长距离置换式灌浆法处理大坝横缝止水渗漏

陈 磊，吴启民

（1.长江勘测规划设计研究院，湖北武汉，430010；2.杭州国电大坝安全工程有限公司，浙江杭州，310030）

长距离置换式灌浆法处理大坝横缝止水渗漏

陈 磊1，吴启民2

（1.长江勘测规划设计研究院，湖北武汉，430010；2.杭州国电大坝安全工程有限公司，浙江杭州，310030）

针对大坝运行期水下横缝止水渗漏处理问题，研究提出了利用置换式灌浆法对止水检查槽进行封堵的处理方法，并系统地介绍了该方法的工作原理、施工条件和工艺过程，以及在三峡大坝中的实际应用情况，对这一方法的特点和适用范围进行了说明，为大坝横缝止水渗漏问题的解决提供了新的途径和手段。

置换式灌浆；止水系统；渗漏；处理

0 引言

混凝土大坝迎水面坝段分缝处挡水防渗功能主要由跨缝埋设的止水系统承担，传统高坝止水系统包括两道止水片，其间设沥青井。由于沥青井构造施工较复杂、检查维护不便，近年来许多工程已以止水检查槽代之。止水检查槽外形、位置均与沥青井相似，一般在廊道附近采用水平分区、止水分段，各段上下端均通过管道与廊道连通。正常运行情况下，具有观察止水渗漏情况和排水减压的作用；施工和检修期通过对槽内封闭压水，可检查止水是否存在渗漏缺陷以及渗漏部位；当出现较大渗漏时，通过向槽内灌注聚氨酯止水材料，可达到封堵漏水通道、修复系统防渗功能的目的［1］。

在施工期和具有排干检修条件的部位，对大坝横缝止水渗漏的处理还可以选择从迎水面采取骑缝灌浆、缝口嵌填止水密封胶、表面粘贴止水盖片等多种措施；而挡水运行后，对于库水位以下渗漏处理，通常采用从廊道内灌浆以避免水下施工［2］。

止水检查槽充填灌浆一般采用水溶性聚氨酯LW，其固化后的凝胶体断裂伸长率≥80%，遇水膨胀率≥100%，其止水性能和效果远优于沥青［3］，是非常理想的变形缝止水材料，施工期及排干状态下比较容易实施。但由于LW与水混合后具有快速固化的特性，在运行期库水位以下，一旦出现止水渗漏，如何实施检查槽灌浆则是坝体运行维护中面临的技术难题。

针对这一特定问题，在分析总结前期实践经验的基础上，根据止水检查槽特点和灌浆材料的特性，通过相关试验和分析研究，笔者首次提出了置换式灌浆处理方法。

1 置换法原理和要点

坝体止水检查槽置换式灌浆法简称置换法，即首先通过充水使坝体止水检查槽内部处于有压静止状态，以设定的压力和速度将浆材从检查槽的一端注入，将槽内水体向另一端平稳推出，灌注过程中采用隔离剂使槽内水体和浆液彼此基本不接触不混合，并保持槽内压力略高于外部水压，使外部水体不能进入，最终将槽内水体全部置换成止水浆材的灌浆新技术。

该技术要点包含材料、灌浆速度和压力控制原则、灌浆顺序三个方面。

1.1 材料

隔离剂选择比重略大于水的油性溶剂，表面张力与水及聚氨酯不同，含有适量活性基团，基本不溶于水，可少量溶于聚氨酯，但不会影响聚氨酯的固化性能，灌浆过程中起分隔水和聚氨酯浆液的作用，达到延长凝胶时间的目的。

水溶性聚氨酯HW的固结体为硬韧性材料，遇水反应速度相对缓慢，可取少量作为先导液，起过渡和辅助隔水作用。

水溶性弹性聚氨酯LW的固结体遇水膨胀性好，且具有优良的弹韧性，其浆液遇水反应速度较快，适用于纯压式快速堵水［4］，在远距离有水通道中行进较长时间时容易固化，造成通道堵塞、灌浆中断。LW与HW以不同比例混合后作为主材，在保留必要膨胀性和弹韧性的同时，可适当减缓固化反应速度。

