涂覆型止水結(jié)構(gòu)在納子峽水電站面板接縫止水破損修復(fù)中的應(yīng)用

崔志剛，孫志恒，劉錦程，李 萌，魯恩龍

（1.黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司，黑龍江牡丹江，157000；2.北京中水科海利工程技術(shù)有限公司，北京，100038；3.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京，100038）

0 引言

混凝土面板堆石壩是以堆石體為支撐結(jié)構(gòu)，并在其上游面澆筑混凝土面板作為防滲體的大壩?；炷撩姘宥咽瘔沃饕捎卯?dāng)?shù)靥烊恢尾牧希哂惺┕し奖?、工期短、?jīng)濟(jì)、對(duì)環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)，隨著我國(guó)水利水電工程建設(shè)的發(fā)展，包括施工技術(shù)的不斷改進(jìn)、設(shè)計(jì)理論的逐步完善和工程經(jīng)驗(yàn)的積累總結(jié)，目前混凝土面板堆石壩在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。在混凝土面板堆石壩的面板防滲體系中，面板接縫止水是薄弱環(huán)節(jié)，其中周邊縫承受的三向接縫位移作用最大，其止水情況也倍受人們關(guān)注。2000年以后建設(shè)的高混凝土面板堆石壩中，除水布埡周邊縫在約1/2壩高以下采用了3道止水，其余均只設(shè)2道止水，取消了中部止水帶。對(duì)于底部止水，由于其位于面板下部，無(wú)法完全揭露，因此缺乏有效手段進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。當(dāng)面板出現(xiàn)滲漏時(shí)，底部止水只能結(jié)合面板的修復(fù)進(jìn)行局部更換或修復(fù)處理，無(wú)法進(jìn)行全面的檢查和修復(fù)。由此可見，表層止水是整個(gè)混凝土面板止水體系中的重要部分，可以及時(shí)檢查，一旦發(fā)現(xiàn)破損就可以全面修復(fù)。因此，混凝土面板整體止水系統(tǒng)的研究重點(diǎn)是面板接縫表層止水的結(jié)構(gòu)型式與材料選擇。目前，混凝土面板堆石壩面板接縫表層止水設(shè)計(jì)中，通常在塑性填料表面設(shè)置防護(hù)蓋板，并通過(guò)壓條錨固在混凝土面板上，稱為錨固型止水結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)存在蓋板周邊與面板之間有空隙、周邊縫與垂直縫之間異型搭接困難、螺栓在水位變化區(qū)易發(fā)生冰凍拉拔脫落、鋼板壓條易銹蝕等缺點(diǎn)，有待改進(jìn)。

1 涂覆型止水結(jié)構(gòu)

面板接縫涂覆型止水結(jié)構(gòu)[2-3]是將SK手刮聚脲刮涂在塑性填料和混凝土表面，固化后形成全封閉的柔性防滲涂層，與混凝土面板粘結(jié)成一體，既可以作為一道獨(dú)立的表層止水層，又可以保護(hù)下部塑性填料，是一種能夠?qū)γ姘褰涌p實(shí)行有效全封閉的表層止水結(jié)構(gòu)型式。

面板接縫涂覆型止水結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵之一是材料的選擇。選用的SK手刮聚脲為單組分，是由異氰酸酯預(yù)聚體和封閉的胺類化合物、助劑等構(gòu)成的液態(tài)混合物，采用涂刷、輥涂或刮涂方法施工。在空氣中水分作用下，封閉的胺類化合物產(chǎn)生端氨基，并與預(yù)聚體產(chǎn)生交聯(lián)點(diǎn)，從而形成彈性涂層。其主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 SK手刮聚脲主要技術(shù)指標(biāo)Table 1 Main technicalindexes of SK hand scraping polyurea

