灌浆和帷幕灌浆、左右岸灌浆帷幕构成大坝完整的地下防渗系统。

作为大坝的主要防渗体，面板混凝土裂缝是影响大坝工程质量和运行安全的关键问题，因此混凝土面板的防裂和裂缝处理措施是混凝土面板堆石坝工程的重要课题。近些年来，随着材料技术的发展，新的混凝土面板裂缝处理方法开始在工程中得到应用，喷涂聚脲弹性体技术就是其中最有效的混凝土面板坝面板裂缝处理施工技术之一［1］。

本文针对犁地坪水库位于高原气候寒冷地区，混凝土面板坝的面板易产生因昼夜温差较大引起的温度应力裂缝，且施工后混凝土面板已有的裂缝数量较多、分布面积较大以及存在贯穿性裂缝的特点，进行混凝土面板坝面板裂缝处理的研究，采用喷涂聚脲弹性体技术处理面板裂缝，使其起到作为大坝主要防渗体的防渗作用，达到水库安全运行的目的，为其它类似工程的混凝土面板裂缝处理提供借鉴。

2 混凝土面板坝面板裂缝问题及处理方法

2.1 混凝土面板裂缝问题混凝土面板堆石坝的面板都会产生裂缝，裂缝产生的原因是多方面的，主要与面板混凝土自身特性以及面板所处的环境、施工条件等因素有关。面板裂缝主要由干缩裂缝、减缩裂缝、挠曲应力裂缝和温度应力裂缝组成。混凝土在凝结干燥过程中，其内部水分的蒸发使混凝土产生干缩变形而可能产生干缩裂缝。混凝土在硬化过程中，胶凝材料水化使混凝土自身体积缩小而可能产生减缩裂缝。混凝土面板是设置于坝体垫层区上的超薄板，在坝体沉降和其它荷载如水压力、浪压力等作用下，使面板顶部附近坝体内部产生变形而引起面板顶部架空，该部位的混凝土面板会产生较大的弯曲应力，并可能导致产生张拉裂缝。气温的升降会使混凝土表面和内部形成较大的不均匀温差而产生温度应力，易导致产生温度应力裂缝，而温度应力是面板产生裂缝的主要原因［2-4］。

2.2 混凝土面板常规裂缝处理方法混凝土面板裂缝主要采用表面覆盖法、低压注浆法和开槽法等三大类常用处理方法进行修补裂缝。

表面覆盖法是一种在细微裂缝（缝宽小于0.3 mm）的表面上涂刷防水材料（如非硫化橡胶、水泥基渗透结晶防水涂料、环氧增厚涂料等），或在裂缝表面直接进行封闭处理（如用裂缝快速修补带、SR防渗保护盖片等粘贴在裂缝表面），以达到修补混凝土细微裂缝目的的裂缝处理方法，其缺点是修补工作无法深入到裂缝内部，难以追踪延伸裂缝变化。

低压注浆法为低压化学灌浆裂缝处理方法，适合修补缝宽大于0.3 mm的裂缝，其浆液可深入到裂缝深处，裂缝处理效果好，但施工工艺较复杂，施工期相对较长。低压注浆法主要有开槽埋管法、打斜孔埋管法和贴嘴无损法，化学灌浆材料采用活性稀释剂改性系列、改性环氧灌浆材料系列等。开槽埋管法由于要在混凝土表面开槽，存在对面板原结构破坏较大、灌浆材料损耗大、开槽处难以修复好等问题，现已很少使用。打斜孔埋管法虽然施工方法相对简单，对混凝土结构破坏较小，但存在管容耗浆量大、细微粉尘易堵塞缝面而影响灌浆质量。贴嘴无损法具有无钻孔、无孔容耗浆、易找准裂缝、对混凝土裂缝无损伤、成本较低等特点而得到广泛使用。

开槽法适合修补缝宽大于1.0 mm的裂缝，施工时先骑缝开槽，采用改性环氧树脂砂浆、或嵌缝GB、SR等材料充填嵌缝，然后进行封闭表面处理。该法裂缝处理效果好，但对混凝土面板结构有一定的破坏，对裂缝的修补难于达到裂缝深处，处理部位影响美观。

3 喷涂聚脲弹性体技术

喷涂聚脲弹性体技术（Spray Polyurea Elastomer简称 SPUA）始于20世纪 90年代，是一种广泛应用于水利水电工程、海洋工程、工业与民用建筑、公路、铁路、机械、化工以及军事等领域的新型无溶剂、无污染的环保型现场固化成型施工技术，其喷涂材料——喷涂聚脲防水涂料是目前国际上最先进的防渗、防腐材料。

