聚脲弹性体在温泉堡水库防渗加固工程中的应用

申碧征 吴新红

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410007）

1 概 述

温泉堡水库位于河北省秦皇岛市抚宁县境内的汤河西支上，是一座以防洪、供水和灌溉为主的综合利用水库，最大坝高48m，是河北省20世纪90年代早期兴建的第一座单曲混凝土碾压坝。由于国内碾压混凝土施工工艺还处于研究探索阶段，大坝建成后坝体渗水现象较严重。

水库1995年拦洪蓄水后，水位达到164.4m，距设计正常水位166.3m仅1.9m，经观察发现，坝体下游面呈现潮湿条带11处，明显渗水点16处，渗漏比较严重。1996年汛前曾在上游面采取锚固土工膜的防渗处理措施，重新蓄水后发现下游面的漏水量虽然有明显减少，但仍存在着渗漏现象，下游面还存在片片潮湿水迹，到了冬季下游面漏水结成积冰，对下游面混凝土的坝体造成冻融剥蚀问题，并随着漏水量逐年增加，冻融剥蚀范围由表向内趋势加快，长此以往不仅会影响坝体的强度，还将影响坝体的安全运行。

2 工艺的选择

混凝土碾压坝坝身防渗处理，目前较常用的是对防渗体裂缝进行灌浆和在上游坝面贴复合防水卷材。相对来讲，防渗体裂缝灌浆要找准裂缝，灌浆才会起到较好效果，但防渗体裂缝往往难以找准，尤其是碾压混凝土本身防渗性能差，坝面出水点往往在坝体薄弱处或层间结合冷缝处；上游坝面贴复合防水卷材可以全面封闭坝体渗漏，但要求水库放空，施工时间较长，而且对坝体伸缩缝处理要求较高，否则易造成防水卷材撕裂。

喷涂聚脲弹性体技术与贴复合防水卷材相比，有效弥补了后者的一些短处。首先是工期，喷涂聚脲弹性体技术虽然也要求放空水库，但其施工时间可缩短到1／3～1／4，这对工期要求紧的水库十分可观；再就是因聚脲材料弹性较大，不会因坝体正常变形而材料断裂，不需对坝体伸缩缝做特殊处理。

因此，在混凝土碾压坝防渗处理工艺上，选择喷涂聚脲弹性体是比较理想的一种方式。

3 坝体迎水面防渗设计

3.1 设计布置

温泉堡水库坝体在140m高程以上部分，采用碾压混凝土二级配防渗，由于施工质量不好等原因渗漏比较严重。1996年防渗处理所采用的土工膜层由于施工和设计方法等原因，水位变动区的土工膜已老化起不到防渗的作用。因此，设计技术要求将进水口高程以上部分的土工膜拆除，在上游面（140～167）m高程范围内采用喷涂聚脲弹性材料防渗，从上游面对渗漏通道的源头进行第一道封堵。

3.2 主要设计参数

喷涂聚脲防渗涂料要求：凝结时间（15～30）s，固含量100%，拉伸强度大于20MPa，断裂延伸率大于400%，撕裂强度大于70kN/m，硬度达到40～50邵D，附着力和耐磨性分别达到2MPa、20MPa，密度不小于1.05g/cm3。

基层处理剂主要质量要求：固化时间（12～20）s，与附着面（混凝土或砂浆）抗拉强度≥2.0MPa，与聚脲弹性体涂层间抗拉强度≥2.0MPa。

接缝处胎基网格布要求：纵向＞300N，布网率＞100%；横向＞150N，布网率＞60%。

喷涂面要求：光洁混凝土或砂浆基层面，无蜂窝麻面，无油污杂物，表面平整度高差小于1mm。

3.3 质量控制要求

附着力≥2MPa；抗渗等级不小于W8；厚D≥3mm；防渗体连续，接头部位搭接宽度不小1m。

4 聚脲防渗体在本工程中的应用

4.1 施工准备

4.1.1 施工设备

施工采用美国GUSMA专用喷涂机，聚脲喷涂施工前，首先对喷涂设备及附属设备进行检查，尤其是注意检查易损件，然后按照设计技术要求对喷涂设备的参数进行设置。

4.1.2 施工原材料

检查A、R两组份的包装是否完整，包装损坏的必须弃用。由于R组份含有颜料和助剂，静置时间过长容易沉淀，因此喷涂前应将R组份进行充分搅拌至R组份颜色均匀一致，无浮色、无发花、无沉淀为止。

