混凝土面板堆石坝接缝水下防渗修复技术.pdf

Dam and Safety 20233http:/1 研究背景众所周知，混凝土面板堆石坝主要采用经验方法设计，但由于“跟先例太紧”和简单照搬，导致国内外一批高混凝土面板堆石坝出现了严重问题1-3，包括垫层区裂缝、面板脱空、面板裂缝和面板混凝土挤压破坏等4-5。其中对混凝土面板坝影响最严重的是面板接缝挤压破坏，主要表现为造成面板坝破损和严重渗漏。据统计，国内外因面板挤压破坏导致的大坝渗漏量如下6-7：600 L/s（Mohale大坝，坝高145 m）、1 000 L/s（Barra Grande大坝，坝高185 m）、1 300 L/s（Campos Novos 大 坝，坝 高 202 m）、6 400 L/s（Turimiquire大坝，坝高115 m）、1 700 L/s（Ita大坝，坝高125 m）、1 900 L/s（Shiroro大坝，坝高130 m）、2 200 L/s（Khao Laem大坝、坝高130 m）和2 500 L/s（株树桥大坝，坝高84 m）。面板挤压破坏一般位于河床中部坝顶，从面板顶部开始向下延伸至水下部分，随着水深增加，渗透梯度增大，对面板的渗漏影响进一步增大，严重影响大坝的正常运行8-9。由于电厂发电生产需要，需保证水库发电水位，因此不能采用放空水库的方法进行修复。水下修复技术是利用水下设备进行处理，并用适当的补强加固材料嵌填灌浆的施工形式，其凭借无需放空水库即可完成缺陷修复的优点，逐渐得到众多学者、工程师及社会关注10-15。通过分析面板接缝挤压破坏成因，采用面板接缝化学灌浆和SR防渗结构相结合的水下防渗修复施工技术，并综合比选水下修复材料，对面板接缝挤压破坏水下修复开展相关技术研究。2 面板接缝挤压破坏成因分析面板接缝挤压破坏的影响因素有很多16，主要混凝土面板堆石坝接缝水下防渗修复技术程庆超1，胡召根2，许 鑫2，曹腾腾2，勾仕禧2（1.杭州国电大坝安全工程有限公司，浙江 杭州，310014；2.天生桥一级水电开发有限责任公司，贵州 兴义，562400）摘要：混凝土面板接缝挤压破坏是高面板堆石坝的主要破坏形式之一。挤压破坏产生后，破坏面沿垂直缝从坝顶延伸至水下部分，导致面板接缝防渗结构损坏，对大坝造成严重的渗漏危害。根据项目特征研究面板接缝化学灌浆和SR防渗结构相结合的水下防渗修复施工技术，通过工程实例应用分析，可有效处理水下面板接缝挤压破坏引起的防渗结构损坏问题，为类似工程提供借鉴。关键词：面板接缝；挤压破坏；化学灌浆；水下防渗Title:Underwater anti-seepage repair technology for joints of concrete face rock-fill dam/by CHENGQingchao,HU Shaogen,XU Xin,CAO Tengteng and GOU Shixi/Hangzhou Guodian Dam Safety Engineering Co.,Ltd.Abstract:The crushing failure of concrete face slab joints is one of the main failure forms of high concrete face rock-fill dam,and it is easy to extend from dam top to the underwater part along the verticaljoint,causing damage to the anti-seepage structure and serious leakage hazards to the dam.This paperintroduces the underwater repair technology combined with chemical grouting for concrete face slabjoints and SR anti-seepage structure.By analysis of engineering examples,it is obtained