水库主坝廊道维修养护技术探讨

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摘要：某水库大坝建成年代较早，受限于工艺水平，成型廊道的内壁存在凹凸不平整问题，并发生严重的渗漏析出物现象。为保证廊道的安全运行，采取了综合维修养护措施：先以PVC管完成渗透水导流，再对廊道凹凸处进行凿除或修补处理，然后对廊道表面涂刷新型的瓷塑高分子复合材料，提高混凝土抗碳化能力，避免外界不利环境的侵蚀。实践应用表明，所采取的维修措施使廊道环境得到有效改观，达到了廊道结构抗碳化能力增强和耐久性提高的目的。

关键词：廊道维修;渗透水;瓷塑高分子复合材料;混凝土防碳化

1.引言

廊道是水库大坝的重要组成部分，其功能主要是用于排水、灌浆、检测或者是运行维护等，能够起到降低坝体水位以及集中渗水等作用，其一般设置于混凝土大坝的内部，两端进出口分别连接坝外，并与坝体内的纵向通道、横向通道以及竖井等互相连通，形成廊道系统。对于水库的大坝廊道而言，其周边环境存在特殊性，且其发挥的使用功能要求较高，因此对其进行高效维修与养护是摆在水利工程技术人员的重要课题。在水库的大坝廊道病害分析与处理方面，我国相关研究学者进行了较多的探索，如霍自民等[1]依托邯郸市四里岩水库廊道的维修案例，针对其廊道存在的裂缝进行了产生机理分析，并认为其裂缝原因是混凝土干缩产生的拉应变大于极限拉应变所致，据此提出了设置后浇带、控制入模温度以及采用减水剂等针对性的防治措施。舒恒[2]基于Abaqus有限元软件，对开裂的廊道结构建立模型进行应力计算，从而找出底板开裂的根本原因，在此基础上提出了加固方案，并对加固前后的结构进行了计算验证。张凯等[3]针对岩溶地区的廊道析出物与渗漏水问题，应用热重分析法，并结合使用X射线衍射法，分析了析出物的组成，成功探明了水体与岩体发生溶解的作用机理，探明了岩溶地区潜在的地下坝渗流隐患。亢一凡[4]以和川水库为案例，对其排水廊道内出现的白色沉淀物进行了化验分析，通过计算水环境的饱和指数，发现了沉淀成因，并确定大坝未受到侵蚀，保证了坝体安全。范文博[5]针对某核电站取排水廊道伸缩缝渗水、嵌缝物质剥离或老化等一系列问题，另外还包括廊道内表面混凝土生锈膨胀、保护钢板掉落或凸起、钢杯洞维修点位置多出生锈等，阐述了具体的维修方案，保证了该取排水廊道的正常运行和使用。综上可知，关于水库的大坝廊道病害分析与处理，较多的研究集中于机理分析与理论计算等方面，而针对廊道质量问题进行施工工艺介绍的报道较少[6-7]。因此，本文在既有研究的基础上，总结阐述了廊道渗透水流疏导、廊道表面与地面施工处理等工艺，尤其是创新采用一种瓷塑高分子复合材料（即CPC）混凝土防碳化涂料的应用，该涂料的应用能避免环境中CO2、氯化物以及酸雨或海水等对结构体造成侵蚀破坏，取得了较好的廊道维修效果。

2.项目概况

背景项目的某一水库位于长江流域，从上世纪60年代起便一直发挥重要功能，如抗洪、发电、防旱、水利灌溉、农田调水等，是一座具有控制性作用的大（二）型水库。水库大坝建成年代较早，受当时施工工艺水平的限制，廊道内壁施工质量存在凹凸不平的问题，对美观造成一定的影响，自建成后运行至今，主坝廊道受水流的渗透作用，逐步出现越来越多的混凝土渗透通道，引起的钙化物质与渗透析出物现象较严重，导致混凝土碳化程度剧烈。水库主坝廊道的实景如图2所示。基于上述，本次拟进行廊道维修养护，应用相关的技术措施，解决主坝廊道存在的一系列问题，如渗透水流疏导、砼表面凹凸修补以及防碳化措施等，其中在防碳化技术措施方面，本次使用了一种新型的水泥基聚合物复合材料——CPC混凝土防碳化涂料，成为本项目维修技术中的创新应用点。

