密云水库第一溢洪道渗漏成因分析及缺陷处理

刘福平

(北京市密云水库管理处，北京101512)

1 基本情况

1.1 水库概况

密云水库总库容43.75亿m3,是一座以防洪、供水为主要功能的综合利用、多年调节的大型水利枢纽，目前是首都北京最重要的地表饮用水源地。密云水库枢纽建筑物包括2座主坝、5座副坝、7条隧洞、3座溢洪道、1座电站和1座调节池。。

1.2 工程布置

第一溢洪道位于潮河黄各庄南单薄分水岭上，为密云水库宣泄洪水的主要建筑物之一。溢洪道为河岸深孔式，平底坎带胸墙式孔口,底坎高程140m。闸首段总宽58.8m，总长度26m，设5扇10×6m深孔弧形闸门，门上为13.2m高的钢筋混凝土胸墙，闸墩厚2.2m。闸首下游为泄槽，宽度由58.8m逐渐缩减为40m，于桩号0+140m开始逐渐开扩，展宽为62.5m。出口为差动式挑水坎，泄水沿天然山坳进入潮河河道[1]。

1.3 渗漏情况

建库以来第一溢洪道共计挡水年份33个，最高水位153.98m(1994年9月16日)，2002-2015年没有挡水，2016年9月重新挡水。2017年9月初，闸前水位145m,在日常巡视检查过程中发现第一溢洪道2#中墩有漏水情况，现场观测为点状射流漏水，漏水点共计2处，均位于工作闸门下游一、二期混凝土接缝处，距底板高度分别为0.5m和0.4m。实测两处总渗漏量约每分钟0.5L，未发现其他异常情况。同时还发现1#、3#中墩门槽一、二期混凝土接缝处也有渗水水渍。

2 渗漏原因分析

2.1 现场勘查情况

第一溢洪道发现渗漏问题后，多次组织专家现场勘查，初步认为渗漏是闸门导轨附近一、二期混凝土结合处出现裂缝、形成渗漏通道所致，在目前水位情况下，渗漏问题不构成安全危险。但考虑到密云水库的重要性，必须高度重视隐患风险，及时采取灌浆措施封堵漏点。

为核实专家勘查意见,特组织了潜水员水下摸排，初步确认了上游入渗点位于2#中墩右侧闸门导轨一期、二期混凝土结合处。

为进一步验证渗漏通道具体位置,又进行了闸门泄水试验.关闭3#检修闸门(2#中墩右侧)，打开3#工作闸门，将两道闸门间的水排干，渗漏情况逐渐减少并最终停止，由此进一步排除从相邻2#闸门上游穿过2#中墩入渗的可能性，确认入渗点位于2#中墩右侧工作闸门上游。

2.2 渗漏成因分析

混凝土建筑物产生渗漏的原因是多方面的，设计或施工的缺陷、运行中遭受意外破坏作用都容易导致建筑物的渗漏，如：施工时未振捣密实，局部产生蜂窝，或本身干缩产生裂缝；在某种外力作用，使混凝土产生裂缝等等[2-4]。

混凝土是多相复合脆性材料，当拉应力大于其抗拉强度，或拉伸变形大于其极限变形时，混凝土就会产生裂缝。根据不同的深度，可以分为贯穿裂缝、表层裂缝和深层裂缝；按产生原因分，裂缝可以分成钢筋锈蚀裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、超载裂缝、地基不均匀沉陷裂缝、碱骨料反应裂缝等。对渗漏裂缝成因进行分析推断可以从混凝土材料施工、性能、运行管理和结构设计、外载作用、环境条件等方面着手实施[5]。

第一溢洪道闸墩设计分两部分主体部分和导轨部分，在混凝土浇筑施工时也是分两期浇筑。这种设计和施工方式容易在新老混凝土接合部出现裂缝。

从注水试验的情况和工程的运行情况，可以分析该处渗漏裂缝形成的原因如下：

1)1999年开始，水库进入枯水期，水库水位持续下降，至2002年水库水位低于140m,第一溢洪道开始不挡水，而至2016年9月开始再次挡水时已历经14年，因长时间暴露在空气中，温差等条件的变化使得新老混凝土接合部出现裂缝。

2)沿一、二期混凝土接缝处注水试验时，注水46L，闸门上、下游新老混凝土结合部位有多处渗水，在导轨二期混凝土表面也有几处渗水，这说明：新老混凝土接合部有渗水通道；二期混凝土浇筑不密实，有渗水通道。

3 缺陷处理方案比选

3.1 处理材料的选择

目前国内外研究情况看，投入市场的混凝土修补材料越来越多，归纳起来有三大类：水泥基质材料、树脂基质黏结材料和聚合物改性水泥基材料[6]。其中,水泥基质材料具有强度高、相容性好、施工方便等优点，但其养护期较长，不适用于抢修工程;树脂基质黏结材料具有强度高、吸水率小、抗冻融性好、抗渗性好，与老混凝土黏结性好等优点。但其固化收缩率比水泥混凝土要大几倍到几十倍，受力变形量和徐变大，价格昂贵;聚合物改性水泥基材料抗拉强度高、抗拉弹模较低，且耐磨、耐腐蚀、抗渗、抗冻性能优异，与老混凝土具有良好的黏结性能，主要用于因碳化、气蚀、冻融破坏及化学侵蚀而引起的混凝土表层开裂、表面剥蚀破坏的修补。考虑第一溢洪道的重要性，要求尽快解除隐患，并改善二期混凝土的结构强度的要求，故选择环氧树脂类灌浆材料。