1.2 灌浆速度和压力控制原则

灌浆速度依据总注入量和浆材的凝结时间确定，排水排浆速度按照略低于进浆速度通过回浆管阀门开度控制。

灌浆压力按照大于槽内水压并满足灌注速度需要来确定，并要求灌浆期间保持平稳，避免波动。

1.3 灌浆顺序

由于浆材和隔离剂的粘度和密度大于水，灌浆采用从检查槽底部进浆，按隔离剂、先导液（HW）、主材（LW和HW混合液）的顺序依次连续灌入。试验证明，三种材料在平稳的水体内能较长时间保持稳定的分层状态。

2 主要工艺流程

2.1 设备选择和安装

选用压力平稳、操作灵活、流量满足需要并能适应场地环境的化灌泵，以止水检查槽底部连通管口作为进浆口，安装节制阀、灌浆泵和压力表；顶部连通管口作为回浆口，安装节制阀、压力表和流量计。

2.2 充水平压

关闭底部进浆管，待顶部回浆管自然出水后关闭回浆管，使槽内水流由紊流状态转为静止状态，至压力稳定后记录上下管口压力值。

2.3 灌浆压力和速度

打开底部进浆管阀门，以略高于槽内水压的压力值开始进浆，并缓慢提升压力和阀门开度，至进浆速度达到设定值后保持稳定。

2.4 同步排水

进浆管开启后，顶部回浆管亦紧随开启，并在灌浆过程中始终把回浆管排出流量按底部进浆流量的0.9倍同步控制，同时保持顶部压力值不低于灌前测量值，以避免灌浆过程中库水进入槽内。

2.5 回浆观察

回浆管在排出积水过程中保持流量稳定，隔离剂排出后做好观察计量，继续排出先导液和泡沫，确认主材原浆流出后即可关闭回浆管。

2.6 结束标准

顶部回浆管关闭后，主材灌入量达到理论容积1.2倍时，即可关闭进浆管开始闭浆。

2.7 封孔

闭浆48 h后，拆除孔口装置，扫孔50 cm，采用预缩砂浆填平捣实。

3 应用实例

3.1 基本情况

三峡大坝为混凝土重力坝，最大坝高181 m，各坝段横缝上游坝面设两道紫铜止水片，间距为1.5 m，两道止水片间设有检查槽，检查槽断面20 cm×20 cm，段长根据廊道高差设置，一般20～30 m，各段间设水平紫铜止水片分隔，每段检查槽的顶、底端分别埋设ϕ80 mm的钢管，与各相应高程坝内廊道连通。

三峡枢纽工程于1994年正式开工建设，2003年6月二期大坝开始挡水（135 m水位），2006年10月大坝开始全线挡水（156 m水位），2008年起枢纽进入正常蓄水位175 m试验性蓄水期。

2002年5月二期大坝挡水前，对上游止水检查槽进行了压水检查，对检查渗漏量大于3 L/min的15个检查槽进行了LW灌注充填。大坝挡水至2008年，二期大坝横缝止水检查槽共出现3 L/min以上漏水两处，其中一处位于泄18～19号坝段49 m高程廊道横缝排水槽，实测最大出水量129.24 L/min，由于渗漏点位于基础附近，随库底泥沙淤积渗水逐渐减小并最终停止；另一处位于左厂7号坝段65 m高程廊道。

3.2 左厂7号坝段处理

左厂7号坝段高程65 m廊道横缝止水检查槽位于高程65～94 m之间，低于水库汛限水位。实测最大渗水量27.69 L/min，随后稳定在25.0 L/min左右。2008年汛期库水位较低时，对左厂7号坝段高程65 m廊道横缝止水检查槽进行了灌浆处理。灌浆材料采用水溶性聚氨酯LW，从检查槽下端连接管口进浆，先灌入一定数量的丙酮赶水，LW跟进。上端管口排出少量泡沫后发生堵塞，灌浆受阻，后采取回浆管反灌结束。