that the technology can effectively deal with the problem of leakage caused by crushing failure of underwater faceslab joints,providing reference for similar projects.Key words:face slab joint;crushing failure;chemical grouting;underwater seepage prevention中图分类号：TV698文献标志码：B文章编号：1671-1092（2023）03-0064-04By CHENG Qingchao:Underwater anti-seepage repair technology of concrete face rock-fill dam64http:/20233 大坝与安全包括：（1）坝体沉降引起坝体向心变形过大，造成面板挤压破损；（2）低水位高温运行工况引发面板压应力骤增，加剧面板挤压破损；（3）面板上部处于不利应力组合，导致挤压破损严重；（4）面板接缝本身为“硬缝”结构，面板之间无缓冲和变形空间。其中，大坝坝体沉降大，面板发生法向位移，大坝压性缝受压超过混凝土本身抗压强度，钢筋网受压失稳起鼓，伴随劈裂破损，是面板挤压破损发生的重要原因。设置在缝中的沥青松木板或橡胶板具有吸收和均化部分挤压集中力的作用，可降低面板的应力水平，缓解面板破损的产生。但松木板或橡胶板在受压状态下会发生变形，使面板过早发生水平位移，累积一定变形量后，在缝口薄弱位置发生破损。因此，采用何种处理方式既能恢复表面防渗性能，防止缝口发生渗漏，又能使压性缝均匀传递压力，防止再次破坏，是面板接缝挤压破坏修复的重要研究方向。3 面板接缝水下修复施工技术3.1 修复方案面板接缝混凝土发生挤压破坏后，缝内孔洞变大，并伴随原有防渗结构和周边混凝土破损和剥落，因此处理面板接缝前，需将破损部位清理干净，露出原缝槽。缝槽受挤压后，宽度比原设计尺寸小，嵌填塑性填料较困难，采用埋管灌注遇水膨胀化学浆液将缝口封闭，能起到适应缝口变形和弹性封堵作用。为防止面板接缝变形导致渗漏，在表面沿缝安装SR防渗模块，为面板接缝增加一道表面防渗屏障。面板接缝水下修复示意如图1所示。图1 面板接缝水下修复示意Fig.1 Underwater repair of face slab joints3.2 施工工艺流程面板接缝处理主要施工工艺包括缝面清理切缝开槽骑缝钻孔埋灌浆管密封检查纯压灌浆缝面封闭SR防渗模块制作SR防渗模块安装，具体如下。（1）缝面清理：采用水下液压旋转动力刷打磨清理垂直缝及其两侧周边混凝土表面，清理范围为垂直缝左右各10 cm，彻底清除裂缝及两侧混凝土表面的附着物和松散层。（2）切缝开槽：采用液压切割机沿垂直缝切缝，开凿矩形槽，矩形槽宽510 cm，槽深35 cm，成槽后清理槽面。（3）骑缝钻孔：在垂直缝槽底采用水下液压钻骑缝钻孔，孔径16 mm，孔深1015 cm，间距4050 cm，成孔后清理孔内粉尘等杂物。（4）埋灌浆管：在灌浆孔内插入1012 mm灌浆管，深度约58 cm。使用SXM水下快速密封剂封闭缝面、灌浆管及其他缝隙，将SXM水下快速密封剂嵌入缝槽23 cm，控制SXM水下快速密封剂向缝槽两边封缝35 cm范围。（5）密封检查：潜水员携带有色液体对封闭后的缝面自下而上喷墨检查，确保缝槽封闭的密封性。（6）纯压灌浆：灌浆采用纯压式，在0.3 MPa的灌浆压力下，先压入适量隔水剂，再压入聚氨酯灌浆材料。从底部灌浆管开始灌浆，当相邻灌浆管或更上层灌浆管冒浆后，将该管扎闭，并将灌浆管移至出浆的灌浆管继续灌浆，依此顺序逐步向上进行，直至最顶层灌浆管出现浆液时屏浆510 min，以保证缝内浆液填满密实。（7）缝面封闭：灌浆结束，待浆液完全固化后，割除凸出混凝土面的灌浆管，并清理干净缝槽。使用SXM水下快速密封剂对缝槽和灌浆管留下的孔洞进行封闭，恢复其表面与周边面板齐平。