紅嶺灌區(qū)西干渠輸水建筑物伸縮縫止水設(shè)計(jì)

楊秀榮,張 勇

(中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610)

1 概述

紅嶺灌區(qū)為國(guó)家172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程，是海南省大型灌區(qū)之一，對(duì)海南省農(nóng)業(yè)水利發(fā)展舉足輕重。工程位于海南省東北部地區(qū)，開發(fā)任務(wù)為農(nóng)業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水等綜合利用，設(shè)計(jì)灌溉面積為9.698萬(wàn)hm2，工程等別為Ⅱ等、規(guī)模屬于大(2)型，由總干渠、東干渠、西干渠及灌區(qū)骨干渠系工程組成，其中西干渠設(shè)計(jì)流量為6 m3/s，為4級(jí)建筑物，渠系總長(zhǎng)為75.987 km，包括渠道、水閘、隧洞、渡槽、暗涵及陡坡等渠系建筑物共85座。

為了適應(yīng)地基變形和滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)要求，渠系建筑物之間及各段或節(jié)之間需設(shè)置伸縮縫，縫之間需設(shè)置止水以防止漏水或滲水。止水設(shè)計(jì)屬于結(jié)構(gòu)工程的構(gòu)造設(shè)計(jì)，是渠系建筑物伸縮縫設(shè)計(jì)的重要組成部分，雖然其工程量較小，造價(jià)占建筑物總投資相對(duì)較低，往往容易被忽視，但止水設(shè)計(jì)合理與否直接關(guān)系著渠系建筑物設(shè)計(jì)的成敗，特別是臨空的渡槽類建筑物，若設(shè)計(jì)不當(dāng)處理不好，會(huì)嚴(yán)重影響整體工程的經(jīng)濟(jì)效益，所以渠系建筑物伸縮縫的止水設(shè)計(jì)應(yīng)引起足夠的重視。本文介紹紅嶺灌區(qū)西干渠輸水系統(tǒng)不同渠系建筑物的伸縮縫止水設(shè)計(jì)所考慮的因素，從安全性、適宜性、施工簡(jiǎn)便、檢修方便等方面進(jìn)行技術(shù)分析，并兼顧經(jīng)濟(jì)性，提出適用于不同類型建筑物的止水設(shè)計(jì)方案。

2 止水設(shè)計(jì)考慮因素

止水設(shè)計(jì)包括止水形式和止水材料的選擇。止水形式一要考慮方便施工，這樣容易保證施工質(zhì)量。二是便于更換和維修，降低運(yùn)行管理的費(fèi)用和成本。止水材料應(yīng)在設(shè)計(jì)使用條件下滿足耐久性要求，做到防滲防漏；伸縮縫定型止水材料材質(zhì)上可以是天然橡膠、合成橡膠、聚氯乙烯、銅和不銹鋼材料等，對(duì)于低于20 m水頭以下的輸水系統(tǒng)宜考慮天然橡膠材料。

2.1 伸縮縫設(shè)置長(zhǎng)度的選擇

首先進(jìn)行伸縮縫設(shè)置長(zhǎng)度的選擇，紅嶺灌區(qū)西干渠輸水系統(tǒng)涉及渡槽、隧洞、暗涵、明渠等渠系建筑物，不同的建筑物因使用條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等不同，分段長(zhǎng)度也不同。分段長(zhǎng)度愈短，伸縮縫過(guò)密會(huì)增加施工的繁瑣，也會(huì)增多潛在的漏水和滲水點(diǎn)，而分段過(guò)長(zhǎng)會(huì)不利于結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的釋放，也不能很好地適應(yīng)地基的變形。本次設(shè)計(jì)在遵循相關(guān)規(guī)范原則的基礎(chǔ)上，依據(jù)不同建筑物的地形地質(zhì)條件，結(jié)合灌區(qū)所在區(qū)域的氣象水文條件等環(huán)境因素進(jìn)行伸縮縫設(shè)置長(zhǎng)度的選擇。

