化學灌漿在水電站廠房底板混凝土裂縫處理中的應用

宋冰

摘 要：針對電站底板混凝土裂縫問題，采用LW/HW化學灌漿進行防滲加固修復處理。灌漿記錄及鉆芯取樣分析成果表明：水溶性聚氨酯以其良好的親水性、變形適應性和膨脹伸展性，可以有效灌填密實混凝土裂縫，達到裂縫永久性堵漏與混凝土結構補強加固修復效果。

關鍵詞：水電站；混凝土裂縫；化學灌漿；加固修復

中圖分類號：TV431 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0118-02

Application of Water-soluble Polyurethane in Anti-seepage and

Leak Treatment for Hydraulic Structures Cracks

SONG Bing

Abstract： In order to solve the concrete cracks problems in hydropower station floor， the LW/HW chemical grouting had been adopted for seepage reinforcement and repair. The results of analyzing the grouting records and core sampling showed that the water-soluble polyurethane with good hydrophilicity， deformation adaptability and expansibility could effectively fill the concrete cracks ，which could achieve the anti-seepage effect by cracks permanent plugging and strcture reinforcement.

Keywords： hydropower station；concrete cracks；chemical grouting；reinforcement repair

受當時建設歷史背景、建設標準、施工質量和綜合投資資金等因素的制約，我國20世紀60年代至80年代大量修建的中小型水電站普遍存在壩體結構單薄、防洪標準偏低等問題，加上幾十年的運行，電站存在壩體結構裂縫、電站廠房底板裂縫、消力池底板裂縫等危害，嚴重制約了電站發電效益、生態效益和社會效益的正常穩定發揮。我國從20世紀60年代初就開始對化學灌漿展開研究，并在70年代后期開始在水工建筑物裂縫填充領域應用，經過50余年的發展，取得了非常良好的應用效果[1]。聚氨酯化學灌漿作為快速有效防滲堵漏材料，以其遇水固化、浸水膨脹、固結強度高等優點，在水工建筑物裂縫處理工程中得到了廣泛的推廣應用。

1 水溶性聚氨酯化學灌漿材料特性

水電站廠房底板混凝土在施工過程中或施工后，由于受澆筑時濕度差、溫差、結構分縫、材料配合比以及水工建筑物體型等因素的綜合影響，會產生一些有危害性的裂縫，必須采取合理防滲加固處理措施予以處理，避免裂縫進一步擴大，造成嚴重事故。處理水電站混凝土裂縫時，應嚴格按照滲漏處理原則，即“上堵下排，以堵為主，以排為輔”進行防滲消缺處理。LW/HW水溶性聚氨酯作為水利水電工程裂縫處理常用的化學灌漿材料，其最大優點在于以水作為固化劑，遇水固化，不存在如環氧樹脂等其他化學材料那樣的憎水性。水電站工程裂縫處理的水溶性聚氨酯，其固結體在浸水環境中48h后可以達到原固結體的3倍以上，同時可以適應pH值在3～13的水質環境，適應性非常強。水溶性聚氨酯主要有LW和HW兩種類型，其中LW材料具有彈性好、黏度高等優點；HW材料具有黏度低、固結強度高、可灌性好和親水性強等優點。利用LW/HW水溶性聚氨酯的良好親水性、重復變形能力，可以有效適應水電站廠房底板混凝土裂縫隨溫度、時空變化帶來的裂縫開度變化，始終能夠充填密實結構裂縫，確保裂縫具有較好的防滲加固效果。水電站混凝土裂縫處理的LW/HW水溶性聚氨酯化學灌漿其材料主要特性指標，如表1所示。

對水電站廠房建筑物而言，一旦投入使用，如果底板混凝土存在裂縫就會有裂縫，有的甚至則會產生混凝土溶蝕，溶蝕產生游離鈣還會對混凝土裂縫界面產生較大污染。常規的充填式防滲裂縫稍有變形，就會嚴重影響防滲效果。而LW/HW聚氨酯化學灌漿材料以其親水性實現隨裂縫變形的自動膨脹堵塞，其防滲效果良好。

