观音阁水库溢流坝段混凝土裂缝修补工法探究.pdf

第1 1 期 ( 总第1 1 6 期) 中国水能 及电气化 N o l 1( T O T A L N o 1 1 6 ) 2 0 1 4 年1 1 月 C h i n a Wa t e r P o w e r &E l e c t r i fi c a t i o n 观音 阁水库溢流坝段混凝土裂缝 修 补工法探究 孟庆 玲 ( 辽宁省水文水资源勘测局 ，沈阳 1 1 0 0 0 3 ) 摘 要 ：观音阁水库采用化学灌浆与手刮聚脲综合处理 2 5 0 5 0 m 高程水 平越冬缝 。工法 的核 心是 裂缝 内部 化 学 灌浆、手刮聚脲表 面封闭，主要工艺分为抗收缩化学灌浆料 内部灌浆和手刮聚脲封闭表面裂缝两项。 关键词 ：水平 越冬缝；化学灌浆；聚氨酯；手 刮聚脲 ；界 面剂 中图分类号 ：T V 6 9 8 2+3 文献标识码 ：B 文章编号：1 6 7 3 - 8 2 4 1( 2 0 1 4 )1 1 - 0 0 0 4 - 0 3 Ex p l o r a t i o n o f Co n c r e t e Cr a c k Re p a i r Co n s t r u c t i o n M e t h o d i n Gu a n y i n g e Re s e r v o i r Sp i l l wa y Da m Se g m e n t ME N G Q i n g l i n g ( L i a o n i n g H y d r o l o g y a n d W a t e r R e s o u r c e s S u r v e y B u r e a u ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 3 ，C h i n a ) Abs t r a c t：Ch e mi c a l g r o u t i n g a n d h a nd s c r a pe d p o l y u r e a a r e a d op t e d i n Gu a ny i n g e Re s e r v o i r f o r c o mp r e h e ns i v e l y t r e a t i n g w i n t e ri n g s e a m a t 2 5 0 5 0 m e l e v a t i o n l e v e 1 C o r e s o f c o n s t r u c t i o n me t h o d i n c l u d e i n t e r n a l c h e mi c a l g r o u t i n g i n c r a c k s a n d s u r f a c e s e a l i n g o f h a n d s c r a p e d p o l y u r e a Ma i n p r o c e s s i s d i v i d e d i n t o i n t e r n a l g r o u t i n g w i t h a n t i s h rin k c h e mi c a l g r o u t i n g ma t e r i a l s a nd s u r f a c e c r a c k s ea l i ng wi t h ha n d s c r a p e d po l y u r e a Ke ywo r ds： h o r i z o nt a l wi nt e r i n g s e a m ；c h e mi c a l g r o u t i ng；p o l y u r e t ha ne；ha n d s c r a p e d po l y u r e a；i n t e r f a c e a g e n t 观音 阁水库 工程建设 期间形成 的 2 5 0 5 0 m高程水 平越冬缝 裂缝 比较集 中 ，高水位运行 时渗漏 、冻胀 明 显 ，其 中两个溢 流表 孔 下游 面冬季 出现 了 “ 冰包 ” 。 