自粘式止水帶綜合防排水效果模型試驗研究

郭小雄，馬偉斌，馬超鋒，郭　勇，金家康，陳少靜( ．中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京　0008; ．衡水中鐵建工程橡膠有限責(zé)任公司，河北衡水　053000)

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自粘式止水帶綜合防排水效果模型試驗研究

郭小雄1，馬偉斌1，馬超鋒1，郭勇2，金家康2，陳少靜2
( 1．中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081; 2．衡水中鐵建工程橡膠有限責(zé)任公司，河北衡水053000)

摘要:針對現(xiàn)有鐵路隧道用止水帶止水能力不足的問題，從阻斷滲水通道角度出發(fā)，研究開發(fā)了自粘式系列止水帶，并設(shè)計制作防水、排水及接頭不透水模型，進行自粘式止水帶防水、排水、接頭不透水等性能的模型試驗。對比分析了自粘式止水帶與普通止水帶防水效果差異，結(jié)果表明:自粘式止水帶全面提升了隧道接縫綜合防水能力，較普通止水帶極限防水能力提高3倍左右，能很好地解決隧道接縫滲漏水問題。本文研究結(jié)果為自粘式止水帶產(chǎn)品優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)制定及設(shè)計施工提供了支撐。

關(guān)鍵詞:止水帶自粘防水排水模型試驗

現(xiàn)有鐵路隧道用橡膠、鋼邊、塑料及鋼板止水帶的止水機理均是通過延長滲水通道和增大滲水阻力來延緩或阻滯地下水滲漏到結(jié)構(gòu)。但是由于止水帶材料本體與混凝土的膨脹率不同，因此溫度變化、干濕交替等原因會使得止水帶與混凝土結(jié)合處出現(xiàn)干縮裂縫，從而形成滲水通道，導(dǎo)致現(xiàn)有止水帶結(jié)構(gòu)抗繞滲能力不足。施工縫、變形縫等隧道接縫滲漏水占隧道總滲漏水的60%以上，個別工程甚至出現(xiàn)“見縫必漏、無縫不漏”的現(xiàn)象。隧道滲漏水長期侵蝕，加速了襯砌材料的劣化，惡化了隧道襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，縮短了隧道的使用壽命。

本文針對現(xiàn)有鐵路隧道用止水帶止水能力不足的問題，從阻斷滲水通道角度出發(fā)，研究開發(fā)了自粘式系列止水帶，并開展了自粘式止水帶防水、排水、接頭不透水等性能的模型試驗研究。

1　試驗原理

1. 1防水性能模型試驗原理

將自粘式橡膠止水帶加工成環(huán)，通過兩次混凝土澆筑固定于試驗?zāi)Ｐ椭?。兩次澆筑的混凝土間通過填充泡沫板實現(xiàn)預(yù)留空隙，內(nèi)部預(yù)留空隙為儲水空間及壓力通道，外部預(yù)留空隙為觀察測試通道，在試驗前掏空外側(cè)泡沫板。儲水空間注滿水后通過高壓氣泵提供壓力來模擬水壓力。試驗原理如圖1所示。

圖1防水性能模型試驗原理

1. 2排水性能模型試驗原理

將外環(huán)中埋式自粘橡膠止水帶及內(nèi)環(huán)背貼式自粘橡膠止水帶，通過兩次混凝土澆筑固定于試驗?zāi)Ｐ椭?。在其接頭處采用一體硫化工藝復(fù)合導(dǎo)水管，通過模型中心預(yù)留空間實現(xiàn)排水。試驗?zāi)Ｐ椭虚g通過填充泡沫板實現(xiàn)預(yù)留空隙，兩環(huán)止水帶預(yù)留空隙為儲水空間及壓力通道，外部空間為觀察測試通道，在試驗前掏空外側(cè)泡沫板。試驗原理如圖2所示。

圖2排水性能模型試驗原理

1. 3接頭不透水模型試驗原理

將自粘式鋼板止水帶接頭四周焊接4塊鋼板，頂板與4塊鋼板焊接形成儲水空間，在頂板中心開孔作為注水及加壓通道。試驗原理如圖3所示。

圖3接頭不透水模型試驗原理

2　模型設(shè)計及制作

2. 1防水模型設(shè)計及制作

防水模型試驗系統(tǒng)由加載系統(tǒng)與試驗?zāi)Ｐ蛢刹糠謽?gòu)成。

1)加載系統(tǒng)。加載系統(tǒng)由位移機構(gòu)及加壓機構(gòu)組成。位移機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)試驗?zāi)Ｐ偷睦熳冃? 0～70 mm)及剪切變形( 0～70 mm) ;加壓機構(gòu)由高壓氣泵( 0～1. 2 MPa)提供壓力。

