摘 要：采取在无水状态下进行封堵的施工方法，封堵渗漏水效果较好，但同时会影响到水利水电工程发电、灌溉、航运、养殖等效益，带来巨大的经济损失。以磨子潭水库放水底涵竖井井壁的渗漏水为背景，针对高水头压力下水工建筑物的渗漏水封堵方法进行研究，制订与之相对应的封堵方案，并付诸实施，成功封堵了渗漏水，有效解决了高水头压力下的渗漏水封堵难题，经济和社会效益显著。
1.工程概况
本文以磨子潭水库放水底涵竖井井壁的渗漏水为背景进行研究，采取现场调查、收集历史资料、从理论上进行分析并辅以现场观察和摸索的方法，对竖井井壁在高水头压力下的渗漏水封堵进行研究，制订了针对性的渗漏水封堵方案，并付诸实施，成功封堵了渗漏水，彻底解决了竖井井壁渗漏水难题。
2.竖井井壁渗漏水封堵的背景资料及成因分析
2.1竖井井壁渗漏水背景资料
磨子潭水库放水底涵设计有闸门竖井结构，高度近60m，为钢筋混凝土结构，竖井壁厚0.6m。竖井高，受现场施工条件和当时施工技术水平制约，竖井是采取自下而上分成多段浇筑施工的，各段高度约为10m。水库蓄水运行期间竖井井壁渗漏水严重，现场观察了解到，竖井井壁渗漏水点较多，轻的出现渗水，重的形成漏水，多处出现高压喷射水流。
2.2竖井井壁渗漏水成因分析
水工建筑物的渗漏水问题是水利工程质量通病之一，渗漏水问题不仅严重影响了水工建筑物的安全运行和建筑物的使用寿命，而且影响到各种安全观测设备和照明设施的正常运行，同时也给相关工作人员带来很大不便和安全隐患。因此，必须了解渗漏水的成因，为封堵渗漏水施工提供依据。
磨子潭水库蓄水运行期间竖井井壁多处出现严重渗漏水现象，通过充分的现场调查和观察，并查找和分析历史资料，发现渗漏水主要出现在两段混凝土接头部位。很明显，竖井井壁渗漏水的成因较为单一，是由于施工质量把关不严、分段浇筑混凝土时新老结合面处理不当、混凝土振捣不密实，在两次混凝土接头的施工缝处产生质量缺陷，成为质量薄弱环节，部分施工缝周边外露混凝土还存在蜂窝、麻面等质量缺陷。水库蓄水后，在高水头压力作用下，有质量缺陷的施工缝成为渗漏水通道。据悉，经历多年运行，闸门竖井井壁渗漏水处于逐年加重之势，渗漏水流量逐渐加大，必须采取封堵处理措施。
3.竖井井壁渗漏水封堵思路与封堵方案的制订
3.1渗漏水程度的分类
1)根据渗漏水程度大小分为：①渗水从缝隙中渗出，表现为滴水形式；②漏水从缝隙中流出，表现为流水形式，以缓慢速度连续流出；③喷水从缝隙中喷射而出，表现为压力水流，形似水柱。
2)根据渗漏水的形式分为：①「点」式渗漏水施工时预留孔、灌浆钻孔处理不当，封填不密实，产生渗漏水，形成点状；②「线」式渗漏水施工缝处理质量不过关、伸缩缝两侧混凝土浇筑不密实、结构混凝土裂缝等产生的渗漏水，形成线状；③「面」式渗漏水混凝土蜂窝、麻面及混凝土酥松处的渗漏水，形成面状。
3.2渗漏水封堵原则
根据水工建筑物渗漏水程度大小确定渗漏水封堵原则。
1)渗水和漏水
采取内部压力灌浆(包括化学和水泥灌浆)处理措施，表面裂缝采取开槽和止水处理措施。
2)喷水
