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提要：大壩橫縫滲漏是混凝土壩主要病害之一，傳統(tǒng)處理方法是在上游面跨縫涂貼、嵌縫或在廊道周圍進(jìn)行封閉灌漿等，由于投資過大或施工條件的限制，處理效果均不理想。本文通過參窩水庫等工程實(shí)踐，介紹一種在水庫正常運(yùn)行情況下，進(jìn)行橫縫堵漏的方法----膨脹漿塞法，即在壩頂于大壩兩道止水帶之間騎橫縫垂直造孔，用一次灌漿法，將水溶性聚氨酯復(fù)合料灌注孔內(nèi)，達(dá)到脹緊橫縫止漏的目的。該法工藝簡(jiǎn)單、效果明顯、工程造價(jià)低、止漏全面徹底。 
    關(guān)鍵詞：橫縫堵漏、膨脹漿塞、水溶性聚氨酯、膨潤土、一次灌漿。 


一、前言 
參窩水庫是一座大型水庫，位于遼陽市境內(nèi)太子河干流上，是以防洪、灌溉、工業(yè)供水為主，結(jié)合發(fā)電的綜合水利樞紐工程，水庫壩址以上控制流域面積6175Km,占全流域面積的44.5%，水庫總庫容7.91億立方米，為不完全年調(diào)節(jié)水庫。大壩為混凝土重力壩，最大壩高50.3m，大壩全長(zhǎng)532m，共分31個(gè)壩段。 
    該工程１９７０年１１月開工，１９７２年１０月基本建成。在工程建成后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了大壩裂縫、橫縫滲漏等質(zhì)量問題。對(duì)此各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)十分重視，并先后進(jìn)行了檢查和修補(bǔ)實(shí)驗(yàn)。１９７４年對(duì)主要裂縫進(jìn)行了調(diào)查研究，編寫了補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，并提出了“在23#壩段未處理前，限制最高庫水位不超過97.0m運(yùn)行”的意見。１９８２年水電部聽取了遼寧省水利局關(guān)于“參窩水庫現(xiàn)狀及存在問題”的匯報(bào)，同意了“參窩水庫加固設(shè)計(jì)工作大綱”。當(dāng)時(shí)對(duì)工程提出兩項(xiàng)措施：一是參窩水庫最高蓄水位限制在95.5m；二是對(duì)問題較嚴(yán)重的23#壩段進(jìn)行緊急加固處理。在全國大型水庫三查三定中，被列入四十三座大型重點(diǎn)病險(xiǎn)庫之一。１９８５年開始了全面加固除險(xiǎn)施工，1991年經(jīng)專家對(duì)加固進(jìn)行安全評(píng)審，同意恢復(fù)按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。 
   參窩水庫大壩橫縫漏水是該工程主要病害之一。全壩31個(gè)壩段，各橫縫均有程度不同的滲漏。滲漏水流自下游壩面和觀測(cè)廊道、灌漿廊道等部位逸出，尤其觀測(cè)廊道內(nèi)滲漏十分嚴(yán)重，在橫縫處形成滲漏水幕，嚴(yán)重者呈噴射狀流出，不僅惡化工程運(yùn)行條件，而且危及大壩安全。為處理漏水問題，多次進(jìn)行了處理實(shí)驗(yàn)，先后做了鑿槽涂貼、氰凝灌漿、丙凝灌漿、環(huán)氧樹脂及SK一1、SK一4聚氨酯灌漿等修補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，均未獲得良好效果。1985年水庫加固除險(xiǎn)設(shè)計(jì)中確定采取兩項(xiàng)措施：一是在上游面鑿槽跨縫涂貼橡膠板；二是在壩頂兩道止水帶中間打孔灌注水泥漿。1986年首先按第一方案實(shí)施，由于橫縫處粗骨料集中，最大粒徑達(dá)120mm，難以鑿成規(guī)定的槽形，無法涂貼，而且在水庫正常蓄水條件下，水下部分無法進(jìn)行，因而又采取了第二項(xiàng)措施，在進(jìn)行過程中發(fā)現(xiàn)水泥漿在滲透水作用下，溶蝕嚴(yán)重，逐漸復(fù)滲如初。經(jīng)有關(guān)部門共同對(duì)灌漿效果檢查，確認(rèn)水泥灌漿失效，進(jìn)而提出化學(xué)灌漿處理方案。 
二、膨脹漿塞法堵漏方案的確立 


   處理大壩橫縫滲漏，據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料介紹，一般有四種方法，這就是在上游面跨縫涂貼法、鑿槽嵌縫法、于橫縫兩側(cè)打斜交孔向橫縫予定部位灌漿法及廊道周圍灌漿封閉法。涂貼法要求跨縫鑿槽，槽底砂漿找平后涂貼橡皮，兩側(cè)錨固，外面再涂貼丁基橡膠等彈性防水材料，表面再抹砂漿等保護(hù)；于橫縫打斜交孔向橫縫予定部位灌漿法，因大壩橫縫止水設(shè)計(jì)時(shí)，多設(shè)置兩道止水，此法要點(diǎn)是向兩道止水帶之間橫縫進(jìn)行灌漿;嵌縫法，也是騎縫鑿槽，基面處理后，鑲嵌GB、SR等粘結(jié)強(qiáng)度好、能適應(yīng)變形的防水材料，外層再加以保護(hù)，要徹底解決橫縫滲漏問題，就必須從壩基做起，這就要求在空庫條件下施工、或采用潛水作業(yè)，不僅損失和投入巨大，而且水下作業(yè)質(zhì)量也不易保證；采用廊道周圍封閉灌漿法，雖然改善廊道工作環(huán)境效果明顯，但是對(duì)整個(gè)壩體防滲作用有限，無法降低壩體滲透壓力，在設(shè)計(jì)施工中稍有不慎，會(huì)造成排水管堵塞，同時(shí)，有悖于水工上堵下排的設(shè)計(jì)原則，是不得已而為之的方法。