沥青心墙堆石坝混凝土基座止水缺陷处理

闫 飞，薛石平，吕 雯

(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065；2.中国水利水电第四工程局有限公司，西宁 810000)

1 工程概况

某水库总库容437×104m3，属Ⅳ等小(1)型工程，主要建筑物级别为4级。挡水建筑物为沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程4 030.90 m，最大坝高51.90 m，坝顶长度264.40 m，坝顶宽度7 m。坝址覆盖为6～8 m厚的砂卵砾石层，以下为青色钙质粉砂岩夹板岩。大坝防渗系统由沥青心墙和基础帷幕灌浆组成，心墙底部、帷幕灌浆顶部为混凝土基座。混凝土基座厚1.5 m，底宽5 m，顶宽6.5 m，每20 m设置一道永久横缝。基座处设置2道铜止水，1道沿心墙轴线在基座顶部布置，骑缝在沥青混凝土心墙底部和基座之间，称为纵向止水；1道在心墙轴线和基座横缝相交处、沿横缝竖向布置，骑缝在2块基座之间，并深入底部基岩止水坑，称为竖向止水。该2道止水在横缝处呈“T”型接，使沥青混凝土心墙、混凝土基座和基岩形成完整防渗体系。

2 基座竖向止水防渗检查

由于横缝处竖向止水施工不规范，为保证混凝土基座和基岩的防渗体系封闭完整，最初拟定在竖向止水上下游侧80 cm各布置1道入岩骑缝孔，孔内填塞遇水膨胀止水条，通过新增2道竖向止水使基座和基岩结合部防渗体系封闭。

为检验上述处理方案的可靠性，施工完成后在现场进行了压水检查[1]，即在竖向止水和上游侧骑缝孔之间布置检查孔[2]，进行串通性压水检查。经压水试验，水越过竖向止水及下游侧骑缝孔，从横缝中冒出，且出水量与进水量相当，串通性严重。通过压水检查，不仅证明基座横缝处的竖向止水存在施工缺陷，上下游串通，同时也证明骑缝孔内填塞遇水膨胀止水条的初拟方案效果不佳。为保证水库安全运行，决定对河床段心墙混凝土基座11条横缝再次进行化学灌浆处理，即保留原方案在横缝竖向止水上下游80 cm先布入岩骑缝孔、塞填遇水膨胀止水条，然后在竖向止水上游侧进行化学灌浆，以解决止水施工缺陷引起的渗漏问题。

3 处理措施

经压水试验，本工程混凝土基座横缝内竖向止水存在防渗缺陷，为此制定的处理方案要以“防渗为主”。处理方案设计时，要综合考虑帷幕灌浆、竖向止水和沥青心墙等相对位置关系，且不宜大范围开槽钻孔，避免降低横缝处混凝土强度。根据设计图纸，竖向止水和沥青心墙在同一轴线位置，帷幕灌浆轴线在沥青心墙轴线上游70 cm。同时，心墙底部宽度放大至2 m。为此，处理方案是在心墙轴线上下游80 cm处布置骑缝钻孔，塞填遇水膨胀止水条，然后在竖向止水上游侧化学灌浆。结合前述压水检查，遇水膨胀止水条效果不理想，但却为下步化学灌浆创造了有利的施工条件，故本工程防渗处理的重点是原方案实施后增加的化学灌浆。化学灌浆是在竖向止水和上游骑缝孔之间布置3道化学灌浆骑缝孔，采用LW/HW水溶性聚氨酯材料封闭该部位横缝，以恢复防渗效果[3-4]。

3.1 主要材料性能指标

遇水膨胀止水条，具有很好的止水性能[5]。膨胀止水条具体性能指标见表1。

表1 膨胀止水条的性能指标

LW/HW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，具有良好的亲水性，水既是稀释剂，又是固化剂，浆液遇水后自行发散、乳化、发泡，形成不透水的弹性胶状固结体，可在潮湿或者涌水情况下进行灌浆，对水质适应性强，形成的固结体遇水膨胀性好、包水性大，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[6]。浆液的粘度、固化速度可通过调整LW、HW两种材料的比例灵活调节。HW灌浆材料强度高、但膨胀量小，LW灌浆材料强度低，但遇水膨胀止水效果好[7]。LW、HW的主要技术指标见表2。

表2 LW/HW水溶性聚氨酯灌浆材料技术指标

高弹性砂浆用于混凝土薄层抗冲磨修补及嵌填伸缩缝，其最大的特点是有极佳的弹性，具有良好的抗裂性和变形特性，因此采用高弹性砂浆对横缝凿除部分进行封缝，对灌浆孔口填充进行封闭。高弹性砂浆主要性能指标见表3。

