南水北調中線工程渡槽伸縮縫止水綜述

焦 康，郭海亮，馬 瑜，周志勇

（1.中國南水北調集團中線有限公司河北分公司，河北 石家莊 050035；2.武漢巨成結構集團股份有限公司，湖北 武漢 430223）

0 引言

渡槽是輸送水流跨越河渠、道路、山溝等架空輸水建筑物，是渠系建筑物中應用最廣的交叉建筑物之一，除用于輸送渠水進行農田灌溉、城鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)用水、跨流域輸水外，還可提供排水和導流之用。為了防止因為溫度變化及地基不均勻沉降對渡槽結構的不利影響，渡槽設計中每隔一定距離都要設置變形縫，渡槽的變形縫通常就是伸縮縫或沉降縫，渡槽伸縮縫采用各種形式的止水帶止水，防止漏水。渡槽伸縮縫一旦漏水，不僅影響渡槽結構的安全運行，同時造成水資源的巨大浪費。

南水北調中線工程是緩解我國黃淮海平原水資源嚴重短缺、優(yōu)化配置水資源的重大戰(zhàn)略性基礎設施，也是我國推進水資源優(yōu)化配置、構建“四橫三縱”國家骨干水網、服務國家重大戰(zhàn)略的重點工程。南水北調中線一期工程從丹江口水庫引水，沿線開挖渠道，經唐白河流域和沿黃淮海平原西部，在鄭州附近穿過黃河，沿京廣鐵路西側北上，基本自流到北京、天津，輸水干線全長1 432 km。中線一期工程多年平均年調水量95 億m3，向北京、天津在內的19 個大中城市及100 多個縣提供生活、工業(yè)用水，兼顧農業(yè)用水。

目前已建渡槽伸縮縫普遍存在滲漏問題，分析表明，伸縮縫止水失效是引起渡槽滲漏的首要原因。南水北調中線工程的渡槽屬于特大型渡槽，多為混凝土結構。為保證南水北調工程超大型渡槽的安全使用，延長渡槽使用壽命，對南水北調中線工程伸縮縫止水帶進行深入系統(tǒng)的研究，實現(xiàn)修復的標準化具有十分重大的現(xiàn)實意義。

1 國內外止水帶現(xiàn)狀

伸縮縫間的止水設計已成為現(xiàn)代水利工程設計極為重要的一個組成部分，縫間止水效果是否良好，會直接影響到整個水利工程的使用可靠性及耐久性。因此，深入了解止水材料的特點、應用方式及止水結構形式對防止伸縮縫滲漏水具有重要意義。

1.1 金屬止水片

金屬止水片按材料基礎分類，主要有銅止水片、不銹鋼止水片等形式。銅止水片作為一道基本的止水結構在國內、外水工建筑物止水設計中被沿用至今。紫銅止水片的優(yōu)點是工程應用經驗多，防水能力強，耐久性好等；缺點是抗震性能差，適應順縫的抗剪切能力差，費用高，在空氣中易被氧化腐蝕等。不銹鋼材料常應用于變形較大的接縫止水結構中，具有良好的塑性、韌性、焊接性和耐蝕性能，在氧化性和還原性介質中耐蝕性均較好。

1.2 止水帶

止水帶是利用材料的高彈性特性使其在壓力作用下產生壓縮變形，增加止水帶與混凝土結合面積，從而起到緊固密封作用。按材料基礎分類可分為塑料止水帶、橡膠止水帶、鋼邊橡膠止水帶、遇水膨脹橡膠類止水帶等形式。

塑料止水帶具有高彈性、壓縮變形的特點，但耐老化性能較差，耐低溫性能差，不能承受6 ℃以下低溫；橡膠止水帶具有優(yōu)異的回彈性和良好的加工性，其溫度適應范圍最低至-35 ℃，最高達60 ℃，但直接暴露在空氣中易老化；鋼邊橡膠止水帶主要是通過天然橡膠原料及鍍鋅鋼帶構成[1]，有著冬季低溫不凍脆，夏季高溫天氣不軟化，使用壽命長，耐久抗腐蝕性強，環(huán)境適應能力強等優(yōu)勢；遇水膨脹橡膠止水材料的構成主要是在基質橡膠的基礎之上，加入了膨脹劑及其他一些不同的填料再制造而成[2]，具有施工安全、適應變形性強、優(yōu)良的環(huán)保性、耐化學介質性、耐老化性優(yōu)良等優(yōu)點。

1.3 嵌縫密封材料

嵌縫密封材料常用材料包括聚硫密封膏、聚氨酯密封膠、硅酮密封膠等。聚硫密封膏具有良好的防水性能，耐老化程度較好，使用溫度范圍大，同時，材料還具有施工性能好、環(huán)境友好、使用安全的優(yōu)點[3]；聚氨酯密封膠力學強度高，溫度適應性強，受低溫或凍融循環(huán)等環(huán)境影響極小，與其他材料適應性好，耐候性和耐生物老化性優(yōu)良[4]；硅酮密封膠作為止水材料應用于水利工程中，可歷經多年不發(fā)生因老化引起的止水失效[5]。