（8）SR防渗模块（见图2）制作：在岸上制作SR防渗模块段，模块尺寸为：SR鼓包高度8 cm，宽度24 cm，盖片宽度45 cm，每段长3 m；在盖片两翼边粘贴SR防渗胶带，厚4 mm，宽10 cm；在岸上将SR鼓包、SR 盖片、SR 防渗胶带和不锈钢压条（503型）组合预制成防渗模块；各模块预留盖片20 cm搭接段，于水上将防渗模块底部满涂水下黏结剂，厚度12 mm。（9）防渗模块安装：将SR防渗模块运至水面工 砼面板砼面板面板接缝SXM密封剂SR防渗模块不锈钢膨胀螺栓不锈钢压条SR防渗盖片SR防渗胶带水下粘合剂灌浆管混凝土面板混凝土面板程庆超，等：混凝土面板堆石坝接缝水下防渗修复技术65Dam and Safety 20233http:/作平台，由平台上的吊杆和潜水员配合进行水下安放。由上至下粘贴安放，具体步骤为：首先将SR防渗模块粘贴到结构缝缝面，然后从模块中部向两侧赶水，使SR防渗模块与基面粘贴密实，两侧根据压条孔位用水下冲击钻成孔，用M10100不锈钢膨胀螺栓固定，不锈钢压条螺栓孔间距为40 cm。每段SR防渗模块预留20 cm的搭接段，搭接原则是上方模块搭接段覆盖在下方模块搭接段上，搭接部位涂刷水下黏合剂。图2 防渗模块Fig.2 The seepage prevention module4 主要水下修复材料性能4.1 LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料是一种快速高效的防渗堵漏材料，对各类工程中出现的大量涌水、漏水及活动缝防渗处理有独特的止水效果，已在国内大量工程中得到成功应用17-18。固结体为弹性体，并且可遇水二次膨胀，具有弹性止水和以水止水的双重功能，适用于变形裂缝的防水处理，主要性能指标见表1。表1 LW水溶性聚氨酯化学灌浆材料主要性能指标Table 1 Main performance indexes of LW water-soluble polyurethane chemical grouting material4.2 HK-SXM水下快速密封剂HK-SXM水下快速密封剂具有水下不分散、固化快、与水下混凝土黏结力强、无毒和使用方便等特点，可用于水下混凝土裂缝、接缝、凹槽和孔洞的快速密封和补强处理，也可用于大坝混凝土伸缩缝和裂缝水下化学灌浆前的灌浆管埋设和缝面止封处理等，主要性能指标见表2。表2 HK-SXM水下快速密封剂主要性能指标Table 2 Main performance indexes of HK-SXM underwaterrapid sealant4.3 SR防渗保护盖片SR防渗保护盖片是一种针对混凝土面板堆石坝接缝止水开发的新型表面防渗保护材料，由SR塑性止水材料、增强型三元乙丙橡胶板、高强纤维布和聚酯膜等材料经特殊工艺复合而成19-20。SR防渗保护盖片既可作为SR塑性止水材料的专用保护材料配套使用，又可单独用于混凝土表面防渗施工，是混凝土面板坝和其他各类工程混凝土接缝和裂缝的理想防渗材料，主要性能指标见表3。5 工程实例应用5.1 工程概况天生桥一级水电站是红水河梯级电站的第一级，位于南盘江干流。坝址以上流域面积50 139 km2，多年平均流量612 m3/s，年径流量193亿m3。水库总库容102.6亿m3，调节库容57.96亿m3，是一座以发电为主的不完全多年调节水库。电站装机容量1 200 MW（4300 MW），年发电量52.26亿kWh，保证出力405.2 MW，主要建筑物由混凝土面板堆石坝、放空洞、引水发电系统和溢洪道等组成。天生桥一级面板坝坝高178 m，面板宽度16 m，共有69块，面板间只设垂直缝，其中左、右两岸各18条缝为张性缝，中部34条缝为压性缝，在分期浇筑高程设水平施工缝21。搭接部位，宽度20cm3m不锈钢压条SR防渗模块搭接部位，宽度20 cm3 m项 目浆液黏度/mPas浆液密度/（g/cm3）凝胶时间（浆液 水=1 5）/s包水量/倍固结体遇水膨胀率（28 d）拉伸强度/MPa扯断伸长率指 标4001.050.056025100%1.880%项 目外观凝固时间（252）/min水下抗压强度（1 d）/MPa水下粘接强度（1 d）/MPaA组分B组分初凝终凝指 标灰色粉末无色透明液体525201.2By CHENG Qingchao:Underwater anti-seepage repair technology of concrete face rock-fill dam66http:/20233 大坝与安全表3 SR防渗保护盖片主要性能指标Table 3 Main performance indexes of SR anti-seepage protection cover2003 年，L3/L4 面板受压垂直缝出现挤压破坏。