经分析，丙酮溶液密度较小且与水相溶，在槽内渗漏量较大、水流紊乱的情况下，未能做到将水与浆液完全隔离。由于灌浆距离接近30 m，浆液在长距离输送过程中，库水通过渗漏点不断进入槽内，与LW浆液相互混合并发生固化反应，是造成槽内堵塞的主要原因。

灌浆虽然成功封堵了出水点，但浆液并未完全充填检查槽，没能在槽内形成致密连续的柱状凝胶体，处理效果不够理想。

3.3 左厂3号坝段处理

2012年10月10日，左厂3号坝段高程94m廊道横缝止水检查槽出现渗漏，出水量最大达116.3L/min，该段止水检查槽位于高程94～130 m之间，低于水库汛限水位。根据三峡枢纽质量检查专家组要求，为修复该处坝体止水渗漏缺陷，给枢纽运行和竣工验收创造有利条件，在总结以往经验基础上，采用置换式灌浆法进行了处理。

主灌浆材为LW、HW混合液，比例为6∶4，密度1.07 g/cm3，断裂伸长率126%，遇水膨胀率28%；先导液为纯HW，密度1.1 g/cm3；隔离剂为华东院科研所生产，密度1.05 g/cm3。灌浆速度50 L/min。

为确保灌浆一次成功，在上下层廊道间架设了专线电话以保证操作指令及信息反馈及时畅通，灌前采用高锰酸钾水代替主材，对灌浆全过程进行了现场模拟演练。

灌浆于2015年9月11日进行，灌浆历时48 min，共灌入主材2 400 L，回浆管出水、出浆顺畅，达到了设计预期效果。

4 结语

坝体止水检查槽置换式灌浆法在三峡大坝首次应用，达到了预期的处理效果，不仅消除了坝体渗漏缺陷、改善了大坝运行条件和内部环境，而且为完善大坝横缝止水系统构造型式，形成与之相适应的检查、观测、处理配套技术，做出了新的探索和发展，对防止大坝横缝止水渗漏问题的发生、减少其危害具有重要的理论和应用价值。该方法适用于设置了止水检查槽的大坝横缝止水系统在库水位以下的渗漏处理，应用时要注意结合所在工程的实际情况进行具体分析。此外，该方法对现场操作协同性要求较高，实施前应反复练习，做到工艺娴熟、配合精准、衔接紧密，才能达成理想的处理效果。 ■

[1]周建平,钮新强,贾金生.重力坝设计二十年[M].北京:中国水利水电出版社,2008:984.

[2]陆志华.大朝山水电站9～10号坝段横缝漏水化学灌浆处理[J].大坝与安全,2012(1):68-71.

[3]柯虎,江华贵,余鹄,等.深溪沟水电站大坝横缝大漏水治理技术[J].大坝与安全,2014(1):59-62.

[4]黄会宝,沈定斌,罗正英.铜街子水电站大坝廊道结构缝漏水分析与治理[J].大坝与安全,2012(4):50-54.

作者邮箱：cwchenlei@163.com

Application of long-distance replacement grouting method in seepage treatment of waterstop at dam transverse joints

by CHEN Lei and WU Qi-min
Changjiang Institute of Survey,Planning,Design and Research

We have studied the leakage problem of underwater transverse joints in dam operation peri⁃od,and then put forward the replacement grouting method to plug sealing check slots.This paper intro⁃duces the principle,construction condition and application process of the method.Moreover,this paper also describes the characteristics and application scope of this method,as well as its application in the Three Gorges dam,which proves that the method is effective for solving the seepage problem of dam transverse joints.

replacement grouting;waterstop system;seepage;treatment

TV698.2

A

1671-1092（2016）05-0067-03

2015-10-09

陈 磊（1967-），男，江苏南通人，教授级高级工程师，主要从事水工结构设计及研究。