SK手刮聚脲具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）耐老化性能好，不變色；（2）無(wú)毒，可用于飲用水工程；（3）防滲、抗沖磨性能好；（4）強(qiáng)度高，延伸率大，與基礎(chǔ)混凝土粘結(jié)好；（5）耐老化，耐化學(xué)腐蝕；（6）抗凍性能好，在-45℃條件下，材料仍為柔性；（7）封閉混凝土裂縫及接縫表面時(shí)，可以復(fù)合胎基布增強(qiáng)；（8）局部缺陷修補(bǔ)使用同一種材料，施工簡(jiǎn)單、方便，便于推廣。試驗(yàn)及工程應(yīng)用證明，選擇SK手刮聚脲作為涂覆型柔性防護(hù)蓋板材料的效果最好。

面板接縫涂覆型止水結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵之二是涂料與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度。為此，專門研制了潮濕型界面劑，在混凝土表面先涂刷薄層界面劑，再涂刷SK手刮聚脲，粘結(jié)強(qiáng)度將會(huì)大大提高。為了驗(yàn)證水位以上、水位變化區(qū)及水位以下SK手刮聚脲與面板混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度及耐久性，在北京十三陵抽水蓄能電站上庫(kù)混凝土面板表面做了局部涂刷SK手刮聚脲試驗(yàn)，并進(jìn)行了跟蹤測(cè)試。試驗(yàn)從2008年開始，一直跟蹤測(cè)試到2020年，結(jié)果見表2。從表2可看出，水上、水位變化區(qū)及水下SK手刮聚脲與面板混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度均大于2.0 MPa，且隨著時(shí)間的推移，粘結(jié)強(qiáng)度基本上沒有變化，說(shuō)明涂層耐久性很好。

表2 SK手刮聚脲與面板混凝土現(xiàn)場(chǎng)粘結(jié)強(qiáng)度（單位：MPa）Table 2 Bonding strength between SK hand scraping polyurea and slab concrete

面板接縫涂覆型止水結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵之三是表層聚脲的厚度。聚脲厚度根據(jù)壩高不同可以是變化的，其中在塑性填料表面及其與面板接觸的拐角部位涂刷的SK手刮聚脲厚度要厚一些，與混凝土搭接部位的聚脲厚度可以薄一些（大于2mm）。柔性蓋板包括：SK手刮聚脲+胎基布+SK手刮聚脲+胎基布+SK手刮聚脲（簡(jiǎn)稱“SK手刮聚脲復(fù)合胎基布”），SK手刮聚脲涂層厚度通過(guò)涂刷遍數(shù)來(lái)控制。

2 涂覆型止水結(jié)構(gòu)與錨固型止水結(jié)構(gòu)比較

涂覆型止水結(jié)構(gòu)與錨固型止水結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較見表3。

表3 涂覆型止水結(jié)構(gòu)與錨固型止水結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較Table 3 Comparison of advantages and disadvantages between coated water stop structure and anchored water stop structure

3 涂覆型止水結(jié)構(gòu)施工工藝

面板接縫涂覆型止水結(jié)構(gòu)施工工藝如下：

（1）對(duì)接縫“V”形槽及兩側(cè)混凝土表面進(jìn)行打磨、清洗；

（2）晾干后在接縫“V”形槽下口嵌入PVC棒或氯丁橡膠棒，棒壁與接縫壁應(yīng)嵌緊；

（3）在“V”形槽兩側(cè)及GB塑性填料范圍內(nèi)涂刷填料專用的底涂，將GB塑性填料填滿“V”形槽；

（4）在面板接縫表面鋪設(shè)GB塑性填料，可以采用GB擠出機(jī)專用設(shè)備直接將塑性填料填筑在“V”形槽表面，也可以將現(xiàn)場(chǎng)擠出的GB填料砌放在“V”形槽表面，應(yīng)保證GB塑性填料表面密實(shí)、體形規(guī)則；