必须详细调查，查明喷水点位置和渗漏水通道，先在外部采取封堵措施，消除喷水现象，再从内部采取灌浆(包括化学和水泥灌浆)的处理方案。本文主要论述喷水的封堵措施。
3.3渗漏水封堵思路
1)无水状态下的渗漏水封堵思路无水状态下渗漏水封堵难度小，施工容易。一般情况是在建筑物的临水面采取封堵渗水通道措施，修复临水面混凝土。该种条件下的封堵质量容易得到保证，封堵效果好。无水状态下的渗漏水封堵不是本文讨论的重点。
2)压力水状态下的渗漏水封堵思路
水工建筑物投入运行后出现渗漏水、需要进行封堵，一般情况下不可能将水库中的水放空在无水状态下修补，需要在高水头压力下进行封堵，即使利用枯水期低水位条件进行修补，仍然是处于高水头压力下的封堵。
压力水状态下，特别是在高水头压力条件下，水工建筑物渗漏水封堵难度大，一些有「喷水」的渗漏点封堵十分困难。堵漏方法要根据实际条件而定，做到有针对性处理，达到预期的目的。具体的封堵渗漏水思路如下。
1)思路1
按照「将线状、面状渗漏水缩小为数点或一点渗漏水，将喷水转变为漏水、更进一步转变为渗水，最后堵塞漏水点」的原则对渗漏水进行处理，该方法可以降低封堵渗漏水的难度，较易达到预期的封堵效果。
2)思路2
水工建筑物中的渗漏水在高水头压力作用下形成「动水」，在「动水」条件下要想封堵渗漏水很困难，特别是从结构物内部采取化学或水泥灌浆，均因渗漏水处于流动状态，灌注的浆液短时间内不能凝固，被流动的水流带走，无法达到封堵渗漏水的目的，因此首先要将「动水」转变为「静水」，在「静水」压力作用下采取灌注浆液措施，这样才能取得可靠的封堵效果
3)思路3
采取措施止住建筑物背水面的渗漏水，在背水侧形成封闭面，再在混凝土结构内部以大于临水侧的高水头压力进行灌浆，灌注的浆液沿着结构内部的渗漏水通道渗入，并向建筑物的临水侧渗透，灌注的浆液对混凝土结构中已存在的渗透水产生「挤压」作用，此时，混凝土结构中存在的渗透水改变渗流方向，产生与原渗流方向相反的「逆流」，渗透水被推向混凝土结构的临水侧，排出混凝土结构体。经过这样的处理，原混凝土结构中的渗透水被挤出，渗漏水通道被灌注的浆液填充，浆液凝结后形成致密体，起到封堵渗漏水作用。
3.4竖井井壁渗漏水封堵方案的优选
磨子潭水库放水底涵竖井井壁存在较为严重的渗漏水问题，需要进行封堵。但该水库已蓄水多年，不能采取放空库水的修补方法，只能在高水头压力下从竖井内部的背水面进行封堵。根据渗漏水现状，按照渗漏水封堵思路研究封堵方案。首先在闸门竖井临水侧大流量渗漏点处使用棉絮等柔软材料进行覆盖封堵，减少渗漏点的渗流量和水流压力，紧接着使用木楔、棉絮等封堵背水侧的渗漏点，经过处理后，闸门竖井内没有喷射的水流，渗漏水由「动水」转变为「静水」，为灌浆处理创造了有利条件。然后在渗漏水点的上侧钻灌浆孔，灌注封堵浆液。封堵工作完成后对渗漏水点附近的混凝土表面采取镶贴钢板保护措施。
闸门竖井井壁厚0.6m，为「薄壁」结构，受到结构尺寸限制，灌浆孔短小，适于采取凝固快、灌浆效果好的化学灌浆处理措施。
图1 竖井井壁渗漏水封堵示意
3.5竖井井壁渗漏水封堵主要步骤(见图1)