3.1 喷涂聚脲防水涂料喷涂聚脲防水涂料（spray polyurea walerproofing coating）是以异氰酸脂类化合物为甲组分、胺类化合物为乙组分，采用喷涂施工工艺使两组分混合、反应生成的弹性体防水涂料。甲组分是异氰酸酯单体、聚合物、衍生物、预聚物或半预聚物。乙组分是由端氨基树脂和氨基扩链剂等组成的胺类化合物时，称为喷涂（纯）聚脲防水涂料；乙组分是由端羟基树脂和氨基扩链剂等组成含有胺类的化合物时，称为喷涂聚氨脂（脲）防水涂料。聚脲防水涂料物理力学性能见表1［5］。

3.2 喷涂聚脲弹性体技术在混凝土裂缝处理中的优势聚脲防水涂料具有力学强度高、抗冲击、高伸长率、防水、耐磨、耐腐蚀、耐老化及耐交变温度（压力）等突出性能。双组分为100%固体含量，具有环境友好特性。涂料硬度可调节范围大（弹性体/钢性体），可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，一次施工即可达到设计厚度（厚度仅有1.0～5.0 mm）、裂缝处理面积要求，克服多层施工的弊病。在施工过程中受环境温度、湿度影响小，涂层固化快速、不产生流挂现象、平整无接缝、不分层开裂和空鼓，与混凝土、钢材、铝材等底材附着力好，具有施工速度快、整体性能优异等特点，投入使用后不需要维护，使用年限长，综合效益好。涂料施工时可根据建筑物外观要求进行涂料颜色调制，美观大方［1］。

3.3 混凝土面板裂缝处理施工工艺

3.3.1 对外界环境要求

（1）室外温度不低于15℃、底材表面温度不低于5℃；

（2）空气相对湿度≤75%；

（3）风力超过三级时严禁施工；

（4）在各种设备、管路的安装或油漆施工之前进行聚脲喷涂施工。

表1 聚脲防水涂料物理力学性能表

3.3.2 施工所需材料

①所选用型号的喷涂聚脲涂料；②堵缝料；③底漆；④面漆；⑤增强层卷材（如聚酯无纺布、化纤无纺布、玻璃纤维布等）及专用涂料；⑥层间黏合剂；⑦密封胶；⑧防污胶带。

3.3.3 施工工艺流程

（1）细部构造处理：在混凝土面板喷涂聚脲涂层边缘开槽或打磨成斜边，开槽深度不能大于混凝土的钢筋保护层厚度。

（2）混凝土面板基面清理：打磨混凝土底材基面使其表面平整、无油污、灰尘及残留的水泥块等杂质；用清水冲洗，晾干后再用高压风吹干，保持混凝土底材基面干燥和完整。

（3）基层处理：将裂缝宽度≥3.0 mm的裂缝口凿宽并清扫干净，嵌入堵缝料，在喷涂聚脲涂层范围内基面上涂刷底漆，然后在裂缝部位采用专用涂料粘贴增强层卷材条带。

（4）喷涂聚脲防水涂料：在增强层施工后的12 h内采用专用喷涂设备进行聚脲涂料的喷涂施工，之后在聚脲涂料的涂层边缘用密封胶做好收头处理。

（5）面漆施工：在喷涂聚脲涂料施工后的12 h内进行面漆施工［6］。

4 犁地坪水库混凝土面板坝面板裂缝处理

犁地坪水库工程地处云南省迪庆藏族自治州维西县境内，距维西县城15 km，是位于澜沧江流域一级支流永春河上游左支庆福河上的以农田灌溉为主、兼顾县城供水及农村人畜饮水的重点小（Ⅰ）型水利工程，水库总库容735.6万m3，设计灌溉面积2.97万亩，城乡年供水量174.71万m3。

4.1 大坝结构设计大坝坝型为混凝土面板堆石坝，坝顶高程2 487.0 m，最大坝高59.0 m，坝顶宽

6.0 m，坝顶长116.0 m，坝顶设1.2 m高防浪墙，坝体上、下游坡为1:1.4（见图1）。坝体从上游至下游分为：面板上游面下部黏土斜铺盖（1A）及其任意料盖重区（1B）、混凝土面板及趾板、垫层区（2A）、特殊垫层区（2B）、过渡层区（3A）、主堆石区（3B）、次堆石区（3C）、超径堆石区（3D）及下游块石护坡。面板采用等厚布置形式（厚度为0.45 m），共分为10块，垂直缝间距12.0 m，水平向不设施工缝，为一期施工完成。趾板基础置于强风化岩基上，其宽度为6.5 m，厚度为0.6 m，伸缩缝分缝长度7.0～14.0 m。

