面板壩涂覆型結構止水施工工藝的分析及應用

王靜雯

(江西省南昌縣聯圩河道堤防中心,江西 南昌 330200)

混凝土面板堆石壩是一種采用堆石體為支撐結構，以混凝土面板作為防滲體的大壩。面板壩以施工周期短、環境污染小、經濟性高的優勢在水利建設工程中得到大范圍應用[1]。隨著大量工程項目的長期投入運行，由于壩體經常承受變化溫度場、水流沖擊、凍融剝蝕、鋼筋銹蝕等作用，造成大壩的滲透性和結構穩定性出現下降，因此混凝土結構防護對保證大壩的結構安全和耐久性意義重大[2-4]。目前，混凝土面板堆石壩表層止水設計通常在塑性填料表面設置防護蓋板，利用壓條錨固在混凝土面板上[5]。該結構容易在蓋板與面板間存在空隙，鏈接螺栓在水位區易發生冰凍拉拔、鋼板壓條銹蝕等缺陷[6-8]。針對面板表層止水的缺陷，一些學者提出以丁基橡膠等高分子材料生產的塑性材料作為涂覆料，通過水壓力作用填充在混凝土接縫中[9]，或涂覆在混凝土表面，形成封閉的保護層，防止面板表層止水結構破壞，保證混凝土面板防滲性[10]。目前廣泛采用的兩種填料為GB(丁基橡膠密封膩子)塑性填料、SR(聚氨酯橡膠)塑性填料，由于二者具有良好的流動止水性能、抗滲性能、耐水性能等[11]，被應用于貴州洪家渡、黔中平寨水庫、杭州國電大壩等多個大型水利工程項目中，取得了優良的抗滲止水效果。本文針對聚脲涂層材料特性，結合工程領域的技術特點，對聚脲胎基布柔性復合止水涂層應用于混凝土面板壩止水工藝進行應用分析，為類似工程修補防護提供參考借鑒。

1 聚脲胎基布柔性止水涂層性能

根據美國聚脲協會按80/20原則對聚類材料的劃分，將樹脂組成中端氨基樹脂和端氨基擴鏈含量大于80%的稱為聚脲[12]。聚脲中由多異氰酸酯預聚體和氨基化合物、助劑等構成高分子業態混合物，具有良好的力學性能、延伸率、防滲和抗磨性能，能夠與混凝土基材很好的黏結[13]。采用該類聚脲材料作為混凝土面堆石壩止水土層，在-45 ℃下仍具有優異的柔性，適用于寒冷氣候施工環境，且具有施工簡單，不需要專門的噴涂設備，施工質量可靠，無污染的優點，表1中為聚脲止水涂層的各項性能參數[14]。

將聚脲代替傳統錨固型蓋板，通過將聚脲復合胎基布涂層固化形成全封閉涂層實現面板壩接縫表層的止水防滲，既能表層止水，又能保護下部塑料填料，顯著提高面板接縫防滲安全性、可靠性[15]。相較于傳統錨固型卷材止水，采用聚脲胎基布復合止水涂層的拉伸強度、撕裂強度、耐老化性能均顯著提高，表2中為新型聚脲止水涂層與傳統卷材性能比較。

表1 聚脲止水涂層各項性能指標

表2 止水涂層性能比較

2 聚脲胎基柔性復合止水涂層應用

2.1 工程概況

某抽水蓄能電站位于我國南方某經濟發達地區，水電站新建上下庫兩座大壩。上壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程326.80 m，最大壩高48.00 m，壩頂長156.40 m，寬5.00 mm。鋼筋混凝土高5.50m，頂高程329.60 m，底高程324.00 m，底板寬3.20 m。上游壩坡1∶1.4，下游壩坡1∶1.3、1∶1.4二級。左右壩肩采用重力式混凝土當墻。水庫總容量112萬m3，正常水位327.00 m，設計洪水位327.70 m，死水位327.98 m。大壩面板周邊縫設置兩道止水，頂部采用GB塑性填料，底部為“F”型銅片止水；趾縫設兩道止水，頂部采用GB塑性材料，頂部為“D”型銅片止水；面板垂直縫面涂刷瀝青乳液，縫內設兩道止水，頂部為GB塑性填料，底部為“W1”型銅片止水。

為檢測水庫滲流量，在大壩下游設置量水堰進行流量監測，根據2010—2019年期間年均滲流量2.04 L/s，其中測量最大滲流量發生在2016年7月23日，最大滲流量11.20 L/s。滲流量偏大，初步判定為面板和防浪墻間填料老化所致，同時，通過對大壩面板宏觀觀察，可見壩體止水帶存在一定剪破現象，且其周圍混凝土振搗不密實。因此，針對大壩接縫位置，主要針對垂直縫、周邊縫進行聚脲止水涂層處理。

