渡槽槽身U型止水閉水檢測裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊 君 磊， 胡 湯 呷 子， 周 波

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

四川省都江堰灌區(qū)毗河供水一期工程為國家重點(diǎn)水利工程之一,是一項(xiàng)為解決資陽市境內(nèi)諸多區(qū)縣的灌溉用水、城鎮(zhèn)供水并兼顧人畜用水和改善生態(tài)環(huán)境的重要民生工程。在該工程主干渠及支渠引水渠道建設(shè)中,由于所跨越的地形條件較為復(fù)雜,依托地形條件及當(dāng)?shù)氐拿裆枨螅O(shè)計(jì)人員采用了諸多類型的引水水工建筑物,如明渠、暗涵、隧洞、渡槽等。

其中渡槽作為引水工程的主要建筑物，為確保引水渠道水流上跨河渠、溪谷、洼地和道路時(shí)所修建的橋式交叉建筑物(又稱高架渠)，主要由進(jìn)出口槽臺、槽身、支撐結(jié)構(gòu)(樁基礎(chǔ)、板式基礎(chǔ)、排國家實(shí)用新型專利：渡槽槽身U型止水閉水裝置(ZL.2019,2,2051099.9)

架柱、支座、墊石)及附屬結(jié)構(gòu)(止水、欄桿)組成。毗河供水一期工程渡槽槽身為U型薄殼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫斷面為半圓加直段，在槽身頂部設(shè)置有拉桿，渡槽槽身標(biāo)準(zhǔn)跨長度為15 m，在跨越特殊部位時(shí)采用預(yù)應(yīng)力槽身，跨度為20～30 m不等，在槽身兩端設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，接縫下部寬3 cm，上部寬20 cm。

在結(jié)構(gòu)縫U型橡膠止水帶施工完成后、嵌縫前需要進(jìn)行閉水試驗(yàn)以檢測止水帶是否存在滲漏。磚砌擋墻蓄水是常規(guī)采用的閉水檢測方式。該閉水檢測試驗(yàn)通常需要在完成一跨或多跨槽身止水帶安裝后在其兩端砌墻封閉、向槽身內(nèi)充水至設(shè)計(jì)加大水深(設(shè)計(jì)允許過流最大水深)。該墻體橫貫渡槽槽身，占用空間較大，同時(shí)對槽身前后的交通造成阻塞，不利于其他工序的施工，鑒于磚砌擋墻形成的關(guān)水空間較大，其用水量亦較大。在渡槽高程較高、地勢較為復(fù)雜、取水困難的部位，采用該施工方法將大大增加施工難度。在渡槽止水施工過程中，對止水帶安裝后的槽身進(jìn)行閉水試驗(yàn)是其施工必要的過程，如果槽身閉水試驗(yàn)過于復(fù)雜，勢必會影響到施工進(jìn)度。為保證工程施工方便、經(jīng)濟(jì)，通過現(xiàn)場摸索，項(xiàng)目部技術(shù)人員研發(fā)出了渡槽槽身U型止水閉水檢測裝置，對其研發(fā)過程介紹于后。

2 渡槽槽身止水結(jié)構(gòu)的形式及施工工序

在渡槽結(jié)構(gòu)縫之間設(shè)置渡槽止水，其目的在于在渡槽運(yùn)行過程中緩沖槽身與槽身之間的作用力，釋放或減小槽身與槽身之間的各種應(yīng)力(溫度應(yīng)力、拉應(yīng)力等)，要求渡槽的結(jié)構(gòu)縫必須具有一定的伸縮性，同時(shí)，渡槽結(jié)構(gòu)縫設(shè)置的止水應(yīng)具有防滲漏作用，以保證渡槽的穩(wěn)定運(yùn)行。該工程止水結(jié)構(gòu)的形式選用U型GB復(fù)合橡膠止水帶，其止水結(jié)構(gòu)包含聚乙烯嵌縫板(δ=3 cm、δ=5 cm)、U型橡膠止水帶(δ=8 mm)、GB膠板(δ=4 mm)、不銹鋼螺栓(M10×100 mm)、不銹鋼壓板(30 mm×5 mm)、丙乳砂漿(根據(jù)設(shè)計(jì)要求配制)、聚硫密封膏及材料間粘接劑(氯丁酚醛膠粘劑強(qiáng)力膠等)。鑒于止水結(jié)構(gòu)施工工序較為復(fù)雜，為確保止水的施工質(zhì)量，做到不滲漏，要求各工序必須細(xì)致施工以避免返工。槽身止水的施工流程見圖1[1]。