2 0 1 3年在主汛前腾空库容短暂时段内，水库管理单 位采用化学灌浆与手刮聚脲综合处理工法，选择溢流 坝段的4个坝段作为试验段实施了修补作业。工法的 核心是裂缝内部化学灌浆 、手刮聚脲表面封闭，主要 工艺分为抗收缩化学灌浆料 内部灌浆和手刮 聚脲封闭 表面裂缝两项 。实践证 明：工法可行 、可靠 ，处理效 果 良好 ，且施工简便 ，非常适 于高危 及不规则 裂缝 部 4 位使用 。 1工程概况 位于太子河干流上 的观音 阁水库 于 1 9 9 5年 l 0月 建成 ，是 以城市供水和 防洪为主 ，兼顾灌 溉 、发 电和 养鱼 的大 ( 1 )型水利 枢纽 工程。控 制流 域 面积 2 7 9 5 k m ，总库容2 1 6 8亿 m ，碾压式混凝土重力拦河 坝全 长 1 0 4 0 m，最 大 坝 高 8 2 m，正 常高 水 位 2 5 5 2 0 m ( 溢流表孔堰 顶 ) 。坝体 剖面 为 “ 金 包银 ”形 式 ，上 游 3 m防渗层 、下游 2 5 m保 护层 和 2 m基础 垫层 为 常 施工技术 Co ns t r uc t i o n Te c hn o l o g y 态混凝土 ，廊道 、底 孔等孔 洞周 围为 1 1 厚 钢筋 混凝 土 ，其余内部为含粉煤灰 3 0 3 5 的干贫碾压混 凝 土。基 于 当 时 的施 工技 术 ，工程 建设 期 间形成 了 2 0 9 2 5 m、2 1 8 2 5 m、2 3 3 2 5 m、2 5 0 5 0 m高 程 的 4个 水平 越冬缝 。1 9 9 4年处理 了2 0 9 2 5 m高程和 2 1 8 2 5 m 高程水平施工缝 ， 2 0 0 1 年对 2 3 3 2 5 m高程水平 缝进行 了化学灌 浆处理 。2 0 0 9年 6月 2 0 1 3年 1月现 场检 查中发现 2 5 0 5 0 m高程水平越冬缝裂缝 比较集 中，高 水位运行时渗漏 、冻胀 明显 ，其 中9号 、1 1 号 两个 溢 流表孔下游面冬季 出现 了 “ 冰包 ” 。 通过对 2 5 0 5 0 m高程水平越 冬缝 的成因分析 ，结 合 水库运用调度计划 ， 2 0 1 3 年 在主汛前腾 空库容短 暂 时段内，水库管理单位采用化学灌浆与手刮聚脲综合 处 理工法 ，选择 2 32 6号溢 流坝 段作 为试 验 段实施 了修补作业。 2 抗收缩化 学灌浆料 内部灌浆 2 1 化学浆液材料 根据预先确定的处理原则，规定对于伴有渗水的 裂缝不论其开度如何 ，必须使用高压灌浆设备将柔性 化学浆液灌注到裂缝内部进行封堵止水；对于不渗水 但最大开口宽度不小于 0 2 ra m的裂缝亦需同样处理， 然后进行表面封 闭。浆液为可灌性好 、强度高 、无 毒 性 、已在防水工程中普遍使用的遇水膨胀型的水溶性 聚氨酯化 学灌浆材料 ，其 固结体具有抗 收缩 、遇水 膨 胀 、弹性止水 和在水 中永久保持原形 特性 ，以及 吸水 后再 次膨 胀止水 的双 重止 水功能 。浆液 的膨胀 性好 、 包水 量 大 ，具有 良好 的 亲水 性 和 可灌 性 ，浆 液 的黏 度 、固化速度 可以根据需要进 行调节 。化学 灌浆机理 主要 为 ：聚氨酯 在灌 浆压 力一 次渗透 扩散 的条 件下 ， 遇水后 自行分散 、乳化 、发泡 ，发生 化学反应 ，形成 不溶 于水 和不透水的凝胶体及 C O 气体 。