化学灌浆在水电站厂房底板混凝土裂缝处理中的应用

宋冰

摘 要：针对电站底板混凝土裂缝问题，采用LW/HW化学灌浆进行防渗加固修复处理。灌浆记录及钻芯取样分析成果表明：水溶性聚氨酯以其良好的亲水性、变形适应性和膨胀伸展性，可以有效灌填密实混凝土裂缝，达到裂缝永久性堵漏与混凝土结构补强加固修复效果。

关键词：水电站；混凝土裂缝；化学灌浆；加固修复

中图分类号：TV431 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）16-0118-02

Application of Water-soluble Polyurethane in Anti-seepage and

Leak Treatment for Hydraulic Structures Cracks

SONG Bing

Abstract： In order to solve the concrete cracks problems in hydropower station floor， the LW/HW chemical grouting had been adopted for seepage reinforcement and repair. The results of analyzing the grouting records and core sampling showed that the water-soluble polyurethane with good hydrophilicity， deformation adaptability and expansibility could effectively fill the concrete cracks ，which could achieve the anti-seepage effect by cracks permanent plugging and strcture reinforcement.

Keywords： hydropower station；concrete cracks；chemical grouting；reinforcement repair

受当时建设历史背景、建设标准、施工质量和综合投资资金等因素的制约，我国20世纪60年代至80年代大量修建的中小型水电站普遍存在坝体结构单薄、防洪标准偏低等问题，加上几十年的运行，电站存在坝体结构裂缝、电站厂房底板裂缝、消力池底板裂缝等危害，严重制约了电站发电效益、生态效益和社会效益的正常稳定发挥。我国从20世纪60年代初就开始对化学灌浆展开研究，并在70年代后期开始在水工建筑物裂缝填充领域应用，经过50余年的发展，取得了非常良好的应用效果[1]。聚氨酯化学灌浆作为快速有效防渗堵漏材料，以其遇水固化、浸水膨胀、固结强度高等优点，在水工建筑物裂缝处理工程中得到了广泛的推广应用。

1 水溶性聚氨酯化学灌浆材料特性

水电站厂房底板混凝土在施工过程中或施工后，由于受浇筑时湿度差、温差、结构分缝、材料配合比以及水工建筑物体型等因素的综合影响，会产生一些有危害性的裂缝，必须采取合理防渗加固处理措施予以处理，避免裂缝进一步扩大，造成严重事故。处理水电站混凝土裂缝时，应严格按照渗漏处理原则，即“上堵下排，以堵为主，以排为辅”进行防渗消缺处理。LW/HW水溶性聚氨酯作为水利水电工程裂缝处理常用的化学灌浆材料，其最大优点在于以水作为固化剂，遇水固化，不存在如环氧树脂等其他化学材料那样的憎水性。水电站工程裂缝处理的水溶性聚氨酯，其固结体在浸水环境中48h后可以达到原固结体的3倍以上，同时可以适应pH值在3～13的水质环境，适应性非常强。水溶性聚氨酯主要有LW和HW两种类型，其中LW材料具有弹性好、黏度高等优点；HW材料具有黏度低、固结强度高、可灌性好和亲水性强等优点。利用LW/HW水溶性聚氨酯的良好亲水性、重复变形能力，可以有效适应水电站厂房底板混凝土裂缝随温度、时空变化带来的裂缝开度变化，始终能够充填密实结构裂缝，确保裂缝具有较好的防渗加固效果。水电站混凝土裂缝处理的LW/HW水溶性聚氨酯化学灌浆其材料主要特性指标，如表1所示。

对水电站厂房建筑物而言，一旦投入使用，如果底板混凝土存在裂缝就会有裂缝，有的甚至则会产生混凝土溶蚀，溶蚀产生游离钙还会对混凝土裂缝界面产生较大污染。常规的充填式防渗裂缝稍有变形，就会严重影响防渗效果。而LW/HW聚氨酯化学灌浆材料以其亲水性实现随裂缝变形的自动膨胀堵塞，其防渗效果良好。

