聚脲彈性體在溫泉堡水庫防滲加固工程中的應用

申碧征 吳新紅

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 概 述

溫泉堡水庫位于河北省秦皇島市撫寧縣境內的湯河西支上，是一座以防洪、供水和灌溉為主的綜合利用水庫，最大壩高48m，是河北省20世紀90年代早期興建的第一座單曲混凝土碾壓壩。由于國內碾壓混凝土施工工藝還處于研究探索階段，大壩建成后壩體滲水現象較嚴重。

水庫1995年攔洪蓄水后，水位達到164.4m，距設計正常水位166.3m僅1.9m，經觀察發現，壩體下游面呈現潮濕條帶11處，明顯滲水點16處，滲漏比較嚴重。1996年汛前曾在上游面采取錨固土工膜的防滲處理措施，重新蓄水后發現下游面的漏水量雖然有明顯減少，但仍存在著滲漏現象，下游面還存在片片潮濕水跡，到了冬季下游面漏水結成積冰，對下游面混凝土的壩體造成凍融剝蝕問題，并隨著漏水量逐年增加，凍融剝蝕范圍由表向內趨勢加快，長此以往不僅會影響壩體的強度，還將影響壩體的安全運行。

2 工藝的選擇

混凝土碾壓壩壩身防滲處理，目前較常用的是對防滲體裂縫進行灌漿和在上游壩面貼復合防水卷材。相對來講，防滲體裂縫灌漿要找準裂縫，灌漿才會起到較好效果，但防滲體裂縫往往難以找準，尤其是碾壓混凝土本身防滲性能差，壩面出水點往往在壩體薄弱處或層間結合冷縫處；上游壩面貼復合防水卷材可以全面封閉壩體滲漏，但要求水庫放空，施工時間較長，而且對壩體伸縮縫處理要求較高，否則易造成防水卷材撕裂。

噴涂聚脲彈性體技術與貼復合防水卷材相比，有效彌補了后者的一些短處。首先是工期，噴涂聚脲彈性體技術雖然也要求放空水庫，但其施工時間可縮短到1／3～1／4，這對工期要求緊的水庫十分可觀；再就是因聚脲材料彈性較大，不會因壩體正常變形而材料斷裂，不需對壩體伸縮縫做特殊處理。

因此，在混凝土碾壓壩防滲處理工藝上，選擇噴涂聚脲彈性體是比較理想的一種方式。

3 壩體迎水面防滲設計

3.1 設計布置

溫泉堡水庫壩體在140m高程以上部分，采用碾壓混凝土二級配防滲，由于施工質量不好等原因滲漏比較嚴重。1996年防滲處理所采用的土工膜層由于施工和設計方法等原因，水位變動區的土工膜已老化起不到防滲的作用。因此，設計技術要求將進水口高程以上部分的土工膜拆除，在上游面（140～167）m高程范圍內采用噴涂聚脲彈性材料防滲，從上游面對滲漏通道的源頭進行第一道封堵。

3.2 主要設計參數

噴涂聚脲防滲涂料要求：凝結時間（15～30）s，固含量100%，拉伸強度大于20MPa，斷裂延伸率大于400%，撕裂強度大于70kN/m，硬度達到40～50邵D，附著力和耐磨性分別達到2MPa、20MPa，密度不小于1.05g/cm3。

基層處理劑主要質量要求：固化時間（12～20）s，與附著面（混凝土或砂漿）抗拉強度≥2.0MPa，與聚脲彈性體涂層間抗拉強度≥2.0MPa。

接縫處胎基網格布要求：縱向＞300N，布網率＞100%；橫向＞150N，布網率＞60%。

噴涂面要求：光潔混凝土或砂漿基層面，無蜂窩麻面，無油污雜物，表面平整度高差小于1mm。

3.3 質量控制要求

附著力≥2MPa；抗滲等級不小于W8；厚D≥3mm；防滲體連續，接頭部位搭接寬度不小1m。

4 聚脲防滲體在本工程中的應用

4.1 施工準備

4.1.1 施工設備

施工采用美國GUSMA專用噴涂機，聚脲噴涂施工前，首先對噴涂設備及附屬設備進行檢查，尤其是注意檢查易損件，然后按照設計技術要求對噴涂設備的參數進行設置。

4.1.2 施工原材料

檢查A、R兩組份的包裝是否完整，包裝損壞的必須棄用。由于R組份含有顏料和助劑，靜置時間過長容易沉淀，因此噴涂前應將R組份進行充分攪拌至R組份顏色均勻一致，無浮色、無發花、無沉淀為止。