圖1 槽身止水施工流程圖

3 槽身U型止水閉水檢測裝置的設(shè)計(jì)

按照渡槽槽身U型止水施工流程，在完成U型止水帶及不銹鋼壓板、螺栓安裝后需要對結(jié)構(gòu)縫施工質(zhì)量進(jìn)行閉水檢測，以檢驗(yàn)止水帶的安裝是否滿足質(zhì)量要求，及時(shí)發(fā)現(xiàn)前期施工存在的問題，避免在后續(xù)施工完成后返工而浪費(fèi)時(shí)間及材料。槽身閉水檢測是在安裝完成U型止水帶后、通過向槽身內(nèi)充水、在充水水位達(dá)到設(shè)計(jì)加大水深、參照水池滿水試驗(yàn)要求閉水72 h后測得水位損失量并觀察渡槽止水槽是否出現(xiàn)漏水或明顯的滲水現(xiàn)象。

3.1 槽身U型止水閉水檢測裝置的設(shè)計(jì)原理

渡槽通水后，渡槽底部會受到持續(xù)的動(dòng)水壓力作用，當(dāng)渡槽過水?dāng)嗝娴倪^水流量恒定時(shí)，此時(shí)將渡槽的過流情況視作均勻流，即渡槽底部受到的動(dòng)水壓力作用與靜水壓力作用一致。因此，可以在靜水壓力的條件下考察渡槽止水在水壓力作用下的防滲漏能力，這即為進(jìn)行槽身止水閉水試驗(yàn)的基礎(chǔ)條件。

在水靜力學(xué)研究中得到靜水壓強(qiáng)公式[2]：

P=P0+ρgh

式中：P為在水深h時(shí)的靜水壓強(qiáng)；P0為自由水面大氣壓強(qiáng)；ρ為水的密度；h為水深。

由靜水壓強(qiáng)公式得出重要的結(jié)論：同種液體中，淹沒深度相等的各點(diǎn)靜水壓強(qiáng)相等[3]。即在其他條件不變的情況下，水中某點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)僅與該點(diǎn)所處水中的深度有關(guān)。因此，在如圖2所示的兩種關(guān)水情況下，渡槽止水部位受到的靜水壓強(qiáng)相等。這是槽身U型止水閉水檢測裝置的理論基礎(chǔ)。槽身U型止水閉水試驗(yàn)對比情況見圖2。

由此可以根據(jù)施工現(xiàn)場的條件及磚砌擋墻閉水試驗(yàn)設(shè)計(jì)出土工膜封閉水試驗(yàn)裝置，用于考察渡槽止水在同樣的靜水壓強(qiáng)作用下是否能夠達(dá)到防滲漏的質(zhì)量要求。

3.2 槽身U型止水閉水檢測裝置的結(jié)構(gòu)形式

渡槽槽身U型止水閉水檢測裝置是將復(fù)合土工膜覆蓋在渡槽的止水槽上，封閉止水槽并形成弧形閉水區(qū)間，閉水區(qū)間的兩端均為用于向閉水區(qū)間灌水的灌水口。渡槽結(jié)構(gòu)縫的上下游兩端在距離其邊緣5 cm范圍均打磨平整并涂刷界面劑，再通過強(qiáng)力膠與復(fù)合土工膜連接。復(fù)合土工膜裁剪下料時(shí)要超出結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)寬度5～10 cm。對于復(fù)合土工膜與槽身內(nèi)壁結(jié)合部位粘貼GB膠條，GB膠條與復(fù)合土工膜之間通過強(qiáng)力膠連接，在每條GB膠條上部安裝不銹鋼壓條并根據(jù)壓條預(yù)留孔位鉆孔，根據(jù)孔位的布置安裝膨脹螺栓，依次穿過不銹鋼壓條、GB膠條、復(fù)合土工膜后嵌入渡槽槽身固定。渡槽止水槽處的橫縱剖面見圖3[4]。

圖中：1—渡槽槽身；2—止水槽基座；3—組合層結(jié)構(gòu)；31—第一GB膠條；32—U型止水帶層；4—閉水區(qū)間；41—灌水口；5—復(fù)合土工膜；6—第二GB膠條；7—第一螺栓；71—第一不銹鋼壓條；8—槽身頂部拉桿；9—第二螺栓；91—第二不銹鋼壓條圖3 渡槽止水槽處的橫縱剖面圖