2 底板混凝土裂缝化学灌浆防渗处理

2.1 渗漏现状

水电站厂房总长75m，底板混凝土厚1～1.8m，底板高程为1 641.80m，共装3台5 000kW水力发电机组。水电站厂房于2015年6月竣工，9月并网发电。工程并网投运以来，电站厂房整体运行工况良好。2016年3月，運行人员发现厂房底板存在裂缝，共9条。通过现场采用超声波及钻芯取样检测，初步判断为深度开裂，个别裂缝属于贯穿性裂缝。结合现场及钻芯分析成果，初步判断造成水电站厂房底板混凝土出现裂缝的原因主要有两个。①温差大引起混凝土表面裂缝。工程所在地地处新疆北部，昼夜温差变化较大，在浇筑混凝土时由于结构体内外温差作用产生裂缝，导致混凝土内部结构整体性不佳。②冻融破坏。2016年初，工程所在地出现长时间、极端低温环境，加上厂房底部临近建基面，受基础约束较强。在温度和基础约束等因素的共同作用下，春季消融破坏导致混凝土结构在膨胀和收缩拉伸破坏作用下产生裂缝。为了提高底板结构整体受力性能，避免裂缝进一步扩大，急需尽快采取合适的防渗加固措施，达到永久堵漏兼补强加固的双重效果。

2.2 裂缝防渗加固修复方案

考虑到水电站厂房底板混凝土裂缝才刚产生，尚未完全稳定，常规防渗材料很难适应裂缝变形特性，要求所灌防渗材料既能实现渗漏封堵，又具有较强黏结和自适应变形堵塞性能，以达到防渗补强且兼顾一定延伸率，以适应裂缝变形的防渗效果。经技术、经济的综合对比分析，决定采用高分子聚氨酯材料对水电站厂房底板混凝土裂缝进行化学灌浆加固修复处理，如图1所示。

灌浆压力选择在35MPa以下，根据底板混凝土裂缝部位进行点压式灌浆。从Φ16灌浆管中注入浆液，以高压将浆液注入结构缝中并不断向裂缝四周扩张。灌浆结束后采用80mm厚的丙乳砂浆对灌浆孔和排气孔进行封孔。在整个灌浆过程中，详细记录灌浆时间、灌浆压力、注浆量等特性参数，确保灌浆具有较高的质量。

2.3 化学灌浆防渗加固修复成果

2.3.1 裂缝灌浆记录。水电站底板混凝土防渗化学灌浆，共处理裂缝9条，总长度115.78m，共灌入浆液258.5kg，平均每米灌入化学浆液量达2.23kg，表明水溶性聚氨酯灌浆材料已灌入到混凝土裂缝深处。同时，在灌浆过程中发现在裂缝周围的混凝土微孔处有少量出浆现象，说明在高压条件下浆液已渗入裂缝四周，可灌性好，对裂缝周围不密实混凝土也起到了较好的密实充填加固作用，底板结构整体性和稳定性得到了进一步提高。

2.3.2 钻芯取样分析。为检测化学灌浆效果，现场在业主、设计、监理等单位的专业技术人员的监督下，对指定裂缝进行钻芯取样，共钻取直径Φ100mm混凝土芯样7个，其中，长120cm芯样3个、50cm芯样4个。芯样外观完整密实，裂缝处已全部被浆液填实，说明灌浆质量较好。经试验检测，芯样试验块最高抗压强度为28.2MPa，最低为26.7MPa，平均抗压强度为27.65MPa，为设计C25混凝土抗压强度指标的110.6%。根据设计要求，在电站厂房底板典型部位做压水试验，共做6组，经检测最大透水率为2.93Lu，最小透水率为1.21Lu，平均透水率1.57Lu，远低于设计要求的3Lu指标，防渗效果较好。

3 结论

以LW/HW为主的水溶性聚氨酯化学灌浆在水电站裂缝防渗处理中应用时，要充分掌握灌浆材料的特性，并制定合理的施工质量监控，确保防渗加固修复具有较高的质量。水电站底板混凝土裂缝防渗加固修复工程中，结合裂缝现状和工程特性，采用聚氨酯材料對裂缝进行化学灌浆防渗加固修复处理。经灌浆记录资料和钻芯取样分析，证实灌浆后裂缝混凝土密实饱满，强度能够达到设计要求且透水率非常低，达到裂缝永久性堵漏与补强修复的效果，有效提高了电站厂房底板混凝土结构的整体性、稳定性和耐久性。

参考文献：

[1]丁元国，方彩霞.化学灌浆在白川水电站水工建筑物防渗堵漏中的应用[J].广西水利水电，2012（3）：49-51.