膨胀浆塞法大坝横缝堵漏技术 (2).doc

膨胀浆塞法大坝横缝堵漏技术作者: nengyuan 点击率: 502膨胀浆塞法大坝横缝堵漏技术提要：大坝横缝渗漏是混凝土坝主要病害之一，传统处理方法是在上游面跨缝涂贴、嵌缝或在廊道周围进行封闭灌浆等，由于投资过大或施工条件的限制，处理效果均不理想本文通过参窝水库等工程实践，介绍一种在水库正常运行情况下，进行横缝堵漏的方法----膨胀浆塞法，即在坝顶于大坝两道止水带之间骑横缝垂直造孔，用一次灌浆法，将水溶性聚氨酯复合料灌注孔内，达到胀紧横缝止漏的目的该法工艺简单、效果明显、工程造价低、止漏全面彻底关键词：横缝堵漏、膨胀浆塞、水溶性聚氨酯、膨润土、一次灌浆一、前言参窝水库是一座大型水库，位于辽阳市境内太子河干流上，是以防洪、灌溉、工业供水为主，结合发电的综合水利枢纽工程，水库坝址以上控制流域面积6175Km ,占全流域面积的44.5%，水库总库容7.91亿立方米，为不完全年调节水库大坝为混凝土重力坝，最大坝高50.3m，大坝全长532m，共分31个坝段该工程１９７０年１１月开工，１９７２年１０月基本建成在工程建成后，陆续发现了大坝裂缝、横缝渗漏等质量问题对此各级领导十分重视，并先后进行了检查和修补实验。

１９７４年对主要裂缝进行了调查研究，编写了补强设计，并提出了“在23#坝段未处理前，限制最高库水位不超过97.0m运行”的意见１９８２年水电部听取了辽宁省水利局关于“参窝水库现状及存在问题”的汇报，同意了“参窝水库加固设计工作大纲”当时对工程提出两项措施：一是参窝水库最高蓄水位限制在95.5m；二是对问题较严重的23#坝段进行紧急加固处理在全国大型水库三查三定中，被列入四十三座大型重点病险库之一１９８５年开始了全面加固除险施工，1991年经专家对加固进行安全评审，同意恢复按设计标准运行参窝水库大坝横缝漏水是该工程主要病害之一全坝31个坝段，各横缝均有程度不同的渗漏渗漏水流自下游坝面和观测廊道、灌浆廊道等部位逸出，尤其观测廊道内渗漏十分严重，在横缝处形成渗漏水幕，严重者呈喷射状流出，不仅恶化工程运行条件，而且危及大坝安全为处理漏水问题，多次进行了处理实验，先后做了凿槽涂贴、氰凝灌浆、丙凝灌浆、环氧树脂及SK一1、SK一4聚氨酯灌浆等修补实验，均未获得良好效果1985年水库加固除险设计中确定采取两项措施：一是在上游面凿槽跨缝涂贴橡胶板；二是在坝顶两道止水带中间打孔灌注水泥浆1986年首先按第一方案实施，由于横缝处粗骨料集中，最大粒径达120mm，难以凿成规定的槽形，无法涂贴，而且在水库正常蓄水条件下，水下部分无法进行，因而又采取了第二项措施，在进行过程中发现水泥浆在渗透水作用下，溶蚀严重，逐渐复渗如初。

经有关部门共同对灌浆效果检查，确认水泥灌浆失效，进而提出化学灌浆处理方案二、膨胀浆塞法堵漏方案的确立处理大坝横缝渗漏，据国内外有关资料介绍，一般有四种方法，这就是在上游面跨缝涂贴法、凿槽嵌缝法、于横缝两侧打斜交孔向横缝予定部位灌浆法及廊道周围灌浆封闭法涂贴法要求跨缝凿槽，槽底砂浆找平后涂贴橡皮，两侧锚固，外面再涂贴丁基橡胶等弹性防水材料，表面再抹砂浆等保护；于横缝打斜交孔向横缝予定部位灌浆法，因大坝横缝止水设计时，多设置两道止水，此法要点是向两道止水带之间横缝进行灌浆;嵌缝法，也是骑缝凿槽，基面处理后，镶嵌GB、SR等粘结强度好、能适应变形的防水材料，外层再加以保护，要彻底解决横缝渗漏问题，就必须从坝基做起，这就要求在空库条件下施工、或采用潜水作业，不仅损失和投入巨大，而且水下作业质量也不易保证；采用廊道周围封闭灌浆法，虽然改善廊道工作环境效果明显，但是对整个坝体防渗作用有限，无法降低坝体渗透压力，在设计施工中稍有不慎，会造成排水管堵塞，同时，有悖于水工上堵下排的设计原则，是不得已而为之的方法可见以上几种方法，在技术经济方面都存在不足经过比较分析确认，在坝顶于两道止水带之间骑横缝造孔灌浆的方案，施工不受水库运行工况的限制，具有明显的优越性，关键是作用机理和材料的选择。