2 底板混凝土裂縫化學灌漿防滲處理

2.1 滲漏現狀

水電站廠房總長75m，底板混凝土厚1～1.8m，底板高程為1 641.80m，共裝3臺5 000kW水力發電機組。水電站廠房于2015年6月竣工，9月并網發電。工程并網投運以來，電站廠房整體運行工況良好。2016年3月，運行人員發現廠房底板存在裂縫，共9條。通過現場采用超聲波及鉆芯取樣檢測，初步判斷為深度開裂，個別裂縫屬于貫穿性裂縫。結合現場及鉆芯分析成果，初步判斷造成水電站廠房底板混凝土出現裂縫的原因主要有兩個。①溫差大引起混凝土表面裂縫。工程所在地地處新疆北部，晝夜溫差變化較大，在澆筑混凝土時由于結構體內外溫差作用產生裂縫，導致混凝土內部結構整體性不佳。②凍融破壞。2016年初，工程所在地出現長時間、極端低溫環境，加上廠房底部臨近建基面，受基礎約束較強。在溫度和基礎約束等因素的共同作用下，春季消融破壞導致混凝土結構在膨脹和收縮拉伸破壞作用下產生裂縫。為了提高底板結構整體受力性能，避免裂縫進一步擴大，急需盡快采取合適的防滲加固措施，達到永久堵漏兼補強加固的雙重效果。

2.2 裂縫防滲加固修復方案

考慮到水電站廠房底板混凝土裂縫才剛產生，尚未完全穩定，常規防滲材料很難適應裂縫變形特性，要求所灌防滲材料既能實現滲漏封堵，又具有較強黏結和自適應變形堵塞性能，以達到防滲補強且兼顧一定延伸率，以適應裂縫變形的防滲效果。經技術、經濟的綜合對比分析，決定采用高分子聚氨酯材料對水電站廠房底板混凝土裂縫進行化學灌漿加固修復處理，如圖1所示。

灌漿壓力選擇在35MPa以下，根據底板混凝土裂縫部位進行點壓式灌漿。從Φ16灌漿管中注入漿液，以高壓將漿液注入結構縫中并不斷向裂縫四周擴張。灌漿結束后采用80mm厚的丙乳砂漿對灌漿孔和排氣孔進行封孔。在整個灌漿過程中，詳細記錄灌漿時間、灌漿壓力、注漿量等特性參數，確保灌漿具有較高的質量。

2.3 化學灌漿防滲加固修復成果

2.3.1 裂縫灌漿記錄。水電站底板混凝土防滲化學灌漿，共處理裂縫9條，總長度115.78m，共灌入漿液258.5kg，平均每米灌入化學漿液量達2.23kg，表明水溶性聚氨酯灌漿材料已灌入到混凝土裂縫深處。同時，在灌漿過程中發現在裂縫周圍的混凝土微孔處有少量出漿現象，說明在高壓條件下漿液已滲入裂縫四周，可灌性好，對裂縫周圍不密實混凝土也起到了較好的密實充填加固作用，底板結構整體性和穩定性得到了進一步提高。

2.3.2 鉆芯取樣分析。為檢測化學灌漿效果，現場在業主、設計、監理等單位的專業技術人員的監督下，對指定裂縫進行鉆芯取樣，共鉆取直徑Φ100mm混凝土芯樣7個，其中，長120cm芯樣3個、50cm芯樣4個。芯樣外觀完整密實，裂縫處已全部被漿液填實，說明灌漿質量較好。經試驗檢測，芯樣試驗塊最高抗壓強度為28.2MPa，最低為26.7MPa，平均抗壓強度為27.65MPa，為設計C25混凝土抗壓強度指標的110.6%。根據設計要求，在電站廠房底板典型部位做壓水試驗，共做6組，經檢測最大透水率為2.93Lu，最小透水率為1.21Lu，平均透水率1.57Lu，遠低于設計要求的3Lu指標，防滲效果較好。

3 結論

以LW/HW為主的水溶性聚氨酯化學灌漿在水電站裂縫防滲處理中應用時，要充分掌握灌漿材料的特性，并制定合理的施工質量監控，確保防滲加固修復具有較高的質量。水電站底板混凝土裂縫防滲加固修復工程中，結合裂縫現狀和工程特性，采用聚氨酯材料對裂縫進行化學灌漿防滲加固修復處理。經灌漿記錄資料和鉆芯取樣分析，證實灌漿后裂縫混凝土密實飽滿，強度能夠達到設計要求且透水率非常低，達到裂縫永久性堵漏與補強修復的效果，有效提高了電站廠房底板混凝土結構的整體性、穩定性和耐久性。

參考文獻：

[1]丁元國，方彩霞.化學灌漿在白川水電站水工建筑物防滲堵漏中的應用[J].廣西水利水電，2012（3）：49-51.