1)先在大流量渗漏点的临水侧用棉絮覆盖，将大流量转变为小流量渗漏水，再在背水侧用木楔、棉絮封堵渗漏点，在背水侧形成封闭面。
2)混凝土结构内部灌浆处理。按I，II，III序钻孔并灌浆，完成混凝土结构主要封堵工序。
3)在背水侧清除渗漏点附近酥松的混凝土，镶贴钢板，使用改性环氧树脂注浆材料灌浆，将钢板与竖井壁之间的缝隙充填密实。至此，完成井壁渗漏水封堵作业。
4.竖井井壁渗漏水封堵技术
4.1封堵程序
闸门竖井井壁渗漏水封堵程序为：施工准备→使用棉絮封堵临水面渗漏点→使用木楔和棉絮封堵背水面渗漏点→钻灌浆孔→化学压力灌浆→清除渗漏点附近酥松的混凝土→镶贴钢板→二次(充填)灌浆→完工验收。
4.2施工准备
1)封堵材料准备封堵施工之前准备充足的封堵材料，包括化学灌浆材料、钢板、棉絮、木楔等。
2)施工机械准备钻孔机械、灌浆机械、竖井内的垂直运输机械等。
3)劳动力准备主要是封堵施工的专业技术工人。
4.3使用棉絮封堵临水面渗漏
由于棉絮过于柔软，不好直接用于封堵临水侧渗漏点，必须使用钢筋网将棉絮夹住，然后沿竖井井壁临水侧渗漏点铺设。使用棉絮封堵临水侧渗漏点效果良好，背水面渗漏水明显减少，有利于堵漏施工，如图1a所示。
4.4使用木楔和棉絮封堵背水面渗漏点
在竖井井壁的背水面使用木楔和棉絮封堵渗漏点，技术工人将木楔打入渗漏点，或将木楔和棉絮同时打入渗漏点，将背水面的明流水封堵住，如图1a所示。
4.5钻灌浆孔
竖井井壁的渗漏水是沿施工缝分布的，大多数渗漏水呈水平线状，灌浆孔宜采取水平线状布置，在渗漏水施工缝的上方钻孔，孔斜与水平面呈45°为宜，钻孔穿过渗漏水施工缝，钻孔深度控制在竖井壁厚的1/2～2/3。灌浆孔间距以0.3m为宜，孔径14mm。
为保证灌浆密实，灌浆孔布置成3序孔，分别是I，II，III序孔：①I序孔位于井壁下游侧，属于先期堵漏灌浆孔；②II序孔其孔位与I序孔间隔布置，起到加密灌浆作用；③III序孔孔位位于I，II序孔之间，起到巩固堵漏效果作用。钻孔布置如图1b和图2所示。
图2 竖井壁(背水侧立面)灌浆孔布置
4.6化学压力灌浆
4.6.1化学灌浆材料
1)灌浆材料选择渗漏水的封堵要求具有高渗透性的特点，因此选择高渗透改性环氧树脂材料。
2)高渗透改性环氧树脂的物理性能外观为无色透明或淡褐透明液体，分A，B组，主剂A，固化剂B；比例1.16；混合比A∶B=5∶1；操作时间30min；初期硬化10h，抗压强度≥70MPa，拉伸剪切强度≥8.0MPa，抗拉强度≥15MPa，抗渗压力≥1.2MPa。
3)高渗透改性环氧树脂为低黏度、双液型、常温硬化型的注入修补用环氧树脂主要用于混凝土结构裂缝的修补，硬化后放热低，收缩性小，对各种结构物具有极优越的黏结力，尤其对混凝土的黏结更佳。借着机械高压灌注，深入混凝土结构极其细微的裂缝，充分达到修补和防渗的效果，使结构物恢复其整体性。
4.6.2配浆
确保灌浆材料及固化物达到如下技术指标：浆液密度＞1.11g/cm3，初始黏度＜30MPa•s，可操作时间＞30min；固化物，干黏结≥4.0MPa，湿黏结≥3.0MPa，抗渗压力≥2.5MPa，抗渗压力比≥400%。
