防滲材料在三屯河水庫壩面防滲的應用

張 凱

(新疆昌吉市三屯河流域管理處，新疆 昌吉 831100)

1 概況

昌吉市三屯河水庫是一座攔河水庫，位于昌吉市南32km，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電和生態(tài)等綜合效益的中型水庫，水庫大壩主要由漿砌石垂力壩、放水遂洞、溢洪道三部分組成。水庫正常蓄水位1031.00m，相應庫容2600萬m3;校核洪水位10360.00m，相應總庫容3500萬m3。水庫始建于1971年，1986年基本建成，2001年竣工驗收。

大壩為漿砌石垂力壩，總長274m，其中主壩長144m，最大壩高52m，底寬58m，項寬6m，壩項高程1037.62m，壩底高程984.6m，上游設2m厚的混凝土防滲墻，壩前坡1006m高程以上為垂直部分，以下為8∶1;1033.77m高程以上為垂直，以下為1∶0.97，壩內(nèi)設有導流放洞兩孔(2m×1.5m×2m)，設觀測集水廊道1條(1.5×2.5oy)，并鋪設基礎和壩體濾水管，壩基前部設帷幕灌漿孔2排，排距1m，孔距2m帷幕深度25m。

三屯河水庫在除險以前，壩基地質(zhì)條件差，基礎處理不良以及壩體砌筑質(zhì)量差;大壩和壩肩滲漏嚴重是主要“險情”。針對大壩存在的問題，除險加固主要采取PCC—84型防滲材料提高壩體迎水面的防滲能力，以及帷幕灌漿等措施，防滲效果好。

2 工程處理前的壩體滲漏嚴重

據(jù)水庫運行和觀測資料分析，1988年前大壩總滲漏量為94L/s，其中壩基滲漏60L/s，壩體湖漏30L/s。經(jīng)一年多的壩基帷幕灌漿和補強灌漿處理，總進度10288.5m，其中帷幕灌漿5121.58m，完成設計灌漿工作量約79.8%，大壩總滲漏量由94L/s減少到73L/s，其中壩體滲漏30.5L/s。壩體防滲效果不甚明顯，反映在2個方面:

(1)壩后坡的3個主要滲區(qū)滲漏情況沒有改善右岸滲漏區(qū)。高程在1020～1028m，滲漏面積約280m2，滲漏量4.6L/s，占壩體滲漏量30.5L/s的15%;壩體主滲區(qū)。高程在1006～1032m，滲漏面積1125m2，滲漏量18L/s，占專體滲漏量的59%;左岸滲區(qū)。高程在1020～1030.5m，滲漏面積 400m2，滲漏量 6.1L/s，占壩體滲漏量的20%。

除此之外還有一些滲漏點、射流點、濕潤面零散分布于壩后，最大滲漏量1.8L/s左右，總滲水點200余處，滲水面積達2475m2。

(2)混凝土防滲墻防滲效果差，壩段分縫處理施工質(zhì)量差。壩體上游混凝土面板施工技術(shù)低劣，形成砂層狀無砂混凝土，峰窩、狗洞，局部呈現(xiàn)風化條狀脫落。防滲墻混凝土均質(zhì)性差，密實性不好。大壩的壩段分縫采用泥清油氈止水，止水效果不佳，泥青油氈薄厚不均，且時斷時續(xù)，有的縫長20cm沒有止水，形成主要滲漏通道。

在水庫運行中，主壩段迎水面的水位變化區(qū)出現(xiàn)9條長度不等的豎向裂縫，雖然縫面較窄，但都相當長。此縫層進行性裂縫，由于多次凍融循環(huán)，使縫兩側(cè)的混凝土不斷疏松、剝蝕，防滲體遭受破壞，增加了壩體的滲漏通道。滲漏加速了壩體的溶蝕，溶蝕更加劇了滲漏惡性循環(huán)直接威脅到大壩的安全。因此需要在壩體上游增設防滲措施，以保護壩體的砌體和減少水庫滲漏。

