水下衬砌板防渗效果提升策略

混凝土缺陷问题广泛存在于各类混凝土结构中,其中又以水下混凝土结构的缺陷最难以修复。水利工程作为保障水资源合理利用、防洪抗旱以及支撑社会经济发展的重要基础设施，其安全性与稳定性至关重要。水下衬砌板作为水利工程中常见的结构，广泛应用于渠道、隧洞、水坝等水下部位，起到防止水体渗漏、保护基础结构的关键作用。然而，由于长期处于水下复杂环境，受到水流冲刷、水压作用、水质侵蚀以及温度变化等多种因素的综合影响，水下衬砌板的防渗性能面临严峻挑战。一旦衬砌板出现防渗失效问题，不仅会导致水资源的浪费，还可能引发基础结构的破坏，威胁水利工程的整体安全，甚至造成严重的安全事故与经济损失。近年来，随着我国水利工程建设规模的不断扩大以及运行年限的增长，水下衬砌板防渗问题日益凸显。部分运行多年的水利工程中，水下衬砌板渗漏发生率高达一定比例，渗漏带来的经济损失每年数以亿元计[1]。因此，如何有效提升水下衬砌板的防渗效果，成为水利工程领域亟待解决的关键问题。深入研究并提出切实可行的提升策略，对于保障水利工程的长期稳定运行、提高水资源利用效率以及维护社会经济可持续发展具有重要的现实意义。

1 影响水下衬砌板防渗效果的因素

1.1 材料性能

混凝土骨料的级配和粒径直接影响衬砌板防渗效果。当骨料级配不合理，大粒径骨料过多且缺乏细骨料填充时，混凝土内部会形成较多孔隙，成为渗水通道。例如，在一些小型水利工程中，因骨料筛选不严格，导致衬砌板孔隙率增加，抗渗性能下降。此外，水泥品种选择不当也会影响防渗性，普通硅酸盐水泥在含硫酸盐的水下环境中，易与硫酸根离子发生反应生成钙矾石，产生膨胀性破坏，造成裂缝渗漏。而外加剂与水泥的适应性差，如萘系减水剂与某些低碱水泥搭配时，会出现絮凝现象，降低混凝土密实度，削弱防渗能力。

1.2 施工工艺

水下混凝土浇筑时导管埋深控制是关键。若导管埋深过浅，易导致混凝土出现断桩、夹泥，形成渗漏通道；埋深过深，则会使混凝土流动性降低，难以充分填充模板，产生浇筑不密实的问题。在某大型水下隧洞衬砌施工中，曾因导管埋深失误，致使局部区域混凝土空洞，后期出现严重渗漏。另外，衬砌板分块浇筑时，施工缝凿毛处理不到位，表面残留浮浆，新旧混凝土粘结不牢，在水压作用下，水分极易沿施工缝渗透。同时，振捣时间不足或过度振捣，都会破坏混凝土的均匀性和密实性，影响防渗效果。

1.3 运行环境

水体中的微生物活动对衬砌板防渗影响显著。在富营养化水体中，藻类、细菌等微生物大量繁殖，它们分泌的酸性代谢产物会腐蚀混凝土，微生物附着生长形成的生物膜还会阻碍衬砌板表面水分蒸发，使混凝土长期处于潮湿状态，加速碳化和侵蚀过程，降低抗渗性能。此外，水位频繁波动使衬砌板反复干湿交替，导致混凝土内部产生收缩-膨胀应力，加速裂缝产生和扩展，为渗漏创造条件。水流携带的砂砾对衬砌板表面的冲刷磨损，也会破坏防渗保护层，降低整体防渗能力。

2 提升水下衬砌板防渗效果的策略

2.1 材料优化

采用纳米改性混凝土提升防渗性能，需精准控制材料配比与工艺参数。将纳米二氧化硅与纳米碳酸钙按 1:2 质量比复配，掺入量控制在胶凝材料总量的 3%-5% ，该比例可使纳米颗粒充分填充混凝土内部 0.1μm 以下的孔隙，并与水泥水化产物发生二次水化反应，生成更致密的C-S-H凝胶结构[2]。骨料级配优化采用连续级配碎石（最大粒径 16mm ）和机制砂（细度模数2.6-2.8），通过优化颗粒堆积密度，可将孔隙率降低至 12% 以下。添加聚羧酸系高性能减水剂，减水率达 30% 以上，水胶比控制在 0.32-0.35，显著提高混凝土密实度，使抗渗等级提升至P12 以上。