通常隧洞沿洞身縱向分縫長(zhǎng)度為8～12 m，明渠現(xiàn)澆砼襯砌分縫長(zhǎng)度為3～8 m，鋼筋砼結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)支梁式槽身單跨跨度宜采用8～15 m，雙懸臂梁式槽身分節(jié)長(zhǎng)度宜采用15～30 m，槽身距地面高度較大、基礎(chǔ)條件較好或基礎(chǔ)施工困難的宜選用小值；對(duì)于隧洞和暗涵在下列位置設(shè)置：① 地基土質(zhì)發(fā)生變化、基礎(chǔ)埋深不一致以及基礎(chǔ)為填、挖方形式的交界處；② 涵身和端墻、進(jìn)出口翼墻及護(hù)底等結(jié)構(gòu)的分段處。

紅嶺灌區(qū)屬亞熱帶島嶼季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均日照時(shí)數(shù)約為2 200 h，年輻射量為494 kJ/cm2，大于10℃的積溫為8 500℃，多年平均氣溫為23.6℃，最熱7月平均氣溫為28℃，最冷1月平均氣溫為16.7℃，灌區(qū)歷年實(shí)測(cè)極端最高氣溫為39.8℃，極端最低氣溫為3℃，區(qū)域內(nèi)太陽(yáng)輻射強(qiáng)，日照時(shí)間長(zhǎng)，熱量豐富、氣溫高且溫差大。因此，紅嶺灌區(qū)伸縮縫長(zhǎng)度宜取小值，力求減少溫度應(yīng)力。

結(jié)合本工程的輸水規(guī)模，并參照已建工程經(jīng)驗(yàn)，紅嶺灌區(qū)西干渠工程渡槽長(zhǎng)為15 m、隧洞和暗渠間隔為10 m、明渠長(zhǎng)為5 m，各設(shè)一伸縮縫。

2.2 止水設(shè)計(jì)因素

1)安全性

伸縮縫止水設(shè)計(jì)既要適應(yīng)變形，又要防止漏水。如果接縫漏水，會(huì)嚴(yán)重威脅建筑物的安全并造成水量浪費(fèi)。同時(shí)要考慮止水材料的耐久性，更好地適應(yīng)建筑物的運(yùn)行條件及工作環(huán)境。海南地區(qū)室外溫度高，日照強(qiáng)，臨空而立的渡槽伸縮縫中橡膠止水材料若不合理保護(hù)則易老化，影響使用壽命。夾縫材料如杉木板、松木板或聚乙烯低發(fā)泡板等是否受到土中各類水等的腐蝕也是考慮因素之一。

2)適宜性

同一級(jí)別不同類型的建筑物對(duì)止水性能的要求往往不同，都采用同一標(biāo)準(zhǔn)則較為浪費(fèi)，應(yīng)充分考慮其使用條件的特殊性。渡槽運(yùn)行環(huán)境高架臨空，結(jié)構(gòu)單薄，其止水工作條件相對(duì)隧洞和暗涵較為不利。如果出現(xiàn)問題，將嚴(yán)重威脅渡槽安全運(yùn)行，檢修更換成本和代價(jià)較大，宜選擇適應(yīng)變形能力強(qiáng)、質(zhì)量保證安全度較高的止水材質(zhì)；隧洞和暗涵止水埋于地下，受外界氣候環(huán)境響相對(duì)較小，但拆除更換對(duì)砼結(jié)構(gòu)影響較大，宜選擇有一定安全保證止水材料；明渠止水出現(xiàn)問題修補(bǔ)更換較為容易，其止水宜選擇經(jīng)濟(jì)適用、施工方便的材料，滿足止水安全功能則可。因此，伸縮縫止水的選擇要結(jié)合建筑物特點(diǎn)，充分考慮其適宜性。