3.渗透水流疏导

3.1选择合适的疏导材料

对于廊道安全性而言，渗透水流的存在是一个较大的潜在隐患，在采取维修养护措施前，将水流利用排水设施实现疏导是关键一环。金属管和PVC管都具有较好的疏导性能，均可作为疏导材料。相比PVC管，金属管虽然耐久性更好，且强度更高、抗裂性更好，较常在普通的小流量排水中应用，但对于大坝廊道而言，却不合适。原因是，廊道一般空间狭窄且多有弯折转角，而金属管较难加工成小转角形状，且覆盖的表面材料也极易发生开裂，非常不利于封闭导流。PVC管不存在上述金属管的相关问题，因此较为适用。对于选定的PVC管，合理的管径确定也是重要的考量。过大的管径既不利于导流封闭，也难以满足廊道施工条件；而当选择的管径过小时，则渗透水流中的砼衬出物也极易堵塞导流管。综上所述，PVC管的管径应当由多次现场试验而定，本次最终选定的直径为40mm。

3.2主要施工方法

先对廊道基面进行冲洗，为寻找到主要的渗漏通道，应将渗漏处存在的混凝土析出物全数清除。发现渗漏点所在后，通常沿该渗漏点和排水沟进行画线，并按此线在墙面上切槽，与此同时对半切开PVC管，将其开口向内沿槽口嵌入，再对封口利用封堵料实现快速封堵。值得注意的是，封堵料不能塞入管道内引起堵塞，且切槽过程中应保持直线，槽的宽度与深度宜相同。廊道顶与墙体处的渗水点通过上述处理后均以点、线或面的形式引流至埋管内，再用聚合物砂浆对堵体进行表面找平，并用防碳化材料刷涂一遍。冲洗干净坝段的接缝位置后，于接缝两边分别切槽，再根据导水方法处置。在处理廊道上下游侧的排水沟时，可先将上游侧排水沟冲洗干净，再将C20细石砼浇筑于踏步段的排水沟内，用以原沟填平；同样采用C20细石砼将水平段的排水沟塑造为角沟，纵坡取0.3%，厚度最小处为50mm。将廊道内下游侧排水沟的原砼盖板进行拆除，并将厚100mm的C20砼浇筑于原沟沿位置。

4.廊道表面处理措施

4.1地面处理

本项目拟对廊道地面采取贴火烧板的措施，以提高地面防滑能力及增加美观度。铺设火烧板过程中，尽量在坝体分缝处进行火烧板的分缝；进行排水孔以及观测点等位置铺设时，须将火烧板按照起初的外部轮廓进行切割，加工整齐后再进行铺贴施工。本次所用的厚30mm芝麻灰火烧板应根据原排水沟的尺寸进行下料切割，且须在原排水沟完成必要处理后再进行。

4.2墙面处理

对于廊道两侧混凝土墙面，应先将表面附着的钙化物及浮浆清除干净，并对凹凸不平之处采取凿除或修补处理。墙面修补较厚处（超2mm）应挂钢筋网后粉刷。用钢丝刷清洗廊道顶部砼表面的浮浆、钙化物等，疏松、空洞处予以凿除，接着用聚合物砂浆找平缺陷较大处。通过廊道的地面和墙面处理，能保证廊道地面平整清洁、内壁平顺光滑，排水装置通畅无阻，实现了预期的处理效果。

5.瓷塑高分子复合材料的应用

5.1复合材料概况

瓷塑高分子复合材料（即CPC）的基本原料包括热性塑料（如PP、PE、PVC）和经过高温处理的粉煤灰、陶瓷灰以及污泥灰等。热塑性聚合物具有较好的流动性与黏结性，其在熔融温度下能与粉煤灰等物料经过特殊工艺处理后实现共聚，形成高分子材料。该涂料凭借黏结强度高、黏结能力强以及柔韧性好等特性，具备良好的密封和防水功能，且能避免混凝土结构体受外界水分、氯离子以及酸碱物等的腐蚀，既能预防混凝土因伸缩所致的裂缝，也能将细小裂缝封闭。市场上该类涂料价格适中，故本次选用该涂料进行廊道修复。CPC混凝土防碳化涂料是一种新型的水泥基聚合物复合材料，由高性能防碳化乳液改性而成，其中包含有特殊的共聚物质，能使水泥通过反应生成交叉链，获得附着力和内聚力。将该涂料涂抹于砼表面后，能形成黏结稳固的保护层，避免环境中CO2、氯化物以及酸雨或海水等对结构体造成侵蚀破坏。