破坏发生在接缝的L4面板一侧，混凝土破坏平均宽度为1 m，平均厚度为24 cm，范围为面板顶部 787748 m 高程，属于三期面板。20042016年，混凝土面板发生多次局部挤压破损，主要集中在面板中部偏左岸侧 L3/L4 和 L8/L9 面板处22-23。2019 年，水下喷墨检查发现右岸侧 R9/R10（698693 m高程）和左岸侧L18/L19（703.5707.5 m高程）、L19/L20（706.5709.5 m高程）面板垂直缝均出现明显吸墨现象，因此判定面板接缝挤压破坏引发了渗漏问题。5.2 施工处理效果分析针对2019年水下检查发现的左岸侧L18/L19（703.5707.5 m 高程）、L19/L20（706.5709.5 m 高程）面板垂直缝的修复，采用面板接缝化学灌浆与表面防渗结构相结合的水下修复技术。2021年6月，对已处理并经一年运行期的面板垂直缝进行水下检查，发现SR止水盖片及镀锌扁钢压条覆盖较好，未出现明显受水推力影响的位移；表面封闭的SXM密封胶和嵌填的SR柔性材料对破损部位的封闭和嵌填效果良好，未发现明显错动和拉裂；固定钢钉和膨胀螺栓牢固，未发现松动现象；沿处理的垂直缝周边进行水下喷墨检查，未发现吸墨现象。6 结 语（1）混凝土面板堆石坝坝高的增加，使面板接缝挤压破坏状况加剧，且易沿垂直缝从坝体顶部延伸至水下部分。为减少坝体渗漏量并保证坝体结构稳定性，对挤压破损部位采用水下修复技术进行处理十分必要。（2）面板接缝化学灌浆和SR防渗结构结合的施工技术，既能有效解决面板接缝挤压破坏产生的渗漏问题，又能快速实现面板接缝表面封闭加固。（3）本研究选用的水下修复材料具有较好的防渗效果，进行了面板接缝挤压破损部位内部灌浆、嵌填和表面封闭。参考文献：1 郦能惠,王君利,米占宽,等.高混凝土面板堆石坝变形安全内涵及其工程应用J.岩土工程学报,2012,34(2):193-201.2 郦能惠.高混凝土面板堆石坝设计理念探讨J.岩土工程学报,2007,29(8):1143-1150.3 库克,傅湘宁.混凝土面板堆石坝的经验设计J.水利水电快报,1999(5):8-12.4 普洪嵩,雷红军,冯业林,等.面板堆石坝面板挤压破坏处理措施研究J.人民黄河,2019,41(S2):69-71.5 郝巨涛,杜振坤.高混凝土面板堆石坝面板接缝挤压破坏预防措施研究J.水力发电,2008(6):41-44.6 徐泽平,郭晨.高面板堆石坝面板挤压破坏问题研究J.水力发电,2007,33(9):80-84.7 郦能惠,张建宁,熊国文.中国面板坝运行情况及监测资料分析M.北京:中国水利水电出版社,2005.8 孙志恒,鲁一晖.混凝土大坝水下裂缝修补技术J.水力发电,2002(11):65-67.9 刘岩,肖兴恒,余勋.水库沥青混凝土防渗面板裂缝水下检查及修复J.内蒙古电力技术,2019,37(6):46-50.10 陆志华,吴启民.港口码头水下裂缝修复技术J.水运工程,2014(5):160-164.11 颜昭跃,陈洋.四川德阳继光水库大坝面板裂缝水下防渗处理技术J.大坝与安全,2008(4):65-66.12 马宁.纳子峡水电站大坝面板接缝表面止水结构改进J.大坝与安全,2019(1):66-69.13 李和伟,高鹏.浅述PBM混凝土在紫坪铺大坝面板水下裂缝处理中的运用J.四川水力发电,2008,27(S3):118-120.14 谭建平.新安江大坝1920号坝段上游面水下横缝防渗施工J.大坝与安全,2004(5):24-26.