大坝坝体填筑料、混凝土粗细骨料的料源均由距坝址上游2.6 km的石料场强～微风化石灰岩开采供应，黏土料由距坝址下游4.5 km的土料场开采供应。

帷幕灌浆防渗标准为q≤10 Lu，采用单排孔，孔距1.5 m，灌浆底界伸入到坝基相对隔水层内5.0 m；趾板基础下固结灌浆孔深为8.0～6.0 m，间排距1.5 m。

图1 混凝土面板堆石坝标准剖面图

4.2 混凝土面板防裂设计由于工程区地处高原气候寒冷地区，冬季最低气温-9℃，昼夜温差最高达23℃，混凝土面板和趾板易发生冻胀破坏。因此设计采用加引气剂的抗冻混凝土，其强度、抗渗、抗冻等级为 C 25 W 12 F 200，骨料采用二级配，极限拉伸应变≥1.0×10－4；根据面板限裂要求（最大裂缝宽度≤0.2 mm），综合考虑温度、混凝土干缩、自重、水荷载等对面板的影响，面板采用单层双向配筋，钢筋置于面板中部，选用HRB335钢筋，顺坡向、水平向配筋均为Ф20@200 mm；死水位以上水位变幅区的面板表层配置双向HPB235温度钢筋，顺坡向、水平向配筋均为φ8@150 mm；面板下垫层细料小于5 mm的含量为25%～40%，小于0.075 mm含量≤5%，级配连续，设计压实干密度22.5 kN/m3，孔隙率≤17.5%，渗透系数为1×10-3cm/s。

4.3 施工期混凝土面板裂缝处理及效果

4.3.1 混凝土面板裂缝处理设计方案 在施工过程中，由于气候因素、施工、混凝土面板养护时间不足及养护力度不够等原因，在混凝土面板施工完成的第一年中就出现很多裂缝，其中较大裂缝共58条，贯穿性裂缝占9条，面板主要裂缝分布见图2。

由于本工程的开发任务之一是县城供水及农村人畜饮水，设计采用环保型的喷涂聚脲弹性体技术和表面开槽覆盖法进行混凝土面板裂缝处理。

受气候影响较小的死水位2 454.5 m以下、面板上游覆盖黏土斜铺盖的面板裂缝采用表面开槽覆盖法进行裂缝的修补处理，即先在裂缝部位凿出60 mm×30 mm三角形槽，用GB填料充填，再用6 mm厚三元乙丙GB橡胶复合板覆盖、不锈钢扁钢和膨胀螺栓固定。

根据业主对大坝的景观需求，同时为防止面板裂缝范围继续扩展、增强面板的整体强度和抗渗性能，对死水位以上受气候影响较大、易产生裂缝的水位变幅区范围内的面板，采用聚脲防水涂料对分布有裂缝的面板进行大面积喷涂施工，其喷涂范围是在面板裂缝两侧各向外延伸长度不小于1.0 m，喷涂厚度2.0 mm，面板垂直止水缝处的GB橡胶复合板范围内不喷涂聚脲涂料；以单块面板作为喷涂单元，施工期最大喷涂面积为594 m2。面板裂缝处理见图2。

4.3.2 大坝施工质量检测及裂缝处理效果

（1）大坝填筑过程中对坝体各分区填筑料和河床卵砾石层基础进行抽样室内试验、现场原位试验，其检测指标均达到规范要求。混凝土面板施工前预留了8个月的坝体沉降时间，其间施工观测坝体最大沉降值为48 mm，坝体沉降量较小，不会产生变形破坏，满足规范及设计要求。

图2 大坝面板裂缝处理图

（2）大坝防渗帷幕灌浆施工质量检测采用分段压水试验，按帷幕灌浆孔的10%布置，抽检检查孔为14孔，压水试验段数为 94段，透水率检测值为q=0.3～5.95 Lu，其中透水率在 q=5～10 Lu范围内的为6段，占6.38%，施工质量满足q≤10 Lu的设计防渗要求。面板混凝土的强度、抗渗、抗冻等级检测指标达到C25W12F200设计要求，喷涂聚脲防水材料物理力学指标检测值均满足规范要求。