1.4 表面保護材料

表面保護結構包括保護砂漿和保護蓋板，目前我國常用的止水縫表面保護砂漿中，性能較好的是丙乳砂漿；表面保護蓋板常用材料是三元乙丙橡膠。丙乳砂漿比普通水泥砂漿的密實度、抗裂抗?jié)B抗凍性能都有顯著提高[6]；三元乙丙橡膠具有使用壽命長、變形黏合效果好、施工工序簡單等優(yōu)點，是制作保護蓋板的常用材料。

1.5 止水結構形式

渡槽槽身接縫常用的止水結構形式有埋入式、壓板式、套環(huán)式、粘合式、填料式等[7]。

粘合式止水是用膠粘劑將橡膠止水帶或其他材料止水帶粘貼在混凝土上并壓緊，止水表層再用回填防護砂漿（如瀝青砂漿等）保護。對粘合式搭接止水，除考慮止水材料因素外，還應綜合考慮膠粘劑與基材熱膨脹系數(shù)盡可能匹配、化學結構成分與基材具有一定的親和性及膠結部位的受力狀況和使用環(huán)境等各種因素。該方法粘結層次較多，對粘結施工要求高，施工質量不易保證。

中埋式搭接止水是將止水帶或塑料止水帶埋置于接縫槽身側墻及底板混凝土中。其操作要點是止水帶兩側的混凝土應單獨澆筑振搗，待一側混凝土達到一定強度后，再澆另一側的混凝土。此種止水形式的缺點是振搗不實，將會影響止水效果，產生繞滲現(xiàn)象，止水帶一旦損壞，修補和更換比較困難，一般較少采用。

壓板式止水是在伸縮縫兩側預埋螺栓，通過螺母緊壓扁鋼，將止水帶固定在接縫處。這種止水效果受緊固平整度與緊固力大小的制約，如能保證施工質量，可以做到不漏水，且適應接縫變形的性能較好。

填料式止水是以嵌填的形式來達到止水的目的，操作上要求把混凝土板清理干凈。止水材料要與混凝土具有很好的粘結性能，粘結不好，也會造成止水失敗。

在一些大型渡槽伸縮縫止水工程中，也采用復合止水的結構形式，即結合多種止水結構形式，形成多道止水，從而達到更好的止水效果。

2 中線工程渡槽伸縮縫止水設計

2.1 壓板式止水

湍河渡槽、嚴陵河渡槽、草墩河渡槽、刁河渡槽、十二里渡槽、大郎河梁式渡槽、雙洎河支渡槽槽身段、沙河梁式渡槽、滏陽河渡槽、牛亡牛河南支渡槽、河各河渡槽及午河渡槽均采用壓板式止水結構，其中，雙洎河支渡槽槽身段同時采用橡膠和角鋼壓板式止水。

壓板式止水結構以湍河渡槽為例，原止水結構如圖1 所示，采用可更換壓板式U 形橡膠止水，待槽身澆筑完成后于槽端預留的止水槽內安裝，預留止水槽總寬364 mm，高47 mm；止水槽底有預埋不銹鋼螺栓，直徑16 mm，間距為230 mm；止水帶為U 形，厚8 mm，寬364 mm，與止水槽底間填充柔性粘結材料，預埋螺栓上部有墊板與螺帽，安裝時將止水帶及底部柔性粘結材料壓緊，以封堵止水帶與止水槽底面間隙來達到止水效果。

圖1 湍河渡槽止水結構（單位：mm）

2.2 埋入式止水

潦河渡槽、魯山坡落地槽、沙河箱基渡槽、蘭河涵洞式渡槽、淤泥河涵洞式渡槽、湯陰段湯河涵洞式渡槽、賈河梁式渡槽、索河涵洞式渡槽、肖河涵洞式渡槽、雙洎河支渡槽進出口段均采用埋入式止水結構，其中潦河渡槽、賈河梁式渡槽采用埋入式紫銅片止水；澎河涵洞式渡槽采用埋入式橡膠止水；其余渡槽同時采用埋入式紫銅片止水和埋入式橡膠止水。

潦河渡槽原止水結構如圖2 所示，將紫銅片埋置于接縫槽身側墻及底板混凝土中，再以聚硫密封膠進行回填。其他埋入式止水結構大多采用此種形式。

圖2 潦河渡槽止水結構（單位：mm）

雙洎河支渡槽進出口段原止水結構如圖3所示。

圖3 雙洎河支渡槽進出口段止水結構（單位：mm）

澎河涵洞式渡槽原止水結構如圖4 所示。

圖4 澎河涵洞式渡槽止水結構（單位：mm）

2.3 壓板式和埋入式相結合止水

水北溝、河各河、漕河、防水河渡槽同時采用壓板式橡膠止水和埋入式橡膠止水，結構基本一致。

以漕河渡槽為例，漕河渡槽原接縫止水結構如圖5 所示。槽身設有兩道止水，其中，迎水面處止水為可更換壓板式U 形橡膠止水，除尺寸外，結構形式及安裝工藝及與上述壓板式止水結構一致；另一道止水位于距迎水面250 mm 處，為一道埋入式橡膠止水，槽體澆筑時直接澆入混凝土，止水帶長352 mm，厚4 mm，止水帶兩側各有3 處遇水膨脹橡膠塊。若迎水面壓板式止水滲漏，另一道埋入式橡膠止水發(fā)揮作用。