借 助气体压 力 ，浆液 被进一 步压进结构的空隙 ，完全 充填密实裂 缝等多孔性结构，形成二次渗透扩散 ，从而达到堵水 止漏、补强加固的作用。统计资料显示 ，在耐磨性 、 耐寒性 、耐候性 、可灌性 、复原性 、低 温柔 软性等方 面 ，聚氨酯优 于环 氧树脂 ，更适合北 方地 区使用 。 2 2 工艺流程 工艺流程为：施工准备一查缝定位一布孔一钻孔 一 钻孔 清理一 安装检查嘴一 压水 、压气检查一 安装灌 浆嘴一 裂缝表面临时性封堵一 浆液配制一灌 注浆液一 质量检查 ( 压水 检 测 、取 芯 检测 ) 一 去 除表 面 临时 性 封堵并 打磨 混凝土表面和验收 。 2 3 质量控制点 a 在裂 缝 两侧 、垂 直裂 缝 表 面走 向、与 开裂 面 间夹角小于 4 5 。 处 进行错 位钻孔 ，间距 2 0 6 0 c m；钻 孔必须穿过裂缝 ，深度为结构厚度 的 1 3 2 3 ；钻孔 与裂缝间距小于结构厚度 的 1 2 。 b 钻孔与 裂缝 必 须连 通 ，无 松 动颗粒 、粉尘 阻 隔 ，保持表面干净 、新鲜 、润湿 。 c 固定在 注浆 孔 内 的注浆 嘴 与孔 壁密 贴 ，无 空 隙 ，不漏水 。 d 浆液配置温度小于 2 5 ，保证可灌性，浆液 应 随配随用 。 e 根据孔深不同选择灌注压力 ，最大持续灌浆 压力不大 于 3 MP a ，根 据 吸浆 量 逐级 升 至 设计 压 力 。 当吸浆率 小 于 1 m L m i n时 ，保 持 压 力持 续 灌 注 3 5 m i n即可结束灌浆 ，4 5 h 后检查灌浆效果 。 水平裂缝 由一端 向另一 端逐 孔依次 进行灌 浆 ； 垂 直裂缝 由下向上 ，单 孔逐一连续进行 。 g 与结 构缝 有交 会 的裂 缝 ，对 靠近 结 构缝 的进 行 深层灌浆 ，对 交会部 位进行 钻孔闭合止水 处理 ，钻 孔 以到达结构缝 嵌填材料为止 。 3 手刮聚脲封 闭表面裂缝 3 1 单组分手刮聚脲防渗涂料 含多异氰 酸 酯- N C O 的高分 子预 聚体 、经 封端 的 多元胺 ( 包括 氨基 聚 醚 )及 其他 功 能性 助剂 所组 成 的混合体 ，在无水状态下体系稳定。一旦开桶施工， 在空气中水分的作用下 ，迅速产生多元胺，多元胺与 异氰酸酯一 N C O快速反 应 ，形成 适 于人工 手 刮施工 的 5 施工技术 Co n s t r uc t i o n Te c h no l o g y 单组分聚脲防渗涂料。其主要技术指标见下表。 单 组 分 聚 脲 防 渗 涂 料 主 要 技 术 指 标 表 项 目 指标 拉伸强度 l 6 MP a 扯断伸长率 4 0 0 撕裂强度 7 0 k N m 硬度( 邵氏 A) 4 0 5 O 附着力 ( 潮湿面 ) 2 MP a 耐磨性( 阿克隆法 ) 1 5 m g 不透水性 2 0 MP a ，2 h不透水 颜 色 可调 ，不褪色 与双组分聚脲材料相比，手刮聚脲材料与基础混 凝土黏结 强度更 大 ，达 3 M P a ；材料单 一 ，避 免 了配 比不当造成 的质量 缺陷 ；材料为脂肪族 ( 双组分 聚脲 材料为芳香族 ) ，耐 老化 性好 ，不 变 色 ；最 关键 的是 手刮聚脲不需要专 门的喷涂设备 ，如场 地允许 ，可多 个工作 面同时施工 。人工分层涂刮 ，涂层 厚度 的均匀 性及 宽度可控 ，施工质量有保证 。鉴 于此 ，手刮聚脲 防渗涂料近年来广泛应用于水库大坝等高危、狭窄部 位 的混凝土伸缩缝及裂缝处理 、大面积 防渗及 有抗 冲 磨要求 的泄 洪建筑物表面 。 3 2 手刮聚脲涂刮作业 a 涂刮 聚脲的混凝土 区域 同时存 在混凝 土蜂窝 、 脱空 、冻融 、剥蚀 的 ，进 行缺 陷预处 理后 进行 打磨 ， 打磨范 围扩 大至预处理边缘 以外 1 0 0 m m；对于裂缝两 侧混凝 土的打磨 ，应保证打磨 区域边缘 与裂缝 距离大 于 1 8 0 m m。