3 壩體迎水面防滲的具體要求

(1)壩體迎水面防滲的主要作用是防滲，不考慮壩體自重。

(2)壩后電站引水管道的通氣孔，閘井和壓力管進口部分的斷面程允許減少10%左右，最大不超過15%，否則將影響過流能力。

(3)根據(jù)水庫多年的運行觀測情況分析，防滲高程應以1018m作起。

(4)無論從設計或施工考慮，都要很好地研究所采用防滲方案的防滲效果，耐久性接頭，接縫止水，錯筋處理等問題。

(5)防滲方案實施前，對上游壩體的伸縮縫和迎水面壩體的裂縫都要妥善處理，確保防滲質(zhì)量。

因為三屯河水庫是正在運行的水庫，效益顯著，故在選擇壩面防滲處理工程措施時必須保證水庫的正常運行。

4 防滲方案的比選

根據(jù)壩面防滲的具體要求，對三屯河水庫壩面防滲處理進行了4個方案進行比較。

(1)涂貼加護板防滲方案。

優(yōu)點:穩(wěn)定可靠，防滲效果好。

缺點:工程量大，工序多，施工困難，工期長，且不能再閘井等部位運用。

(2)瀝青混凝土面板防滲方案。

優(yōu)點:柔性防滲結(jié)構(gòu)，防滲效果好。

缺點:結(jié)構(gòu)復雜，工序多，造價高，工期長，有憎水性，不易結(jié)合，且不能再閘井等部位運用。

(3)鋼絲網(wǎng)襄砂混凝土方案。

優(yōu)點:結(jié)合性能好，防滲效果可靠，工期短，造價低。

缺點:前期鑿毛工序不利于運行期施工，不利于小面積作業(yè)，且不能再閘井等部位運用。

(4)PCC—84型防水水泥砂漿涂抹方案。

優(yōu)點:PCC—84型防滲水泥砂漿物理力學性能好，粘接強度，抗老化、抗?jié)B、抗凍均能滿足設計要求，針對西北地區(qū)干旱嚴寒的氣候特征，又漿將其材料成份和配比上作了調(diào)整，抗凍和抗干燥性能得到了提高，而且能帶水作業(yè)，施工不受環(huán)境的限制，操作簡便，施工周期短，造價低廉等優(yōu)點。

缺點:是施工過程中是適宜的氣溫是10℃ ～15℃，當日平均氣溫低于5℃時，其力學性能有顯著下降的趨勢，因此施工期應有適當選擇。

施工工序為:鑿毛——伸縮縫及裂縫處理——涂抹PCC復合型膠凝材料——養(yǎng)護。

這4個方案的比選主要對結(jié)構(gòu)、防滲效果、工程量、施工條件、工期、投資等方面進行了綜合比對，最終選擇了PCC—84型防水水泥砂漿涂抹方案，PCC—84型防水水泥砂漿涂抹采用核工業(yè)部七二一礦石開制的高分子聚合物水泥砂抹面，涂抹厚度3cm，即能滿足壩面防滲的要求，便于在運行期內(nèi)施工等三屯河水庫對壩體迎水面防滲的具體要求。

5 配比

(1)主要材料技術(shù)指標。

水泥:525#或425#普通硅酸鹽水泥;

砂:采用河砂。粘土、淤泥等雜物，細悄物含量＜3%，細度模數(shù)F·M=2.6～3.0，含水量＜10%;

(2)PCC—84型水泥砂漿配比。

水泥∶中砂∶PCC 材料 =1∶1(0.4～0.45)

(3)添加劑配比。

膨脹劑∶引氣劑∶減水劑=(5～7)%∶(1～3)/1%∶(0.5～0.7)%

6 施工工藝

6.1 實施過程

PCC—84型防滲水泥砂漿雖屬國內(nèi)首創(chuàng)，并在江西、安徽、山東、福建等地做了不少工程實例，均取得滿意效果，達到國內(nèi)先進水平。但在西北干旱嚴寒地區(qū)，特別是新疆仍然是首例，對其材料和配比進行了針對性的調(diào)整，調(diào)整效果仍需通過實地印證，待取得經(jīng)驗后才能大面積推廣使用。因此三屯河水庫壩面防滲工程按3期工程分別實施，總防滲面積3888m2。

第一期工程完成電站閘進通氣孔和電站引水管進品部位工程，共計1361m2，是大壩的主滲區(qū)，施工期為1993年6月15日～1993年7月10日共計25天。

第二期完成大壩迎水面防滲，防滲面積2055m2，施工期為1994年4月19日～1994年5月14日，施工高程1032.0～1022.50m;1994年9月11～19日，完成1022.50～1018.00m高程的防滲抹面工程。