圖5 漕河渡槽止水結構（單位：mm）

3 中線工程渡槽止水結構滲漏處理情況

3.1 壓板式止水結構渡槽

壓板式止水結構修復的主要內容包括輸水渡槽抽排水、原止水結構拆除、止水槽清理、止水帶粘貼及固定、環(huán)氧砂漿封填止水槽等內容，不同渡槽修復略有不同，部分渡槽在安裝止水帶時采用了化學錨栓的形式，而非單純的粘結式。以湍河渡槽為例，其止水修復示意圖如圖6 所示。

圖6 湍河渡槽止水修復示意圖

3.2 埋入式止水結構渡槽

埋入式止水結構修復的主要內容包括輸水渡槽抽排水、結構縫開槽、化學錨栓、嵌填柔性填料、粘貼柔性蓋片、鋪設并固定不銹鋼角鋼、涂抹環(huán)氧砂漿及結構縫封閉處理等內容。以潦河渡槽為例，其止水修復示意圖如圖7 所示。

圖7 潦河渡槽止水修復示意圖

3.3 壓板式和埋入式止水結構渡槽

壓板式和埋入式止水結構修復的主要內容包括拆除原槽身可更換止水結構，開槽或擴挖止水槽，更換及新植入不銹鋼螺栓、聚氨酯耐霉菌性密封膠，基礎面找平處理，U 形橡膠止水帶安裝，止水帶壓板制作及安裝，填充閉孔泡沫板、丙乳砂漿、密封膠，伸縮縫迎水面涂防滲涂料等內容。其中，壓板采用雙排錨栓壓緊，新植入的錨栓采用不銹鋼自鎖錨桿，間距設置為200 mm，兩排螺栓的中心線距離為50 mm，與原螺栓形成雙排梅花形布置；另外迎水面涂刷防滲涂料前先敷設一層網格布，主要處理二期混凝土后澆帶及部分一期混凝土迎水面。其止水修復示意圖如圖8 所示。

圖8 渡槽伸縮縫止水修復處理處理（單位：mm）

南水北調中線工程渡槽伸縮縫止水結構滲漏處理時，一般采用壓板式止水的處理方式，且這些渡槽止水結構經過處理后基本不再出現(xiàn)滲漏情況。

4 滲漏原因分析

4.1 壓板式止水

1）壓板式止水靠螺栓緊固力將止水帶及下部柔性粘結材料壓緊至止水槽面，封堵止水帶槽面縫隙來達到止水效果。壓板式止水主要靠每根螺栓緊固力壓緊、壓勻、壓密，大面積施工質量不宜控制，每根螺栓未壓緊就可能導致局部滲水。

2）壓板式止水帶安裝時，若緊固面不平整，則可能發(fā)生滲漏。

3）矩形斷面渡槽的內折角部位及U 形斷面渡槽，止水帶要彎折成直角或一定的弧度才能與結構面緊密貼合，在這些部位，要把止水帶壓緊、壓密實非常困難，壓不緊就會產生漏水。

4.2 埋入式止水

1）埋入式橡膠止水滲漏則可能是止水帶附近混凝土施工時未振搗好，存在饒滲通道導致滲水。

2）槽身兩端留有二期混凝土后澆帶，一二期混凝土間的施工縫也可能導致槽身滲漏。

3）埋入式止水帶在安裝施工時，若存在嵌縫材料填充不密實，表面涂抹環(huán)氧砂漿不均勻等，則很可能發(fā)生滲漏。

4.3 壓板式和埋入式止水

1）由于結構縫變形過大導致止水帶材料老化失效。

2）止水帶的膠粘材料發(fā)生化學反應固化后比較硬，不能適應止水帶的變形。

3）資料顯示，位于北方環(huán)境的渡槽伸縮縫相比南方有更多的滲漏情況，原因是北方環(huán)境下全年溫差較大，對止水帶性能損傷影響相對嚴重。

5 結語

此次研究對大型渡槽伸縮縫止水結構修復具有指導意義，同時也對新建渡槽止水結構施工部分工藝和質量有較好的指導作用。上文對南水北調中線全線輸水渡槽的不同止水結構滲漏原因進行了深入分析，但對止水結構修復后的效果論述較少，同時尚未開展止水結構修復工藝試驗研究。在后續(xù)研究中，應重點結合工藝試驗，研究大型渡槽伸縮縫止水結構修復施工工藝標準化，提升水利工程使用的可靠性及耐久性。