2.2 面板表層接縫止水施工

大壩面板表層接縫止水土層施工工藝為：表層清理-放置橡膠層-涂刷底膠-填入GB塑性填料-裝設不銹扁鋼-基面清理-涂刷聚脲涂層-涂層養護。具體施工步驟如圖1所示。

圖1 聚脲復合涂層止水施工工藝

混凝土表面清理：在嵌填GB塑性材料時，首先清理止水結構內混凝土表面。清理過程中采用金剛石磨片磨光機清除表層浮渣、雜油，對存在于三角形縫槽內的溢流物和浮灰，可通過高壓水槍或壓縮空氣沖洗，清理寬度為表面止水寬度兩側+5 cm。

放置橡膠棒：經過清理、干燥后的縫槽鋼，將不同規格橡膠棒壓入坡口底部與接縫壁嵌緊，保持橡膠棒與接縫中心的一致性。根據不同的接縫形式采用相應的橡膠棒，本文中采用φ30 mm氯丁橡膠棒嵌如面板垂直縫，用φ50 mm的氯丁橡膠棒嵌如趾板縫中。

涂刷底膠：控制SK底膠密度在0.8～1.0 g/cm3范圍內，黏度大于300 MPa·s。將底膠均勻涂刷在干燥的縫槽混凝土表面上，涂刷寬度至固定扁鋼處。

填入GB塑性填料：將GB塑性調料嵌如縫隙，錘壓密實，為便于下段填料粘貼，將接頭處理成斜面。根據設計尺寸要求，用木板制作斷面形狀卡片進行幾何尺寸檢查，根據縫口情況采用合理嵌填組合方式，確保最大程度減少嵌填空隙。施工過程中保持嵌填部位和粘貼面干燥后，進行止水操作。使用填料時，撕開防粘紙，將復合蓋板鋪展，根據打孔位置及間距，選擇φ12不銹鋼膨脹螺絲在復合蓋板上打螺栓孔，控制間距200 mm。將不銹鋼扁鋼裝在復合蓋板上，并緊貼蓋板下柔性填料包邊緣，預緊固螺栓，保證不銹扁鋼、復合蓋板和混凝土緊密結合，具體止水層如圖2所示。

圖2 聚脲復合止水層結構

聚脲涂層施工：在GB復合蓋板表面刮圖聚脲止水涂層，控制涂層厚度4 mm。對于周邊縫，控制聚脲與混凝土面黏結寬度為趾板一側200 mm，面板一側300 mm；對垂直縫，控制左右側黏結寬度均為200 mm；對趾板縫，控制黏結寬度左右均為200 mm。聚脲施工的施工工序如圖3所示。

圖3 聚脲施工工序

聚脲止水涂層應在環境溫度5 ℃以上，界面劑指干(粘手不拉絲)后實施。涂層施工中采用刮涂、刷涂的方式，保證刮涂均勻、無遺漏，涂層表面無氣泡和鼓包，涂刷聚脲與胎基布粘貼緊密。在涂刷斜面或立面時，采取多遍涂刷的方式，一次涂層厚度控制在1 mm，當上一涂層表面干燥后在涂刷下一層，直到涂層厚度滿足設計要求。聚脲止水涂層涂刷完成后，在環境溫度5 ℃以上下養護72 h，養護期間內嚴禁過水。

2.3 接縫處止水層涂覆施工

通過對大壩宏觀觀察，發現在大壩200 m面板存在較少的面板擠壓破壞現象，面板壩擠壓破壞主要位于面板垂直壓性縫，同時包括部分水平施工縫。由于面板擠壓破壞造成表層接縫止水失效，使得滲漏量增大。因此在壩體潛在面板擠壓破壞區域設置聚脲止水防護涂層，通過防護涂層來保證基于區域不會被滲漏。具體執行過程中，在混凝土面板粘貼厚3 mm，寬30～50 cm的GB止水板，并涂刷厚3 mm的聚脲止水復合涂層，涂層覆蓋GB止水板，并超過止水板邊界10 cm，在垂直縫部位接縫兩側200 cm范圍鋪裝3 mm厚GB止水板，并在止水板表面刷涂厚3 mm的聚脲止水涂層，涂層覆蓋GB止水板20 cm，如圖4所示。為保證防護涂層強度，同時也需加強對堆石體的總量控制和變形協調，可布設擠壓箍筋來提高面板抗擠壓破壞能力。

圖4 垂直縫擠壓破壞修復止水涂層

通過對混凝土面板壩面板和水平縫、垂直縫進行聚脲胎基布柔性復合止水涂層施工，滲流量明顯減少，修復運行兩年內的平均滲流量約 1.66 L/s，最大滲流量為4.20 L/s，大壩運行后滲流量穩定，水位變化區面板接縫結構無明顯變形和破損現象。

3 結 論

聚脲胎基布柔性復合止水涂層作為一種綜合性能優異、耐沖刷、防滲力強、施工方便的新型高分子環保材料，能夠實現面板接縫的全封閉，通過形成的涂層保護防護蓋板和速效填料，從而有效地加強混凝土面板防滲效果。將聚脲止水涂層應用于某一水電站混凝土面板伸縮縫和接縫的防滲、混凝土表層防滲處理，有效降低了大壩的滲流量，接縫結構未出現明顯變形和破碎，進一步驗證了止水涂層的較高的防滲透性和適應變形能力強的優點。