表3 高弹性砂浆性能指标

3.2 施工工艺流程

施工工艺流程:施工准备→心墙底部Ø150 mm骑缝孔钻孔→填充膨胀止水条→Ø75mm骑缝化学灌浆孔→横缝表面封闭→化学灌浆→孔口回填高弹性砂浆→质量检查及验收。

3.3 主要施工技术要求

(1) 骑缝孔钻孔及填充膨胀止水条

采用钻机在混凝土基座距铜止水80 cm处上下游两侧骑缝取芯钻孔，孔径150 mm，入岩20 cm。钻孔后采用大流量进行冲洗，冲洗完成后抽干孔内积水，孔内填充遇水膨胀的止水条。为了将孔内渗入的积水排出，将膨胀止水条(板)缠绕在一根Ø25 mm钢管下部，插入孔内，与基岩紧密相接，孔内积水通过钢管排出，然后将膨胀止水条分层插入孔内，保证充填密实。膨胀止水条填充至孔口10 cm处，用高弹性砂浆回填至基座表面。膨胀止水条填充现场见图1，高弹性砂浆封孔见图2。

(2) 化学灌浆孔布孔

在基座竖向铜止水上游布置3道化学灌浆孔，灌浆孔径75 mm，入岩60 cm。1号孔距上游已实施骑缝孔10 cm，2号孔距1号孔10 cm，3号孔距2号孔10 cm。骑缝孔布置及灌浆孔布置分别见图3、4。

(3) 在心墙基座范围沿横缝抠槽，槽深5 cm，开口宽6 cm，抠槽后将表面污物清理冲洗干净，用高弹性砂浆回填，对表面进行封闭。

(4) 化学灌浆

灌浆配比：根据现场试验，灌浆材料LW∶HW=4∶1(重量比)。

灌浆顺序：按1号、3号、2号孔顺序进行，其中2号孔兼做压水检查孔。

灌浆压力：开灌压力0.2 MPa，当吸浆率小于5 mL/min时，逐渐加压至0.3 MPa。

结束标准：在0.3 MPa压力下，不吸浆且应稳压持续10 min方可结束。

(5) 表面打磨

待浆液固化后，凿除灌浆管及部分封缝材料，孔口未被浆液充填段，需进行封孔，封孔材料采用高弹性砂浆[8]。待处理验收合格后，对整个沥青心墙基座弧面进行凿毛，后续按照原设计要求进行涂刷冷底子油及玛蹄脂等施工。

表4 各孔化学灌浆数据统计

3.4 处理效果

本次化学灌浆按照1号、3号、2号孔的顺序进行化学灌浆，1号及3号孔为化学灌浆孔，2号孔为检查孔，在1号孔和3号孔灌浆结束后，先在2号孔进行压水试验，试验压力为0.5 MPa，压水试验满足要求后统一采用化学灌浆封闭。2号孔的压水试验对1号、3号孔的化学灌浆质量及与膨胀止水条填充效果进行检验，结果均满足要求。表4为各孔化学灌浆数据统计表。11条横缝经过处理后，透水率在0.03～0.33 Lu之间，远小于设计要求的5 Lu，处理效果显著。

4 结 论

本工程对混凝土基座11条横缝进行了防渗缺陷处理，经压水检测合格。形成结论如下：

(1) 混凝土基座止水缺陷处理，施工中应尽可能采取两种或多种组合措施进行处理，避免单一方案处理的局限性。如本项目原处理方案仅采用骑缝孔填塞膨胀止水条，处理效果不理想，随后增加了化学灌浆处理方案，才达到预期缺陷处理效果。

(2) 化学灌浆作为工程常用防渗堵漏处理方案，虽然已经较为成熟，但是具体工程中还应结合施工环境及灌浆部位选择合适灌浆材料。本工程采用骑缝孔化学灌浆能够有效封闭横缝等狭小缝隙，处理后最大透水率仅为0.33 Lu，且LW/HW水溶性聚氨酯材料施工简便、缝隙封堵效果好，可为类似水利工程防渗处理提供工程实践。

目前行业规范没有关于沥青心墙混凝土基座设横缝及止水的相关规定，但参考SL 274-2020《碾压式土石坝设计规范》中7.1.9条，土质防渗体底部混凝土盖板为避免形成渗流通道设施工缝不设永久分缝[9]。为此，建议沥青心墙混凝土基座设计中不设永久缝，可采用后浇微膨胀混凝土或其他更严格的基座止水设计方案。