2)試驗?zāi)Ｐ?。試驗?zāi)Ｐ偷耐庑纬叽鐬?50 mm× 850 mm×600 mm。混凝土強度等級為C30，抗?jié)B等級＞P1。試驗?zāi)Ｐ腿鐖D4所示。

圖4防水性能試驗?zāi)Ｐ?/p>

2. 2排水模型設(shè)計及制作

排水模型試驗系統(tǒng)由加載系統(tǒng)與試驗?zāi)Ｐ蛢刹糠謽?gòu)成。

1)加載系統(tǒng)。加載系統(tǒng)由約束機構(gòu)及注水機構(gòu)組成。約束機構(gòu)主要控制試驗?zāi)Ｐ妥冃?注水機構(gòu)由高壓水泵( 0～0. 6 MPa)和水管構(gòu)成。

2)試驗?zāi)Ｐ汀Ｔ囼災(zāi)Ｐ屯庑纬叽鐬? 600 mm× 1 600 mm×600 mm。其中，外環(huán)中埋式自粘橡膠止水帶直徑1 200 mm，內(nèi)環(huán)背貼式自粘橡膠止水帶直徑800 mm，中心預(yù)留空間直徑為400 mm。試驗?zāi)Ｐ腿鐖D5所示。

圖5排水性能試驗?zāi)Ｐ?/p>

2. 3接頭不透水模型設(shè)計及制作

接頭不透水模型試驗系統(tǒng)由加壓機構(gòu)與試驗?zāi)Ｐ蛢刹糠謽?gòu)成。

1)加壓機構(gòu)。加壓機構(gòu)由高壓氣泵( 0～1. 2 MPa)、調(diào)壓閥和高壓氣管構(gòu)成。

2)試驗?zāi)Ｐ?。試驗?zāi)Ｐ偷耐庑纬叽鐬?00 mm× 300 mm×100 mm。水缸上端設(shè)置有連接螺紋管，將四通管接頭與水缸相連。四通管接頭上方安裝壓力表，一側(cè)通過水管接口與水龍頭相連，另一側(cè)通過氣泵接口與氣泵相連。試驗?zāi)Ｐ腿鐖D6所示。

圖6接頭不透水試驗?zāi)Ｐ?/p>

3　試驗內(nèi)容及工況

3. 1防水性能試驗

自粘式止水帶防水性能模型試驗內(nèi)容包括拉伸變形狀態(tài)下、剪切變形狀態(tài)下及拉剪復(fù)合變形狀態(tài)下的防水性能試驗。

試驗水壓力按0. 1～0. 8 MPa逐級加壓，每級增大0. 1 MPa，保壓時間為8 h。每級壓力下觀測是否滲漏，若無滲漏則進行下一級加壓試驗;如出現(xiàn)滲漏，則停止試驗。

3. 2排水性能試驗

自粘式止水帶排水性能模型試驗主要有3種工況，進水壓力按0. 1，0. 2，0. 3 MPa加壓，主要測試排水量指標(biāo)。

3. 3接頭不透水試驗

自粘式鋼板止水帶接頭不透水模型試驗內(nèi)容主要包括單排螺栓+膠粘密封、雙排螺栓、雙排螺栓+膠粘密封等接頭方式。試驗水壓力按0. 2～0. 6 MPa逐級加壓，每級增大0. 1 MPa，保壓時間1 h。每級壓力下觀測是否滲漏，若無滲漏則進行下一級加壓試驗;如出現(xiàn)滲漏，則停止試驗。

3. 4與普通止水帶防水性能對比試驗

增大水壓至自粘式止水帶與普通止水帶本體破裂或接縫出現(xiàn)滲漏為止，對比二者極限防水能力差異。

4　試驗結(jié)果分析

4. 1防水性能試驗

自粘式止水帶防水性能模型試驗結(jié)果見表1。

表1防水性能模型試驗結(jié)果

4. 2排水性能試驗

自粘式止水帶排水性能模型試驗結(jié)果見表2。

表2排水性能模型試驗結(jié)果

由表2結(jié)果，繪制自粘式止水帶進水壓力與排水量關(guān)系曲線，如圖7所示?？梢钥闯?，隨著進水壓力的增大排水量逐漸增加，背貼式自粘止水帶排水能力與水壓成正相關(guān)性。