4.6.3化学灌浆施工
1)灌浆方法
灌浆采用孔口封闭、纯压式灌浆法。
2)初始灌浆压力选择
高水头压力下的灌浆不同于无外压力条件下的灌浆，为保证浆液能顺利灌入混凝土结构缝隙中，高水头下的初始灌浆压力应大于灌注点的水头压力，即最小灌浆压力应＞p水gh(p水为水的密度，g为重力加速度，h为水头高度)，现场灌注试验表明，取1.2p水gh较为合适。
3)灌浆压力控制
灌浆压力应尽快达到初始灌浆压力值，灌浆压力表指针摆动范围应小于灌浆压力的20%。
4)灌浆结束标准
在设计压力下，注入率≤0.02L/(min•m)后继续灌注30min或达到胶凝时间停止灌浆。
5)封孔
当灌浆段灌浆结束以后，立即关闭进浆阀门进行闭浆，待压力表指针自然回零后进行灌浆封孔。
4.7清除渗漏点附近酥松的混凝土
灌浆结束后，清除先前打入的木楔、棉絮、灌浆溢出物及长期渗流产生的杂物等，凿除施工缝周边酥松的混凝土，对施工缝周边的蜂窝、麻面进行清理，凿除表面的松散层。凿除混凝土后的部位使用高强度砂浆进行修补。
4.8镶贴钢板
为提高渗漏水封堵后竖井井壁混凝土结构的耐久性，使用钢板作为施工缝的保护装置。
当渗漏点附近酥松混凝土凿除并修补后镶贴钢板，覆盖外露的施工缝(见图1c)。钢板厚度以12mm为宜，外露表面做油漆防腐处理，钢板上预留灌浆孔、观测孔，与井壁接触面的钢板周边安装1cm厚橡胶带作为止浆带(兼作挤压缓冲带)。钢板与墙面连接采用12mm的膨胀锚栓固定，间距20cm。
4.9二次(充填)灌浆
钢板镶贴完成后，使用改性环氧树脂注浆材料灌浆，将钢板与竖井壁之间的缝隙充填密实，如图1c所示。
4.10完工验收
竖井井壁的所有渗漏水封堵完成后，按照要求进行检查验收。
5.渗漏水封堵效果及效益分析
5.1渗漏水封堵效果
磨子潭水库放水底涵竖井井壁有多条施工缝渗漏水，使用灌浆机将改性环氧树脂材料注入混凝土裂缝中进行封堵，施工缝表面采用钢板镶贴加固。采用该方法一次性地堵住了渗漏水，经过运行后未发现渗漏水现象。该方法施工安全、进度快、质量可靠。
5.2效益分析
高水头压力下的渗漏水封堵是在不降低水位条件下开展的施工技术，没有因为要封堵渗漏水采取降低水位或放空水库措施，很明显，该方法可以避免因封堵时放空水库造成的经济损失，如养殖、发电、灌溉、航运、旅游等方面的损失均可避免，产生的经济效益可以说是「巨大」的，其社会效益也是广泛的。
6.结语
高水头压力下的渗漏水封堵是在高风险条件下的作业，不仅要有可靠的封堵方案，而且要注意以下几方面事项。
1)查阅工程建设的历史资料，并详细做好现场调查，将两者进行对比、分析，查找出渗漏水的原因，针对渗漏水的成因制订相应的封堵方案。
2)封堵方案要反复研究，并经相关专家评审，必要时辅以试验验证。
3)用于封堵的材料包括封堵的永久性材料和临时性材料，必须满足质量要求
4)做好安全工作极其重要，封堵工作本身就是高风险作业，封堵位置不仅面临通常施工中的高空作业，而且面临深水、狭小空间、高压水流等一系列复杂环境。封堵前必须制定极为严格的安全管理制度，采取超过一般工程的安全保证措施。