喷涂施工时，R组份应使用专门的气动搅拌设备进行同步搅拌，如无专门设备则必须在喷涂过程中定时对R组份进行搅拌，确保施工过程中喷涂材料溶液均匀不沉淀。

4.2 施工工艺流程

混凝土底材清理→基面风干→喷涂（涂刷）→潮湿型界面剂复喷涂（达到D=2mm）→养护。

4.3 基层处理

将基层用电动打磨机打磨干净,去掉混凝土表面的空鼓软弱层及凸物，使基层露出新茬，平整、坚固、无起砂。随后，用高压水枪将浮尘、油污、角质层等物质冲掉。若有凹陷处再采用多功能胶粉修补找平，渗水点喷涂施工前采用BE14潮湿界面剂处理，保证基层面干燥平整。

4.4 喷涂施工

4.4.1 喷 涂

首先在施工基层做lmm厚的Nukote Polykote可喷涂底漆，然后喷涂SUPA防水聚脲涂层（根据水头，设计厚度1.5mm，在收边和溢洪道顶端局部加厚到2mm）。施工时将主机配置的2支抽料泵分别插入装有AR原料的桶内，借助主机产生的高压（24MPa）将原料推人喷枪混合室，进行混合、雾化后喷出。在到达基层的同时，涂料几乎已近凝胶，（5～10)s后，涂层完全固化。

在喷涂过程中，为避免因基层不平形成砂眼等死角，先从上下左右4个方向喷射，最后直面喷射。按照10m左右一个点进行现场检测，聚脲涂层厚度和完整性能够满足设计要求。

4.4.2 表面状态的控制

在喷涂时，调节喷枪的喷射角度、高度以及与底材的距离，既可以使喷涂表面达到“光滑”效果，提高美观性，也可以使喷涂面表面形成“颗粒”效果，有利于界面不同材料的粘接。

4.4.3 封边施工

在聚脲弹性体喷涂范围的周边及接头以及特殊部位处的混凝土埋件中，为了保证聚脲涂层与混凝土的搭接牢固可靠，避免聚脲弹性体在外力作用力开口崩裂，在混凝土基面处理时，针对薄弱处采用斜槽的方法过渡，使聚脲涂层可以还平滑过渡，并用手刮聚脲保护。

4.4.4 优缺点比较

（1）优点：

① 工期短：本工程原计划使用贴复合防水卷材工艺，计划工期60d，运用喷涂防水聚脲体技术，仅用了15d。

② 造价低：与贴复合防水卷材（120元／m～130元／m）相比，可节约投资（25～30）元／m。若对基层面进行砂浆找平，可节省20%的涂料，但相应要延长（3～5）d工期，综合成本可再降低5%～8%。

③ 防渗效果好：相比水泥灌浆和化学灌浆，其效果好，且无污染。

（2）缺点：

① 材料、设备专业性强：原材料和施工设备不普及，均需从专业公司(本工程从北京)调运，运输成本较高。

② 施工时受天气影响较大：在风力达到5级以上时，因雾化喷料损失较多，不便喷涂。

③ 聚脲弹性体为新型防渗材料，性能未知盲点多，尤其是使用寿命的长短无经验数据可查，使用风险较大。

5 结 语

2008年6月温泉堡水库除险加固工程上游面聚脲弹性喷涂施工完成。虽然喷涂防水聚脲体技术存在一些局限性，但若推广，能够进一步降低成本。本工程经过2年多的运行观测，基本能得到如下结论：

（1）在正常蓄水位下，大坝下游坝面基本干燥，水堰渗水量较除险加固施工前明显减少，已显示出良好的防渗效果。

（2）当地环保部门定期对输水管水质进行取样进行化验，化验结果未发现异样成分。

（3）运行单位对水位波动区材料表面进行不间断监测，未发现老化腐蚀问题，但聚脲弹性的防渗体功能使用寿命需长时间检验。

（4）喷涂聚脲弹性体防渗技术在技术上可行、经济上合理，具有良好的推广应用前景。