为了寻求最优方案，对此前各种处理实验进行了分析和取样检查，从钻取的混凝土芯样发现：对较宽裂缝灌注的水泥浆有结石体存在，但结石体与裂缝脱离：对较细裂缝灌注的水泥浆，只有灰白色颗粒状粉沫，无结石体；对环氧树脂等的灌浆，在裂缝处可见环氧浆片，但粘结不牢，浆片与混凝土界面之间有白色软弱夹层，可见裂缝届面已遭严重污染这种污染一是来源于裂缝本身混凝土的溶蚀，二是来源于库水，参窝水库已投入运行二十年之久，运行初期就有渗漏，根据辽宁省水科所对参窝水库水质取样分析认为：混凝土在压力水渗透作用下，溶蚀情况十分明显，析出物沉积于裂缝表面，多数为白色，也有灰白、黄白掺混、砖红色等，其主要成份为碳酸钙，还有少量铅、镁、铁、硅及铁的氧化物等，经钻取混凝土芯样检查，在横缝界面处均有碳酸钙质薄膜；而太子河流经本溪市，本钢等21个企业每年向参窝水库排放2.6亿吨污水，除酚、氨氮、油、氰之外，还有大量粉煤灰、选矿水等，对于较宽的裂缝（如电站坝段）及横缝均可见黑水逸出，其对横缝界面的污染可见一斑对于这种界面的污染，一经形成，难以清除通过这一分析和总结，认识到，以前诸种方法处理渗漏所以未成功的原因是：仅按与缝面粘结机理选择材料，忽视了横缝温升张开的特性和缝面严重污染的客观事实。

针对这一原因，确立了胀塞法堵漏机理即在横缝处造骑缝孔后填充材料，靠缝内材料自身膨胀性能始终把横缝胀紧，达到防渗堵漏之目的三、膨胀浆塞材料的选择与实验胀塞堵漏机理确定后，制作膨胀浆塞材料的选择就是该技术的关键根据工程要求，膨胀浆塞应具备的主要性能为：一是有膨胀特性保证胀紧；二是能适应伸缩缝重复开合变形的能力；三是能快速固结，不为渗水所冲蚀；四是固结体的抗渗性能要满足防渗要求基于这些要求，显见只有弹性材料可供选择１９８１年本工程实验采用的SK-4聚氨酯，有一次膨胀和在水中快速固化特性，但无浸水膨胀和重复变形的能力其他如水泥，环氧树脂等干缩性材料，更难以适用经过多种材料对比分析，认为华东院科研所研制的水溶性聚氨酯最为理想该材料以水做固化剂，遇水固化，固化时间在几秒至十几分钟内，时间可调固结体浸水膨胀，可达原体三倍，而且有重复变形能力，永久变形为零浆液固结后，基本无毒性反应通过以上分析，选定用LW水溶性聚氨酯做为膨胀浆塞主剂但此材料存在问题有二：第一是价格较高，需找出降低造价的途径；第二是抗渗性能满足不了本工程需要，尚需提高针对上述问题，决定进行复合材料研究，即在主浆液里选择合适掺料，而不改变主要性能。