4 槽身U型止水閉水檢測裝置的施工

渡槽槽身U型止水閉水檢測裝置的施工流程見圖4。

(1)基礎(chǔ)面打磨及界面劑的涂刷。在U型止

圖4 渡槽槽身U型止水閉水檢測裝置施工流程圖

水閉水檢測裝置施工前，需要將原澆筑渡槽槽身端頭部位打磨平順，同時(shí)將槽身內(nèi)側(cè)表面混凝土乳皮打磨干凈以確保復(fù)合土工膜與槽身緊密貼合，打磨范圍為5～10 cm。基礎(chǔ)面打磨完成后，用軟毛刷均勻涂刷界面劑以增強(qiáng)復(fù)合土工膜與混凝土面的貼合性。

(2)復(fù)合土工膜的粘貼。毗河供水一期工程渡槽槽身分為不同流量段，其槽身尺寸不盡相同，必須按照設(shè)計(jì)圖紙采用美工刀或剪刀裁剪出相應(yīng)尺寸的復(fù)合土工膜。復(fù)合土工膜多采用兩布一膜，且土工膜與渡槽槽身粘貼側(cè)需將土工膜保護(hù)布去除，使膜與混凝土基礎(chǔ)面直接粘合并保證粘貼的嚴(yán)密性，在完成土工膜裁剪及準(zhǔn)備工作后備用。

根據(jù)不同界面劑說明書要求，在完成界面劑涂刷且達(dá)到相應(yīng)時(shí)間后開始涂刷強(qiáng)力膠水，同樣按照強(qiáng)力膠水的性能要求和說明書將其均勻涂刷在混凝土基礎(chǔ)面，待強(qiáng)力膠水滿足時(shí)間要求后將準(zhǔn)備好的復(fù)合土工膜按照先底部、后邊墻，底部由中間向兩端粘接，邊墻由下向上粘接的順序施工，在其鋪設(shè)過程中采用刮片和膠錘連續(xù)壓實(shí)土工膜，不得漏壓。

(3)GB膠板的粘貼。清理土工膜表面的灰塵及污漬，GB膠板采用丙酮(或酒精)擦拭干凈。使用毛刷在土工膜面和GB膠板上分別涂刷一層氯丁酚醛膠粘劑強(qiáng)力膠，要求涂膠2～3次，涂膠量按150～250 g/m2實(shí)施，露置至完全不粘手(約10～20 min)時(shí)將其壓緊，按照先底部、后邊墻，底部由中間向兩端粘接，邊墻由下向上粘接的順序施工，并設(shè)置壓板等固定壓實(shí)。施工過程中，應(yīng)避免沾水或進(jìn)入灰塵，待膠體充分固化后拆除壓板并進(jìn)行清理工作。

(4)不銹鋼壓條及螺栓的安裝。在鋪設(shè)GB膠板位置順直鋪放不銹鋼壓條，再根據(jù)不銹鋼壓條上的空隙位置選取適合鉆孔的位置并做好記號，使用電鉆在標(biāo)記的位置垂直止水槽環(huán)面鉆孔，鉆孔完成后，使用高壓風(fēng)槍將孔內(nèi)的殘?jiān)謇砀蓛簦罂變?nèi)無殘?jiān)突曳邸４_認(rèn)孔的位置合適后，將膨脹螺栓穿過土工膜、GB膠板、不銹鋼壓板等，再插入已打好的螺栓孔內(nèi)并確認(rèn)完全插入。

如果螺栓孔過緊，需要用手錘將膨脹螺栓敲擊入孔。此時(shí)應(yīng)注意：不得直接敲擊螺栓端部，這樣做可能會導(dǎo)致螺栓的絲扣受到損壞，從而無法旋緊螺母并進(jìn)行調(diào)節(jié)。應(yīng)使用略大于螺桿的套管套在螺桿上進(jìn)行敲擊，使敲擊力作用于螺母上。螺栓孔過緊的處理方法見圖5。

圖5 螺栓孔過緊的處理方式示意圖

螺栓的緊固順序?yàn)閺牟凵淼撞肯騼蓚?cè)依次緊固，螺栓的擰緊程度以壓條空隙內(nèi)橡膠稍有凸起為止。對于安裝好的膨脹螺栓，其外露部分應(yīng)與底板垂直，墊片與底板應(yīng)完全緊密接觸。螺母旋緊后，螺栓外露的絲扣應(yīng)保持在2～5扣之間。U型止水閉水裝置見圖6。