3)施工簡(jiǎn)便與檢修更換方便

不同輸水建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，止水的施工條件及檢修條件不同，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)充分考慮施工的簡(jiǎn)便性及建成運(yùn)行后一旦出現(xiàn)問題檢修更換實(shí)施的方便性。施工越簡(jiǎn)便，施工質(zhì)量越容易得到保證，止水設(shè)計(jì)要充分考慮施工的簡(jiǎn)便性。

按照有關(guān)規(guī)定，3、4級(jí)灌排渠系建筑物的合理使用年限為30 a，止水設(shè)計(jì)時(shí)除滿足不漏水要求外，材質(zhì)要滿足耐久性，性能要安全可靠，構(gòu)造盡可能簡(jiǎn)單，施工方便，同時(shí)還要考慮運(yùn)行后方便維修和更換。因?yàn)楣こ桃坏┙ǔ删鸵嗄臧l(fā)揮效益，在使用期間，局部槽段、渠段和洞段受外界影響，難免需要進(jìn)行修補(bǔ)和更換，因此伸縮縫止水的可檢修性及易更換性也是設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要因素之一。

3 伸縮縫止水設(shè)計(jì)

3.1 渡槽

渡槽節(jié)與節(jié)之間、節(jié)與端部伸縮縫止水為渡槽重要的設(shè)計(jì)項(xiàng)目之一，止水形式有搭接型和嵌縫對(duì)接型兩大類，搭接型是止水材料與接縫混凝土材料采用搭接形式結(jié)合在一起，按搭接的方法又分為壓板式、粘合式及埋入式，嵌縫對(duì)接型則是在接縫中嵌入止水材料。按照西干渠工程運(yùn)用條件，渡槽伸縮縫止水的技術(shù)參數(shù)：在承受0.06 MPa水壓力條件下張開40 mm，橫向錯(cuò)動(dòng)40 mm、豎向相對(duì)沉降40 mm的位移作用下不漏水。借鑒國(guó)內(nèi)已建大型水利灌溉工程渡槽止水多年運(yùn)行的成功經(jīng)驗(yàn)，本次紅嶺灌區(qū)西干渠渡槽槽身伸縮縫止水采用搭接壓板式止水形式?？紤]海南高溫地區(qū)，渡槽為臨空建筑物，受外界溫度影響混凝土收縮變幅較大，渡槽伸縮縫寬取40 mm。迎水面設(shè)置深80 mm×底寬220 mm×開口寬240 mm的燕尾槽，有利于填料的穩(wěn)定；槽內(nèi)縫寬底部中心塞瀝青油麻，用于輔助止水和適當(dāng)保護(hù)橡皮止水帶；槽內(nèi)底部縫寬兩側(cè)預(yù)埋不銹鋼帶，然后以環(huán)氧樹脂基液粘貼L200 mm×R30 mm×δ10 mm的橋型止水橡皮，橡皮上部設(shè)紙質(zhì)隔層，再以鋸沫水泥砂漿填槽抹平，鋸未水泥砂漿的功能是為了保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)并適應(yīng)槽身伸縮。背水面以瀝青鋸沫板嵌縫(見圖1)。

施工過(guò)程中，施工方提出此種止水方式施工程序較為繁瑣，建議采用同期實(shí)施的東干渠類似工程止水方式即嵌縫式對(duì)接止水形式，槽身前后兩跨接頭縫寬40 mm，迎水面設(shè)置深80 mm×寬240 mm的矩形槽，槽內(nèi)底部厚20 mm至向背水側(cè)縫內(nèi)深50 mm填塞新型材料雙組份聚硫密封膏，然后迎水面縫寬處填塞瀝青砂漿，既起到輔助止水作用又起到保護(hù)接縫作用，縫寬兩側(cè)填塞水泥砂漿至槽頂面抹平，起到保護(hù)雙組份聚硫密封膏抗沖耐磨并提高其抗老化性能的作用，背水面以高密度聚乙烯閉孔泡沫板嵌縫(見圖2)。