噴涂施工時，R組份應使用專門的氣動攪拌設備進行同步攪拌，如無專門設備則必須在噴涂過程中定時對R組份進行攪拌，確保施工過程中噴涂材料溶液均勻不沉淀。

4.2 施工工藝流程

混凝土底材清理→基面風干→噴涂（涂刷）→潮濕型界面劑復噴涂（達到D=2mm）→養護。

4.3 基層處理

將基層用電動打磨機打磨干凈,去掉混凝土表面的空鼓軟弱層及凸物，使基層露出新茬，平整、堅固、無起砂。隨后，用高壓水槍將浮塵、油污、角質層等物質沖掉。若有凹陷處再采用多功能膠粉修補找平，滲水點噴涂施工前采用BE14潮濕界面劑處理，保證基層面干燥平整。

4.4 噴涂施工

4.4.1 噴 涂

首先在施工基層做lmm厚的Nukote Polykote可噴涂底漆，然后噴涂SUPA防水聚脲涂層（根據水頭，設計厚度1.5mm，在收邊和溢洪道頂端局部加厚到2mm）。施工時將主機配置的2支抽料泵分別插入裝有AR原料的桶內，借助主機產生的高壓（24MPa）將原料推人噴槍混合室，進行混合、霧化后噴出。在到達基層的同時，涂料幾乎已近凝膠，（5～10)s后，涂層完全固化。

在噴涂過程中，為避免因基層不平形成砂眼等死角，先從上下左右4個方向噴射，最后直面噴射。按照10m左右一個點進行現場檢測，聚脲涂層厚度和完整性能夠滿足設計要求。

4.4.2 表面狀態的控制

在噴涂時，調節噴槍的噴射角度、高度以及與底材的距離，既可以使噴涂表面達到“光滑”效果，提高美觀性，也可以使噴涂面表面形成“顆粒”效果，有利于界面不同材料的粘接。

4.4.3 封邊施工

在聚脲彈性體噴涂范圍的周邊及接頭以及特殊部位處的混凝土埋件中，為了保證聚脲涂層與混凝土的搭接牢固可靠，避免聚脲彈性體在外力作用力開口崩裂，在混凝土基面處理時，針對薄弱處采用斜槽的方法過渡，使聚脲涂層可以還平滑過渡，并用手刮聚脲保護。

4.4.4 優缺點比較

（1）優點：

① 工期短：本工程原計劃使用貼復合防水卷材工藝，計劃工期60d，運用噴涂防水聚脲體技術，僅用了15d。

② 造價低：與貼復合防水卷材（120元／m～130元／m）相比，可節約投資（25～30）元／m。若對基層面進行砂漿找平，可節省20%的涂料，但相應要延長（3～5）d工期，綜合成本可再降低5%～8%。

③ 防滲效果好：相比水泥灌漿和化學灌漿，其效果好，且無污染。

（2）缺點：

① 材料、設備專業性強：原材料和施工設備不普及，均需從專業公司(本工程從北京)調運，運輸成本較高。

② 施工時受天氣影響較大：在風力達到5級以上時，因霧化噴料損失較多，不便噴涂。

③ 聚脲彈性體為新型防滲材料，性能未知盲點多，尤其是使用壽命的長短無經驗數據可查，使用風險較大。

5 結 語

2008年6月溫泉堡水庫除險加固工程上游面聚脲彈性噴涂施工完成。雖然噴涂防水聚脲體技術存在一些局限性，但若推廣，能夠進一步降低成本。本工程經過2年多的運行觀測，基本能得到如下結論：

（1）在正常蓄水位下，大壩下游壩面基本干燥，水堰滲水量較除險加固施工前明顯減少，已顯示出良好的防滲效果。

（2）當地環保部門定期對輸水管水質進行取樣進行化驗，化驗結果未發現異樣成分。

（3）運行單位對水位波動區材料表面進行不間斷監測，未發現老化腐蝕問題，但聚脲彈性的防滲體功能使用壽命需長時間檢驗。

（4）噴涂聚脲彈性體防滲技術在技術上可行、經濟上合理，具有良好的推廣應用前景。