圖6 U型止水閉水裝置示意圖

(5)閉水檢測裝置的注水及滲漏檢測。完成閉水檢測裝置的安裝并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，向該裝置內(nèi)緩慢注水，并在槽身混凝土上口端設(shè)置注水上限刻度即設(shè)計(jì)加大水深處，緩慢注水至上限刻度。注水過程中需安排人員觀察渡槽槽身結(jié)構(gòu)縫及閉水檢測裝置是否存在滲漏現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)有滲漏情況，應(yīng)標(biāo)記滲漏位置，立即停止注水、返工重做。若未發(fā)現(xiàn)滲漏，則在注水至上限刻度位置時(shí)停止注水并浸泡48 h，使槽身混凝土及土工膜吸水飽和，再次注水至上限刻度并記錄初始刻度數(shù)據(jù)，待24 h后再次記錄最終水位數(shù)據(jù)，并對結(jié)構(gòu)縫及閉水檢測裝置進(jìn)行檢查，看其是否存在滲漏點(diǎn)，若無滲漏且最終水位差允許滲水量不超過17.6 m3/(24 h·km)[5](參照市政工程管徑不超過20 cm鋼筋混凝土管無壓管道閉水試驗(yàn)允許滲水量數(shù)據(jù))即為合格。

5 槽身閉水試驗(yàn)對比

磚砌擋墻和槽身U型止水閉水檢測裝置兩種槽身閉水試驗(yàn)方案均能達(dá)到渡槽在加大水深時(shí)的靜水壓強(qiáng)效果，故其均能達(dá)到檢測渡槽止水是否滲漏的目的。

對于磚砌擋墻槽身閉水試驗(yàn)方案，在其施工過程中使用了磚、水泥砂漿兩種主要材料且磚砌過程復(fù)雜。以毗河供水一期工程書永分干渠第四流量段渡槽為例介紹了具體的閉水試驗(yàn)過程。該渡槽完工后的磚墻面積為4.549 5 m2左右，兩面磚墻形成前后寬2 m、高1.85 m的半封閉關(guān)水空間，此時(shí)渡槽的前后已不便于通行。進(jìn)行閉水試驗(yàn)時(shí)，在關(guān)水空間內(nèi)將水位關(guān)到設(shè)計(jì)加大水深183.9 cm處需要9 099 L的水。為防止磚墻被水壓推垮，在磚墻外側(cè)需要堆砌砂袋以穩(wěn)固墻體。

對于復(fù)合土工膜封閉的槽身充水試驗(yàn)方案，同樣以毗河供水一期工程書永分干渠第四流量段渡槽為例，施工過程中使用了復(fù)合土工膜、GB膠板、不銹鋼壓條、膨脹螺栓、強(qiáng)力膠等材料，施工過程要求細(xì)致；完工后復(fù)合土工膜覆蓋了止水槽的充水空間，該充水環(huán)形空間長554.5 cm，寬20 cm，深10 cm，對渡槽前后的交通基本無影響。進(jìn)行閉水試驗(yàn)時(shí)，在關(guān)水空間內(nèi)將水位關(guān)到加大水深183.9 cm處需要110.9 L的水。

對比上述兩種槽身閉水試驗(yàn)方案得知，復(fù)合土工膜閉水檢測裝置較磚砌擋墻閉水試驗(yàn)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 使用更少的施工材料，施工過程較簡單；

(2)所形成的關(guān)水空間較小，閉水試驗(yàn)時(shí)用水量更少；

(3) 完工后對交通通行的影響非常小，有利于其他施工作業(yè)的進(jìn)行；

(4) 閉水試驗(yàn)完成后的拆除、處理工作更為簡單、方便。

由上述可知：在渡槽高度較高、施工材料不方便運(yùn)輸、水不方便泵送的部位，采用復(fù)合土工膜閉水檢測裝置在閉水試驗(yàn)中具有的優(yōu)勢更明顯。

6 結(jié) 語

渡槽止水不漏水、不滲水是保證工程完工后渡槽穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件，而槽身閉水試驗(yàn)是驗(yàn)證渡槽止水防漏水、防滲水性能的重要依據(jù)。在渡槽止水施工過程中，對止水帶安裝后進(jìn)行槽身閉水試驗(yàn)是其必要的過程。但若槽身閉水試驗(yàn)過于復(fù)雜，勢必會影響到施工進(jìn)度。而采用復(fù)合土工膜閉水檢測裝置對槽身止水進(jìn)行滲漏檢測可行，其施工工序更為經(jīng)濟(jì)、簡便、快捷。該裝置在毗河供水一期工程渡槽止水滲漏檢測中首次使用即獲成功，并獲得國家實(shí)用新型專利(ZL.2019,2,2051099.9)。