（5）將GB塑性填料兩側(cè)混凝土表面清理干凈后，涂刷混凝土專用界面劑；

（6）界面劑表干（粘手不拉絲）后，在混凝土及GB塑性填料表面刮涂第一層SK手刮聚脲，第一層聚脲表干后涂刷第二遍聚脲，在第二遍聚脲表干之前鋪設(shè)第一層胎基布，第二遍聚脲表干后涂刷第三遍聚脲，在第四遍聚脲表干之前鋪設(shè)第二層胎基布，表面再涂刷聚脲，直到聚脲復(fù)合胎基布的厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并將胎基布全部覆蓋；

（7）自然養(yǎng)護(hù)，SK手刮聚脲涂刷后24 h內(nèi)不得踩踏。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

納子峽水電站位于青海省門源縣，地處高海拔嚴(yán)寒地區(qū)，是大通河流域水利水電規(guī)劃的13個(gè)梯級(jí)中的第4座水電站。水庫(kù)大壩為趾板修建在覆蓋層上的混凝土面板砂礫石壩，最大壩高117.60 m，壩頂長(zhǎng)度416.01 m。2016年4月中旬，壩前冰蓋消融后對(duì)水庫(kù)水面（水位3192.00 m）以上面板進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)接縫表面止水塑性填料不飽滿，變形較為嚴(yán)重，水位變化區(qū)防滲保護(hù)蓋片存在沿兩側(cè)固定端撕開破損現(xiàn)象，接縫表層蓋板脫落（見圖1）。冬季面板接縫表面止水水位變化區(qū)破損原因主要是面板結(jié)冰形成冰蓋，隨著庫(kù)水位下降，大壩面板接縫表面止水受冰層擠壓、下滑拖曳等綜合作用影響，出現(xiàn)變形和破損。

圖1 水位變化區(qū)接縫表層蓋板脫落Fig.1 Falling of the cover plate on joint in water level change area

2017年采用涂覆型止水結(jié)構(gòu)對(duì)水位變化區(qū)的面板接縫表層止水破損進(jìn)行了修復(fù)處理（見圖2），施工步驟為：（1）剔除水位變化區(qū)接縫表層的壓條、蓋板及下部的塑性填料；（2）接縫兩側(cè)混凝土表面各打磨30 cm寬；（3）“V”形槽內(nèi)重新安裝橡膠棒，并嵌填GB填料；（4）接縫兩側(cè)混凝土表面各涂刷25 cm寬的界面劑；（5）界面劑表干后涂刷4 mm厚的SK手刮聚脲復(fù)合胎基布。

圖2 采用涂覆型止水結(jié)構(gòu)修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)Fig.2 Repair by coated water stop structure

水位變化區(qū)止水破損修復(fù)后的情況見圖3。運(yùn)行三年后現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，水位變化區(qū)面板接縫表層涂覆型止水結(jié)構(gòu)能適應(yīng)面板變形的要求，有效避免了冰脹力、冰推力和冰拔力對(duì)面板接縫表層止水的破壞作用，面板接縫止水結(jié)構(gòu)無(wú)擠壓變形及破損現(xiàn)象，說(shuō)明面板接縫涂覆型止水結(jié)構(gòu)抗冰凍破壞效果顯著。

圖3 水位變化區(qū)止水破損修復(fù)后的情況Fig.3 Water stop after damage repair in water level change ar?ea

5 結(jié)語(yǔ)

SK手刮聚脲作為表層止水材料，具有拉伸強(qiáng)度高、延伸率大、與基礎(chǔ)混凝土粘結(jié)好、耐老化性能好、耐沖擊性能好等特點(diǎn)。納子峽水電站水位變化區(qū)混凝土面板接縫止水破損修復(fù)處理的實(shí)踐證明，面板接縫表層涂覆型止水結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)變形能力強(qiáng)、表面防護(hù)可靠、防冰拔及冰凍脹擠壓效果好、耐久性好、易于施工、美觀等優(yōu)點(diǎn)，用于嚴(yán)寒地區(qū)混凝土面板堆石壩水位變化區(qū)面板接縫表層止水時(shí)，可以有效防止冰拔或冰凍脹擠壓引起的表層止水破壞，大大提高了面板接縫止水的可靠性，且便于維修，值得推廣應(yīng)用。