针对特殊腐蚀环境，选用抗硫酸盐水泥作为胶凝材料，同时掺入

20%-30% 的粉煤灰和 10%-15% 的矿渣粉。粉煤灰中的活性成分能与水泥水化产物反应，降低氢氧化钙含量，矿渣粉则可改善混凝土的孔结构，二者协同作用有效提高混凝土抗化学侵蚀能力。此外，在混凝土中添加含巴氏芽孢杆菌的自修复胶囊，胶囊直径 0.5-1mm ，掺量为混凝土体积的 0.5%-1%, 。当衬砌板出现裂缝渗水时，胶囊破裂释放微生物，微生物在水分和养分作用下代谢产生碳酸钙晶体，可自动填充宽度 ≤0.3mm 的裂缝，实现混凝土的自修复功能。

2.2 施工工艺改进

智能水下3D打印技术通过数字化施工提升衬砌板防渗性能。打印设备需配备高精度定位系统（定位误差≤5mm）和压力传感器（精度 ），确保打印轨迹精准。打印材料采用高流动性自密实混凝土，其扩展度控制在 650-750mm ，倒坍落度筒排空时间 3-5s，满足水下打印的层间粘结需求[3]。打印过程中，控制打印速度为 15-20cm/min ，层高 3-5cm，相邻两层打印间隔时间不超过20 分钟，使新打印层与下层充分融合，层间粘结强度可达 2.8MPa以上。

对于传统浇筑工艺，引入智能振捣控制系统可有效避免振捣缺陷。振捣棒安装压力传感器（精度 _±0.1MPa ）和位移传感器（精度 ±1mm ），实时监测振捣深度和时间。振捣深度控制在 20-30cm ，每点振捣时间 20-30s，当混凝土表面不再显著下沉、无气泡逸出且泛浆时停止振捣，确保混凝土密实度达到 98% 以上。衬砌板拼接采用遇水膨胀橡胶止水带与双组分环氧粘结剂结合的方式，止水带宽度 30-50mm ，粘结剂A、B组分按4:1 质量比混合，涂抹厚度 1-2mm ，通过“物理止水+化学粘结”双重保障，使拼接缝的抗渗压力达到1.2MPa，远超普通拼接工艺。

2.3 监测与维护创新

构建多技术融合的监测系统，实现对衬砌板的全生命周期健康管理。分布式光纤应变监测空间分辨率设为 1m ，应变监测精度 ±1με ，可实时捕捉衬砌板 0.001% 的微小变形。声发射裂缝检测设备采样频率设为 1MHz，定位误差 <10cm ，能在裂缝萌生初期（宽度约 0.05mm ）即发出预警。微电流渗漏监测装置最小检测流量 0.01L/min ，通过检测渗漏电流信号，可发现肉眼难以察觉的细微渗漏点。运用深度学习算法对多源数据进行融合分析，建立基于LSTM的渗漏预测模型，经实际工程验证，可提前72 小时以 92% 的准确率预测渗漏风险。

维护环节采用磁吸附式水下机器人，搭载高压水射流清洗装置（压力20-30MPa, ），通过旋转喷头对衬砌板表面进行 360^∘ 无死角清洗，可有效去除生物附着层和腐蚀产物。针对检测到的裂缝，机器人携带双组分灌浆系统，自动注入环氧树脂-聚氨酯复合浆液（A、B组分质量比 4:1），注浆压力控制在 0.3-0.5MPa 。该浆液具有良好的水下粘结性能，固化后强度可达35MPa，能快速封堵裂缝。

结束语：

上述从材料、施工、监测维护三方面提出的防渗提升策略，通过具体技术参数与创新工艺，为解决水下衬砌板渗漏问题提供了可行路径。这些策略的协同应用，不仅能有效提升衬砌板防渗效果，更推动水利工程建设与运维向智能化、精细化发展。未来，随着技术持续迭代，水下衬砌板防渗技术将不断完善，为水利工程安全稳定运行筑牢坚实屏障。

参考文献：

[1]郭海亮,赵小明.输水状态下渠道衬砌水下修复与拼装关键技术研究与应用[C]//中国水利学会.2022 中国水利学术大会论文集（第二分册）.中国南水北调集团中线有限公司河北分公司;,2022:61-68.

[2]郭海亮.水下混凝土衬砌板修复技术及关键工序控制[C]//中国大坝工程学会.水库大坝和水电站建设与运行管理新进展.南水北调中线干线工程建设管理局河北分局;,2022:624-630.

[3]郭海亮,苏超.水下混凝土衬砌板修复技术及关键工序控制[J].海河水利,2021,(03):105-107