项 目断裂强力/（N/cm）断裂伸长率撕裂强力/N不透水性（8 h无渗漏）/MPa-35 低温弯折热空气老化（80 168 h）经向纬向经向纬向经向纬向断裂拉伸强度保持率扯断伸长率保持率指 标4004003503503503502.0无裂纹8070（下转第71页）程庆超，等：混凝土面板堆石坝接缝水下防渗修复技术67http:/20233 大坝与安全高水位626.5 m，渗流量为171 L/s；2021年11月25日，库水位下降至625.9 m，渗流量达2021年极值179 L/s，水质清澈，极值同比减少 79 L/s，降幅30.6%；2022年10月21日，库水位蓄至年最高水位626.14 m，渗流量为121.3 L/s；库水位625.89 m时渗流量达2022年极值123.5 L/s，水质清澈，极值同比减少134 L/s，降幅51.9%。注：竖线处观测时间为每年1月。图6 坝前水位和渗流量关系曲线Fig.6 Relationship between reservoir level and seepage flow2021 年和 2022 年，大坝最大沉降量分别为13.86 mm和10.60 mm，大坝沉降基本呈收敛趋势。经过一个水文年和两个正常蓄水位的检验，大坝渗漏量缓慢增加并偏大的情况得到明显遏制，高水位下各阶段渗漏量明显下降，渗漏水水质清澈，大坝运行安全稳定。5 结 语钢筋混凝土面板堆石坝受沉降变形影响，面板顶部易出现脱空。面板底部受力条件改变，面板顶部受力条件变差，导致面板中上部裂缝大量发生，压性和张性垂直缝止水受脱空影响产生缺陷，导致大坝渗漏量缓慢增加，属于典型的“慢性病”。通过开展脱空回填、面板增设表层止水、帷幕补强、大坝面板混凝土裂缝和破损缺陷修补等措施，有效修复和封闭了大坝面板渗漏通道，降低了大坝渗漏量，促进了大坝长期安全稳定运行。参考文献：1 DL/T 51482012,水工建筑物水泥灌浆施工技术规范S.2 DL/T 52992013,大坝混凝土声波检测技术规程S.3 DL/T 54062019,水工建筑物化学灌浆施工规范S.4 JC/T 10412020,混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料规范S.5 DL/T 53172014,水利水电工程聚脲涂层施工技术规程S.6 JC/T 24352018,单组分聚脲防水涂料S.7 DL/T 51152016,混凝土面板堆石坝接缝止水技术规范S.收稿日期：2023-03-23；修回日期：2023-04-28作者简介：肖力群（1981），男，湖南常德人，高级工程师，主要从事运行期水工建筑物安全管理工作。作者邮箱：2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023坝前水位渗流量年份630610590570550300240180120600坝前水位/m渗流量/（L/s）15 徐贤良,陈重喜,张喜臣.某大坝结构缝的水下施工处理J.大坝与安全,2003(2):48-49.16 邢林生,朱锦杰,赵晓宇.天生桥一级大坝面板挤压破损分析J.水力发电学报,2008(5):59-63.17 林忠华,包银鸿,吴启民,等.环保型系列聚氨酯灌浆材料的研制及应用R.杭州国电大坝安全工程有限公司,2010.18 林忠华,张捷,陈乔,等.高闪点阻燃型油溶性聚氨酯灌浆材料R.杭州国电大坝安全工程有限公司,2011.19 谭建平.SR 塑性止水材料的特性J.中国建筑防水,1998(5):18-20.20 谭建平.SR塑性止水材料的研究和应用J.水力发电,1992(2):31-34.21 黄星宇,张颖,徐李达.天生桥一级水电站混凝土防渗面板水下检查及修复J.红水河,2017,36(4):50-52.22 许鑫,苏仁庚,勾仕禧.天生桥一级水电站面板局部破损处理措施建议J.水电与新能源,2018,32(5):61-65.23 勾仕禧,罗井伦,许鑫.天生桥一级水电站面板历年检查及破损修复情况分析J.红水河,2018,37(1):72-75.收稿日期：2022-03-04作者简介：程庆超（1992），男，河南商丘人，硕士，工程师，主要从事水工建筑物除险加固工作。作者邮箱：cheng_（上接第67页）欢迎投稿 欢迎订阅 欢迎刊登广告肖力群：某大坝渗漏量偏大的治理方案研究与应用71