圖7進水壓力與排水量關(guān)系曲線

4. 3接頭不透水性能試驗

自粘式鋼板止水帶接頭不透水性能模型試驗結(jié)果表明:采用雙排螺栓加膠粘密封的接頭方法，接頭不透水壓力達到0. 6 MPa;采用雙排螺栓的接頭方法，水壓力達到0. 3 MPa時接頭出現(xiàn)漏水;采用單排螺栓加膠粘密封的接頭方法，水壓力達到0. 2 MPa時接頭出現(xiàn)漏水。

4. 4極限防水性能對比試驗

自粘式止水帶與普通止水帶極限防水性能對比試驗結(jié)果表明:在相同試驗條件下，普通止水帶在水壓力達到0. 3 MPa時，出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象;自粘式止水帶在水壓力為1. 0 MPa時，止水帶本體斷裂，但其與混凝土接縫處仍未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，說明自粘式止水帶膠粘密封帶起到了阻斷滲水通道的作用，增強了錨固能力。自粘式止水帶較普通止水帶極限防水能提高3倍左右。自粘式止水帶與普通止水帶極限防水能力對比效果如圖8所示。

圖8極限防水能力對比效果

5　結(jié)語

自粘式止水帶防水、排水、接頭不透水性能模型試驗以及自粘式止水帶與普通止水帶防水性能的對比模型試驗結(jié)果表明，自粘式止水帶全面提升了隧道接縫綜合防水能力，較普通止水帶極限防水能力提高3倍左右。自粘式止水帶膠粘密封帶阻斷了滲水通道，增強了錨固性能，排水區(qū)能及時排出襯砌背后地下水，降低了接縫滲漏風(fēng)險，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻

［1］信春雷．不同防排水模式對山嶺隧道襯砌水壓力影響關(guān)系研究［D］．成都:西南交通大學(xué)，2011．

［2］潘海澤．隧道工程地下水水害防治與評價體系研究［D］．成都:西南交通大學(xué)，2012．

［3］陳榮國．富水地區(qū)隧道滲漏水整治措施［J］．現(xiàn)代隧道技術(shù)，2002，39( 3) : 65-68．

［4］馬偉斌，郭小雄，馬超鋒，等．自粘式止水帶結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能試驗研究［J］．中國鐵路，2005( 11) : 30-33．

［5］葉林標(biāo)．建筑工程防水施工手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1990．

［6］徐啟洪．橡膠止水帶的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］．中國橡膠，2002 ( 10) : 22-24．

［7］呂康成，馬超超，吉哲，等．隧道襯砌施工縫蝶形可排水止水帶研制［J］．現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011( 12) : 23-25．

［8］裴濤濤，陳禮偉，史憲明，等．既有鐵路隧道襯砌裂損整治措施研究［J］．鐵道建筑，2013( 4) : 76-79．

［9］陳爾凡，陳珂，馬馳，等．橡膠止水帶受力狀態(tài)下的有限元分析［J］．世界橡膠工業(yè)，2010( 11) : 16-17．

(責(zé)任審編周彥彥)

Model test study on comprehensive waterproofing and drainage effect of self-stick water-stop belt

GUO Xiaoxiong1，MA Weibin1，MA Chaofeng1，GUO Yong2，JIN Jiakang2，CHEN Shaojing2
( 1．Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China; 2．China Railway Construction Engineering Hengshui Rubber Co．，Ltd．，Hengshui Hebei 053000，China)

Abstract:According to the inadequate capacity of water-stop belt used in the existing railway tunnels，a series of selfstick water-stop belts were developed，and the waterproof，drainage and impermeable junction models were built to test the performance of self-stick water-stop belt，such as the waterproof，drainage and impermeable junction from the perspective of blocking seepage channel，and the effect of self-stick water-stop belt and the common water-stop belt was compared and analyzed．T he results showed that the self-stick water-stop belt improves comprehensive waterproof capacity of tunnel joint，ultimate waterproof performance of which is three times more than that of common water-stop belt，and could effectively solve the leakage problem of tunnel joint，which could provide the support for product optimization，standard setting and design construction for self-stick water-stop belt．

Key words:W ater-stop belt; Self-stick; W aterproof; Drainage; M odel test

文章編號:1003-1995( 2016) 01-0029-04

中圖分類號:U457+．2

文獻標(biāo)識碼:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．01．06

作者簡介:郭小雄( 1985—)，男，助理研究員，碩士。

基金項目:中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目( 2015G002-F) ;中國鐵道科學(xué)研究院基金項目( 2015YJ037)

收稿日期:2015-11-15;修回日期: 2015-12-07