可見以上幾種方法，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面都存在不足。經(jīng)過比較分析確認(rèn)，在壩頂于兩道止水帶之間騎橫縫造孔灌漿的方案，施工不受水庫運(yùn)行工況的限制，具有明顯的優(yōu)越性，關(guān)鍵是作用機(jī)理和材料的選擇。為了尋求最優(yōu)方案，對(duì)此前各種處理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析和取樣檢查，從鉆取的混凝土芯樣發(fā)現(xiàn)：對(duì)較寬裂縫灌注的水泥漿有結(jié)石體存在，但結(jié)石體與裂縫脫離：對(duì)較細(xì)裂縫灌注的水泥漿，只有灰白色顆粒狀粉沫，無結(jié)石體；對(duì)環(huán)氧樹脂等的灌漿，在裂縫處可見環(huán)氧漿片，但粘結(jié)不牢，漿片與混凝土界面之間有白色軟弱夾層，可見裂縫屆面已遭嚴(yán)重污染。這種污染一是來源于裂縫本身混凝土的溶蝕，二是來源于庫水，參窩水庫已投入運(yùn)行二十年之久，運(yùn)行初期就有滲漏，根據(jù)遼寧省水科所對(duì)參窩水庫水質(zhì)取樣分析認(rèn)為：混凝土在壓力水滲透作用下，溶蝕情況十分明顯，析出物沉積于裂縫表面，多數(shù)為白色，也有灰白、黃白摻混、磚紅色等，其主要成份為碳酸鈣，還有少量鉛、鎂、鐵、硅及鐵的氧化物等，經(jīng)鉆取混凝土芯樣檢查，在橫縫界面處均有碳酸鈣質(zhì)薄膜；而太子河流經(jīng)本溪市，本鋼等21個(gè)企業(yè)每年向參窩水庫排放2.6億噸污水，除酚、氨氮、油、氰之外，還有大量粉煤灰、選礦水等，對(duì)于較寬的裂縫（如電站壩段）及橫縫均可見黑水逸出，其對(duì)橫縫界面的污染可見一斑。對(duì)于這種界面的污染，一經(jīng)形成，難以清除。通過這一分析和總結(jié)，認(rèn)識(shí)到，以前諸種方法處理滲漏所以未成功的原因是：僅按與縫面粘結(jié)機(jī)理選擇材料，忽視了橫縫溫升張開的特性和縫面嚴(yán)重污染的客觀事實(shí)。針對(duì)這一原因，確立了脹塞法堵漏機(jī)理。即在橫縫處造騎縫孔后填充材料，靠縫內(nèi)材料自身膨脹性能始終把橫縫脹緊，達(dá)到防滲堵漏之目的。    三、膨脹漿塞材料的選擇與實(shí)驗(yàn) 
   脹塞堵漏機(jī)理確定后，制作膨脹漿塞材料的選擇就是該技術(shù)的關(guān)鍵。根據(jù)工程要求，膨脹漿塞應(yīng)具備的主要性能為：一是有膨脹特性保證脹緊；二是能適應(yīng)伸縮縫重復(fù)開合變形的能力；三是能快速固結(jié)，不為滲水所沖蝕；四是固結(jié)體的抗?jié)B性能要滿足防滲要求。基于這些要求，顯見只有彈性材料可供選擇。１９８１年本工程實(shí)驗(yàn)采用的SK-4聚氨酯，有一次膨脹和在水中快速固化特性，但無浸水膨脹和重復(fù)變形的能力。其他如水泥，環(huán)氧樹脂等干縮性材料，更難以適用。經(jīng)過多種材料對(duì)比分析，認(rèn)為華東院科研所研制的水溶性聚氨酯最為理想。該材料以水做固化劑，遇水固化，固化時(shí)間在幾秒至十幾分鐘內(nèi)，時(shí)間可調(diào)。固結(jié)體浸水膨脹，可達(dá)原體三倍，而且有重復(fù)變形能力，永久變形為零。漿液固結(jié)后，基本無毒性反應(yīng)。通過以上分析，選定用LW水溶性聚氨酯做為膨脹漿塞主劑。但此材料存在問題有二：第一是價(jià)格較高，需找出降低造價(jià)的途徑；第二是抗?jié)B性能滿足不了本工程需要，尚需提高。針對(duì)上述問題，決定進(jìn)行復(fù)合材料研究，即在主漿液里選擇合適摻料，而不改變主要性能。為此，先后進(jìn)行三種材料實(shí)驗(yàn)：首先，選擇了細(xì)礫石：將0.5～20mm細(xì)礫石洗凈后，向其孔隙內(nèi)注入LW。此摻料固結(jié)體浸水膨脹后，發(fā)現(xiàn)聚氨酯與礫石脫殼，形成連通空腔，失去防滲性能；其次選擇橡膠粉做為摻料，水溶性聚氨酯與橡膠粉混合固化后，其浸水膨脹與防滲性能無大改變，但固化前橡膠粉與LW因比重差異，橡膠粉上浮，離析現(xiàn)象明顯，復(fù)合漿液質(zhì)量的均一性無法保證；最后做了以膨潤土做摻料的實(shí)驗(yàn)。膨潤土也稱斑脫巖，常做為水泥灌漿穩(wěn)定劑，摻入后不沉淀、不離析，同時(shí)也有遇水膨脹特性，可吸收本體五倍水和浸水后膨脹達(dá)干體的十五倍的性能。因此，最后選定膨潤土做為摻料，與LW組成復(fù)合灌漿材料。