打磨深度视现场混凝土质量而定 ，要将表 面水 泥 浆 及 冻 融 的 表 层 打 磨 掉 ，打 磨 后 表 面 保 持 平整 。 b 高 压水 枪 清 洗 混 凝 土表 面 ，清 除松 动 颗 粒 ， 直至 出露新鲜混凝土面 。 c 界 面剂 涂 刷均 匀 、无 漏涂 ，尽量 薄 涂 ，涂 刷 界面要保持干燥无 明水 。涂刷界面剂的作用 主要有两 方面 ：一是封闭混凝土基材表面毛细孔 中的空气 和水 分 ，避免聚脲涂层喷涂后出现鼓包和针孔现 象 ；二是 提高聚脲涂层与混凝土基材的黏结强度 ，提高 防水防 6 护效果 。 d 在界面剂表干但未全面固化之前 ( 以界面剂 涂层与手部有少许粘连 ，但不完全沾手为宜 )涂刮第 一 遍手刮聚脲 ，在 i h内 ，将胎基布 ( 1 5 c m宽 )用抹 子轻轻按 压在第 一遍 聚脲上 面 ，保持胎基 布上表面与 聚脲上表 面齐平 。胎基布具有高强度 、高延 伸和耐穿 刺 的特 点 ，重 量 轻 、抗 拉 强 度 高 、渗 透 性 好 、耐 高 温 、抗冷冻 、耐老化 、耐腐蚀 。增设胎基布 的 目的是 保证 聚脲涂料在长时 间固化过程 中的强度 。 e 在第一遍 聚脲表干后 ，在其 表面再次涂刮 1 3遍聚脲 。 固化 后 的手 刮 聚脲 涂膜 平 均 厚 度不 小 于 2 ra m，一般性 裂缝 开 口部 位 表 面涂 膜 厚度 34 ra m， 涂 刮宽度 不小 于 4 0 c m，涂层边 缘 与裂缝 缝 口距 离不 小 于 2 0 c m。 4 结语 承建单位在汛前腾库 的短暂时段 内完成 了水面 以 上 2 4 6 0 0 m高程至堰顶区域内的 1 1 8 4 m水平裂缝 、 9 2 2 m结构缝缺陷处理作业，化学灌浆与手刮聚脲综 合处理裂缝工法易于操作 的简便性得到 了淋 漓尽致 的 发挥 ：顶层廊道顶 拱及 侧 壁 渗水 明 显被 挤 出 ，9号 、 1 1 号溢流表孔往 年冬 季 的 “ 冰 包 ” 消失无 踪 ，足 以 表 明手刮聚脲 防渗涂 料用于 水工建筑 物迎水 面防渗 、 裂缝和结构缝表面防渗是可靠 、可行 的 ，观 音阁水库 2 5 0 5 0 m高程水平越冬缝处理试验段是成功的 。 参考文献 1 黄国兴 ， 陈改新 水工 混凝土 建筑物修 补技 术 及应 用 M 北 京： 中国水利水 电出版社 ， 1 9 9 9 2 赵晖 ， 何风 ， 刘益军 ， 黄国泓 水溶性聚氨 酯化学灌浆材料 的研 制与应用 J 化工新 型材料 ， 2 0 0 5， 3 3 ( 8 ) ： 6 1 - 6 3 3 于明鑫 ， 史凯 ， 祁军 水 溶性 聚氨酯在 坝工 裂缝防 渗堵漏 方 向 的应用 J 广西水利水电， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 2 8 3 0 4 孙志恒 ， 夏世法 ， 付颖千 ， 甄理 单组分 聚脲在水利水 电工程 中 的应用 J 水利水 电技术 ， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 1 ) ： 7 1 8 0 5 孙志恒， 郝巨涛 聚脲防水材料在水利水电工程叶 l 的应用 J 研究探索 ， 2 0 1 3 ， 3 1 ( 1 0 )： 2 0 2 6 6 孙志恒 ， 李萌 ， 倪 燕 ， 赵 立庭 S K柔性 防护涂 料在 伸缩缝 及裂 缝快速修复 中的应用 J 大 坝与安全 ， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 4 5 48