圖1 搭接壓板式示意

圖2 嵌縫式對(duì)接止水示意

目前以上2種渡槽接縫止水形式均廣泛應(yīng)用于大型灌區(qū)工程中，技術(shù)上均可行，均能滿足既適應(yīng)變形又能防止漏水的功能要求。止水形式1施工較為繁瑣、較為經(jīng)濟(jì)、耐久性好。止水形式2施工方便、單價(jià)相對(duì)較高，耐久性不如第一種。同一工程同一建筑物同一使用條件采用不同止水形式，也是對(duì)2種工程措施的相互驗(yàn)證，待通水運(yùn)行后再總結(jié)歸納，為同行提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

3.2 隧洞及暗涵

對(duì)于隧洞進(jìn)、出口加強(qiáng)段及Ⅳ～Ⅴ類圍巖洞段及暗涵分縫處，采用廣泛應(yīng)用于同類項(xiàng)目工程的中部埋入式搭接止水形式，即橡膠壓板式止水，縫寬20 mm，縫內(nèi)距迎水面200 mm處設(shè)置“652”型橡膠止水帶，迎水面以1:1:4瀝青砂漿填縫，背水面縫內(nèi)布設(shè)高密度聚乙烯閉孔泡沫板。隧洞Ⅱ～Ⅲ類圍巖區(qū)縫內(nèi)不設(shè)止水帶，迎水面與背水面分別以瀝青砂漿和高密度聚乙烯閉孔泡沫板填縫(見圖3)。

圖3 橡膠壓板式止水示意

3.3 輸水明渠

對(duì)于梯形明渠分縫處采用廣泛應(yīng)用于同類項(xiàng)目工程的填縫式止水形式，縫寬20 mm，縫深度中部嵌入聚氯乙烯膠泥，厚30 mm，迎水面及背水面各以1:1:4瀝青水泥砂漿填縫，起到輔助防滲作用，同時(shí)對(duì)聚氯乙烯膠泥具有一定的保護(hù)作用(見圖4)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以紅嶺灌區(qū)西干渠輸水系統(tǒng)伸縮縫止水設(shè)計(jì)為例，闡述了止水設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的因素，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面對(duì)西干渠止水設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了適用于不同類型建筑物的止水設(shè)計(jì)方案。雖近幾十年來(lái)水利行業(yè)新技術(shù)突飛猛進(jìn)高速發(fā)展，但輸水系統(tǒng)伸縮縫止水形式并沒有太大變化，依然沿用搭接型和嵌縫對(duì)接型兩大類，只是止水材料在不斷地更新。即迎水面填縫材料從20世紀(jì)60年代的瀝青砂漿和鋸沫水泥砂漿發(fā)展至今的雙組份聚硫密封膏和聚氯乙烯膠泥，背水面嵌縫材料由較早的瀝青杉木板調(diào)換成現(xiàn)在的高密度聚乙烯閉孔泡沫板，用于固定橡膠止水帶的穿孔螺栓和壓鐵換成現(xiàn)在的不銹鋼帶。相較而言，現(xiàn)在使用的材料更加環(huán)保、更加便于施工、更加便于維修和更換。

按照施工進(jìn)度安排，紅嶺灌區(qū)干、支渠將在2020年10月全線通水，屆時(shí)對(duì)西干渠輸水系統(tǒng)伸縮縫止水設(shè)計(jì)、施工均是較大的考驗(yàn)和驗(yàn)證。筆者將會(huì)就施工過(guò)程中遇到的問題、經(jīng)驗(yàn)及運(yùn)行后的效果繼續(xù)跟蹤總結(jié)，期望通過(guò)本文及后續(xù)文章為灌區(qū)、引調(diào)水及供水等工程中渠系建筑物伸縮縫的止水設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)并為同行提供借鑒。