（3）2014年7月水库蓄水至最高水位2 482.51 m、高于正常蓄水位1.3 m时，下游坝脚量水堰渗流量观测值为9.63 L/s（扣除大坝填筑前防渗帷幕下游地下水泉眼渗水量观测值0.64 L/s），渗流水水质清澈；左、右两肩坝紧靠帷幕轴线下游侧的两岸坡UP1、UP5测压管地下水位观测值与蓄水前相比，分别上升18.1 m、15.3 m，比正常蓄水位分别低15.1 m、14.9 m，形成防渗帷幕。埋设于河床部位大坝横断面的渗压计P（见图1）——紧靠帷幕轴线下游侧坝基下的P1观测值折算成水面线高程，比正常蓄水位低18.1 m，形成防渗帷幕；P2、P3观测数据异常，面板下侧P5、次堆石区坝基下的P4观测值均为3.1 m，表明混凝土面板后的坝体为半透水体，坝体内渗流浸润线向下游方向缓降贴近坝基表面，排水功能较好。因此大坝混凝土面板裂缝处理后，其整个防渗系统均满足混凝土面板堆石坝设计要求，防渗效果很好。

5 结语

根据犁地坪水库工程区地处高原气候寒冷地区，昼夜温差较大，混凝土面板易发生冻胀破坏从而继发产生混凝土裂缝的地域特点，采用喷涂聚脲弹性体技术对犁地坪水库混凝土面板堆石坝的混凝土面板进行大面积裂缝处理，阻止了处理范围内的细小裂缝继续扩张，提高了混凝土面板的整体性和防渗性能，延长了混凝土面板的使用寿命，该技术用于大面积混凝土面板裂缝处理在国内尚属首次。

喷涂聚脲弹性体技术采用新型的施工工艺，喷涂初期设备投资相对较大，施工技术含量高，需要专业化的施工。因其具有科技含量高、物理力学性能好、环境友好、使用年限长以及施工速度快的特点，适合长效防水、防腐、耐磨、耐老化要求高以及不易维修的水下重点工程，在水利水电工程防渗处理方面具有广阔的推广应用前景。

［ 1］ 黄微波.喷涂聚脲弹性体技术［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［ 2］ 郦能惠.高混凝土面板堆石坝新技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2007.

［ 3］ 王子健，刘斯宏，李玲君，等 .公伯峡面板堆石坝裂缝成因数值分析［J］.水利学报，2014，45（3）：343-350.

［ 4］ 罗福海，张保军，夏界平.水布垭大坝施工期面板裂缝成因分析及处理措施［J］.人民长江，2011，42（1）：50-53.

［ 5］ GB/T 23446—2009，喷涂聚脲防水涂料［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［ 6］ 黄微波，等.喷涂聚脲弹性体的施工工艺［J］.上海涂料，2006，44（10）：42-43.

Application of spray polyurea technology in concrete panel crack treatment of Lidiping Reservoir

LIN Sai1，DU Zhenkun2，ZHANG Baoqiong1
（1.Yunnan Water conservancy and Hydroelectric Survey，Design and Research Institute，Kunming 650021，China；2.China Institute of Water Resource and Hydropower Research，Beijing 100038，China）

The site curing construction technology was used to the Lidiping reservoir，which is located in the plateau climate cold areas.The technology is characterized by high technology content，physical and good mechanical properties，and simple aonstruction process.Moreover，the technology adopts a new sol⁃vent-sree，which can be used for a long time，and pollution-free environment-friendly construction technolo⁃gy，namely an elastic technology.of spraying polyurea.The technology isto trea the large-area panel cracks of the concrete face dam.Polyurea waterproofing paint coating is only 2.0 mm.Project has now en⁃tered its fourth year sina it was put intooperation.The seepage observation downstream of the dam foot is 9.63 L/s，when the reservoir reaches the highest level，which is 1.3m higher than the normal level.The seepage water quality is clear，and seepage effect is good.The technology for its excellent seepage，sorro⁃sion，abrasion and anti-aging properties，has broad application prospects in the field of water resources and hydropower engineering.

concrete face rockfill dam；spray polyurea elastic technology；concrete panel crack treatment

TV641.4

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.01.011

1672-3031（2015）01-0068-06

（责任编辑：李福田）

2014-06-04

林赛（1962-），女，广东阳江人，高级工程师，主要从事水利水电工程建筑设计工作。E-mail：799428706@qq.com