5.2涂料施工方法

5.2.1基面处理和涂料配制按前述施工方法对廊道的混凝土基面及凹凸不平处进行凿除或修补处理，完成清洗后再用聚合物砂浆粉刷一遍，砂浆各组分的质量比为：水∶细砂∶A组分∶B组分=（0.7-1.0）∶4∶1∶3。采用调配的聚合物腻子进行不平整位置的找平，如裂缝、蜂窝、麻面等处，AB组分的配比为1∶（2～2.5）。配制CPC涂料时，液料与粉料的配比应准确，计量无误。先搅拌液料使之均匀，再添加粉料后借助搅拌器充分搅拌，时间不少于5分钟。配制完成的CPC不得有粉团和沉淀，色泽图3CPC涂料的配制应均匀，如图3。5.2.2CPC涂料的涂刷CPC涂料须分层施工，底涂、中涂和面涂的次数分别为1遍、2遍、1遍，前道涂料面干后方能施工下道涂料，间隔时间至少为1.5h。下道涂料施工前，应对上道涂料涂刷情况进行检查，保证厚度均匀，无漏涂。涂刷CPC时可采用容貌辊筒或刷子进行。辊涂时应来回多次，不得残留气泡与涂层内，每遍辊涂时应交替变换方向，保证涂覆均匀牢固。5.2.3涂层养护在CPC涂层的表面完全干硬后，宜采用雾化水的方式养护2d，待其自然干燥14d后方能接触明水。施工环境较为潮湿时，应采取除湿措施。

6.廊道修补效果分析

在完成原渗漏通道的封闭与导流处理后，原有裂缝得到了有效的控制，且未出现新生裂缝，渗透水能沿既定的排泄通道流至地面排水沟，避免了廊道内壁的渗透水流横流状况，有效地保护了廊道混凝土结构。通过对廊道地面铺贴火烧板，既显得干净整洁，又起到防滑作用，有利于各种监测仪器的安全应用。廊道内壁通过凿除或修补等处理后，各坝段之间衔接平顺，保证了廊道内壁的平整度，提升了美观度。应用物理力学性能良好的CPC混凝土防碳化涂料，使之与混凝土基面紧密结合形成保护层，有效阻止环境中有害物质对混凝土结构体的侵蚀，且该涂料具备良好的表面硬度和耐磨性，在使混凝土抗碳化能力有效提升的同时，增强了廊道使用耐久性。本次水库主坝廊道修复完成后，廊道外在观感得到了极大提升。

7.结语

本文依托长江流域的某一水库工程案例，针对其主坝廊道修复问题，综合考虑渗透水流疏导、廊道混凝土结构体抗碳化能力提升以及廊道美观度等方面，结合工程实际情况，有针对性地采取了渗透水导流、地面铺贴火烧板、内壁平整度修整、涂刷CPC涂料等技术措施，高效高质量地完成了水库主坝廊道的维修养护，尤其是其中所介绍的新材料应用工艺，能为类似项目提供借鉴思路。

参考文献：

[1]霍自民,章美文,刘亚敏,朱国庆.四里岩水库廊道裂缝成因分析及防治措施[J].水利水电技术,2005,36(5):78-80.

[2]舒恒.天荒坪抽水蓄能电站上水库7＃廊道开裂原因分析与加固方案论证[D].武汉:武汉大学,2005.

[3]张凯,刘成栋,苏正洋,孟颖.岩溶地区地下水库廊道析出物与渗漏水溯源研究[J].水电能源科学,2020,38(11):54-57.

[4]亢一凡.和川水库大坝廊道碳酸钙沉淀成因分析[J].山西水利科技,2020(03):17-20.

[5]范文博.核电站循环水取排水管廊的维修措施[J].建材发展导向(上),2019,17(01):397-398.

[6]张勇,何毅.向家坝电站廊道坝基混凝土防渗墙施工质量控制[J].人民长江,2012,43(17):95-98.

[7]林伟涛,吕英俊.ZT廊道交替池单边停产大修施工实例[J].市政技术,2015,33(01):109-111.

作者：李婵娟 单位：北京市密云水库管理处