第三期1998年在壩前PCC—84砂漿面的1018～1037米高程內(nèi)用聚氨酯涂抹壩面積，經(jīng)2年運行有脫皮，掉塊現(xiàn)象，防滲效果不佳，故2000年4月在1032～1037m高程內(nèi)除去聚氨酯后，又用PCC—84型水砂漿抹面，面積達472m2，運行效果好。

6.2 施工工具

由于在水面上作業(yè)采用大型木筏，人工鑿毛，4磅鋃頭和六棱鋼釬，聚合物砂漿的拌制采和人工拌和用大、小圓桶拌和小皮桶定滑輪垂直運輸。小水泵和塑料養(yǎng)護等。

6.3 施工工藝

(1)鑿毛清理。

人工將混凝土表面鑿毛，清除表面雜物，浮塵及老化混凝土，對混凝土表面的缺陷如蜂窩、麻面須盡量鑿除，對不密產(chǎn)混凝土，有明顯出水點要重點先做止水或引水處理，對壩段分縫鑿成V型槽，然后按止水要求泥青石棉繩處理，對壩體一般裂縫鑿除不密實的混凝土后用PCC—84砂漿填塞處理，對沉陷引起的裂縫按壩段分縫處理。

(2)表面涂抹。

鑿毛的混凝土表面用清水沖洗干凈，并保持濕潤，將PCC—84砂漿用手用力壓緊壓實壓出漿，壓平最后抹光。

(3)PCC砂漿的拌制。

PCC—84膠液系由高分子聚合物為原料，在七二一礦熬制運來工地，砂漿拌合時直接配入，并添加由(水+NaOH+PC－2)配成的溶劑。

(4)養(yǎng)護。

及時養(yǎng)護是PCC—84砂漿涂抹層成功的重要一環(huán)。不僅要保持需要的氣溫，更重要的是適當?shù)臐穸龋虼?，加強保濕措施就是顯得尤為重要。PCC—84砂漿的養(yǎng)護期不得少于14天。

7 工程防滲效果

自1994年完成壩體迎水面防滲工程運行了近14年，防滲效果顯著。

(1)防滲效果好。工程處理前壩后坡滲水面積近3000m2，壩后總滲漏量高達94L/s。每年冬季壩后坡冰積如，壩后坡混凝土預制塊、桿等設施嚴重破壞。經(jīng)工程處理后，據(jù)實測2004年庫水位1035.29m時，壩后總滲漏量僅為9.77L/s，占94L/s的10.4%，壩后坡基本干燥狀態(tài)，無滲水現(xiàn)象。

(2)抗凍性能好，粘接強度和適應變形能力強。經(jīng)多年運行，經(jīng)歷了冬季－34℃的考驗，施工部位無掉塊，脫落及開裂現(xiàn)象，也未進行過維修。

(3)操作簡便，工效高。該工程具有工藝簡單，施工方便，工程造價較低?？稍谛陆珊祰篮貐^(qū)水利設施及其它工程中廣泛推廣適用。

8 結(jié)語

(1)PCC—84型水泥砂漿具有與混凝土基面粘結(jié)能力強，抗?jié)B性能好，彈性模量低，適應變形能力強，抗凍性能好等性能，適應于水利水電工程、碼頭、石油等涵管、油罐的防滲堵漏，民用與工業(yè)建筑的混凝土表面防滲處理。

(2)PCC—84型水泥砂漿施工工藝簡單，可帶水作業(yè)或水下作業(yè)，能在潮濕和微濕面上施工，施工簡便。

(3)PCC—84型水泥砂漿在干旱嚴寒地區(qū)，用于大面積的大壩防滲處理，在當時國內(nèi)還是首例，新疆尚無先例。根據(jù)三屯河水庫現(xiàn)場取樣和近14年的運行，壩后總滲漏量由工程處理前的94L/s減少到9.77L/s(庫水位1035.29m)，防滲效果明顯，在水利水電防滲堵漏工程中有廣泛的推廣應用價值。

(4)在已推廣使用的瑪納斯塔西河電站前池防滲工程和頭屯河水庫壩體涵洞工程防滲效果明顯，經(jīng)濟和社會效果顯著。

［1］李生祿．淺析新疆昌吉市三屯河水庫大壩帷幕灌漿和壩基排水設施對滲流和揚壓力的影響［J］．大壩與安全，2006(04)．

［2］許緒倉，方從貴．白石橋水庫大壩應用PCC－84水泥砂漿防滲漏［J］．水利與建筑工程學報，1994(01)．