为此，先后进行三种材料实验：首先，选择了细砾石：将0.5～20mm细砾石洗净后，向其孔隙内注入LW此掺料固结体浸水膨胀后，发现聚氨酯与砾石脱壳，形成连通空腔，失去防渗性能；其次选择橡胶粉做为掺料，水溶性聚氨酯与橡胶粉混合固化后，其浸水膨胀与防渗性能无大改变，但固化前橡胶粉与LW因比重差异，橡胶粉上浮，离析现象明显，复合浆液质量的均一性无法保证；最后做了以膨润土做掺料的实验膨润土也称斑脱岩，常做为水泥灌浆稳定剂，掺入后不沉淀、不离析，同时也有遇水膨胀特性，可吸收本体五倍水和浸水后膨胀达干体的十五倍的性能因此，最后选定膨润土做为掺料，与LW组成复合灌浆材料在确定掺料后，进行了物理力学配比实验经测试各项指标如下：(1)、固化体浸水实验：见表1 表1浆 体浸 水 实 验试件编号日期原尺寸mm 浸水24h 浸水48h mm （体积）% mm （体积）% 1#方样88.4.25 67 74.5 137.48 78 157.78 2#方样88.6.29 65 70 124.9 74 147.56 3#8字样88.6.29 厚20 厚24 172.8 厚25 195.3 其中 :1#样配比为LW:HW:斑脱岩=100:20:24 2#方样配比为100:20:36 3#8字样为纯浆体LW:HW=100:20(2)、固结体强度实验：见表2 表2固 体 强 度 实 验试件编号斑脱岩掺量抗压强度抗拉强度抗剪强度抗弯最小平均最小平均最小平均d=（ ）1# 20% 6.72 7.00 1.25 1.46 2.61 2.72 d=0 180未断裂2# 30% 11.32 11.84 2.10 2.33 2.61 2.68 d=0 180未断裂注： 1.抗压、抗拉、抗剪强度单位为MPa（N/mm2）2.实验温度25℃(3)、抗渗性能实验：见表3 表3抗 渗 性 能 实 验试件编号斑脱岩掺量浸水历时(s) 平均水头(cm) 浸透系数备注1# 20% 49200 245 3.788×10 水温 25℃2# 30% 94800 245 3.834×10 水温 25℃0# 0 77100 246.15 1.263×10 水温 25℃纯浆通过表1、2、3可以看出：1)、固结体膨胀率与浸水时间成正比，与斑脱岩加入量成反比；2)、固结体的抗压、抗拉强度随斑脱岩掺量增加而增加，说明加入斑脱岩浆液固结体的抗压、抗拉强度，较纯浆液固结体有所增加；3)、加入斑脱岩浆液固结体的渗透系数比纯浆液固结体的渗透系数约小3.3倍，其抗渗性能有明显提高。

四、分析与计算1.膨胀余度的计算水溶性聚氨酯复合材料用于膨胀浆塞堵漏，因其主要指标之一是固结体浸水膨胀余度，即膨胀余度应大于横缝开度1）固结体膨胀余度=钻孔直径×（膨胀率-1）从表1中选取最小膨胀率为124.9%时，当钻孔直径105mm（开口），膨胀余度为14.54mm钻孔直径91mm（终孔），膨胀余度为12.60mm2）坝体横缝开度变幅理论计算值δ=L×a×ΔT 式中： L— 坝段长度，取最大值21m a— 混凝土线胀系数，为10×10-6(1/℃) ΔT— 温差，选取25℃～5℃代入上式δ=4.2mm （3）坝体横缝变幅实测值，22#灌浆廊道为2.2mm从以上可见浆塞最小膨胀余度12.6mm,远大于横缝实测变幅和理论变形值4.2mm，说明：膨胀浆塞除满足横缝开度变化量外,至少还有8.4mm压缩量因此，膨胀浆塞胀紧横缝是可靠的，同时说明，灌浆可以在横缝处于任何开度下进行，不必选择横缝开度最大时施工2.抗渗性能的计算抗渗性能是膨胀浆塞的主要指标之二，对抗渗性能进行如下计算：（1）、求观测廊道上游抗渗要求B8砼的渗透系数，计算为：SH=MDm2/2TH 该公式为“水工砼试验规程SD105--82”中提供的对砼试件经一次加压法试验后劈开，进行渗透系数计算的公式。

式中：SH---砼渗透系数，cm/h M---砼吸水率，一般为0.03T---水压恒压时间，一次加压法为24小时H---水压力，以水柱表示，B8取8000cm0.8MPa) Dm--平均渗水高度（试件劈开后，观测渗水高度的平均值），试件高15cm，按要求最大渗水高度需小于15cm，取平均高度13cm经计算及变换单位SH=3.7×10-9cm/s2）、求膨胀浆塞固结体必需的抗渗性能打。