3.2 处理方法的选择

水工混凝土渗漏处理归纳起来可以分为三类：表面覆盖法、剔槽充填法、注入法.前两种方法仅能对裂缝表层进行处理，而对结构整体性能有影响或有防水要求的裂缝修补，需要采用注入法.常用的灌浆材料分为化学浆材和水泥浆材。根据裂缝的性质、宽度、施工条件等具体情况选用，一般对于宽度>0.3mm的裂缝，可选用水泥灌浆，水泥灌浆具有材料来源广、价格低、强度高等优点；对于宽度<0.3mm的裂缝，宜选用化学灌浆，化学灌浆具有化学稳定性好、可灌性好、黏度低、收缩小及较高的黏结强度等特点，通过压力把灌浆材料注入并充填裂缝内部，能起到防渗和补强的作用，目前国内应用较普遍的是聚氨酯浆材和环氧树脂浆材。根据现场渗漏情况，通过渗漏通道的排查和渗漏原因的初步判断，拟采取裂缝化学灌浆+表面柔性防渗涂料封闭的方案进行处理。

4 施工具体做法

4.1 施工工艺流程

施工准备——缝面刻槽及布孔——埋管连通性检查——化学灌浆——表面清理——表面聚脲封闭——质量检查及验收。

4.2 剔槽及布孔

布孔及钻孔：沿一、二期混凝土裂缝或渗水施工缝走向两侧或骑缝设置一排灌浆孔，孔间距0.3m左右，孔深、角度以和缝面相交为准，采用手持式钻机进行骑缝钻孔，钻孔孔径比灌浆管大1-2mm,深度约15cm。

剔槽：沿着一、二期混凝土接合部的接缝剔V槽，槽口宽度3cm-5cm，深度3-4cm,剔槽长度约5m。

钻孔及V槽清理：用清水充分清理钻孔及V槽内粉尘及碎屑，露出新鲜干净表面。

封缝埋管：采用环氧砂浆进行封缝，在封缝的同时埋设灌浆管，并封堵严密。在闸门导板上下游填设灌浆管，一进一出，下游为主灌浆管，上游为排水排气回浆管。

压水检查：当封缝的环氧砂浆达到一定的强度后，利用预埋的灌浆管进行水压检查，稳压压力0.3-0.4MP，检查钻孔与缝的串通情况，及封缝止浆效果，疏通缝隙，进一步确定灌浆参数及所需灌浆材料的用量。对于漏水的地方，重新封缝止浆处理。

4.3 灌浆

浆液配制：灌浆材料为环氧灌浆材料，电子秤称量，人工辅助搅拌棒搅拌均匀，将A(树酯)、B(固化剂)两组份材料按10∶1混合；配浆少量多次，每次配浆量要与进浆速度相应，每次配浆量0.5-1.5kg，避免因灌浆时间长造成配制浆液停放时间长，黏度增大，灌注困难，影响灌浆质量。

灌浆：由下至上依次灌浆，从下游下层注浆管开始注浆，待上游回浆管排出内部水、气后排出浓浆时，封闭回浆管。根据吸浆量情况逐步升至设计压力，在吸浆量<1ml时，保持压力持续灌注3-5min即结束灌浆。3h以后检查注浆效果，对管口不饱满的胶管进第二次灌浆，直至饱满。各闸墩环氧树脂注入量汇总见表1。

表1 第一溢洪道渗漏处理环氧树脂灌浆注入量汇总表

4.4 表面封闭处理

化学灌浆后待凝，切除表面出露灌浆管，用角磨机对基面混凝土进行打磨，打磨宽度为缝两边各不少于12cm，用高压水枪冲洗表面的灰尘、浮渣。混凝土基面打磨处理后，清洗及风干表面，涂刷专用潮湿面界面剂，涂刷厚度要求薄而均匀，无漏涂，待界面剂初凝后，用刮刀刮抹第一层聚脲，并黏贴一层胎基布，间隔4-6h待第一次聚脲干燥后，施工第二遍聚脲，再依次施工第三、四遍，直至厚度达到2mm。

5 结 论

综合闸墩渗漏及处理情况，得出结论如下：①第一溢洪道渗漏主要是闸门导轨混凝土结合处出现裂缝形成渗漏通道所致，与闸墩主体结构无关；②经过压水及灌浆发现，闸墩二期混凝土内部尤其是上部存在蜂窝及不密实部位，其中2#闸墩两侧共注入环氧树脂灌浆材料90.92kg，约84.2L。渗水通道除1#闸左侧墙、3#墩、5#闸右侧墙存在少许混凝土裂缝外，其余皆为一二期混凝土结合缝，形成上下、内部、上下游连通性渗水，通过化学灌浆进行处理，封堵了渗水通道；③采用环氧树脂灌浆材料具有黏度低、物理力学性能好等特点，使结构加固。