劉佳佳，張 倩

(1.武漢市城市防洪勘測設計院，湖北武漢 430014;2.長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北武漢 430010)

淺談拼裝式鋁合金防水墻試驗

劉佳佳1，張 倩2

(1.武漢市城市防洪勘測設計院，湖北武漢 430014;2.長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北武漢 430010)

介紹了拼裝式防水墻的拼裝原理、選材、試驗效果以及在國外運用情況和國內(nèi)對新技術的研究和關注。文章最后論述了拼裝式防水墻在城市河道防汛工程中的應用前景，有關經(jīng)驗可供相關專業(yè)人員參考。

拼裝式;鋁合金防水墻;試水試驗;應用前景

0 引言

隨著國家經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，城市越來越重視生態(tài)建設，現(xiàn)代防洪工程的建設要在滿足防洪安全的前提下，既要符合城市發(fā)展規(guī)劃的需要，又要滿足親水性的要求，使人與自然能和諧相處。傳統(tǒng)的以填土筑堤和修建鋼筋混凝土防洪堤來提高防洪標準的結構形式，將河道與城市分隔，城市的土地資源沒有得到充分利用，已逐漸滿足不了城市發(fā)展和市民親水性的需求。為此，對可根據(jù)需要隨時裝卸、操作便捷、安裝時間短的新型防洪設施—拼裝式鋁合金防水墻的拼裝形式、選材進行了研發(fā)和試驗。通過試驗，判別在擋水情況下，各型材變形及止水效果。

1 拼裝基本原理

打破傳統(tǒng)的擋水形式，采用輕型拼裝結構，能在需要擋水時，只需采用人工操作情況下，方便、快捷拼裝完成擋水結構，并通過壓緊裝置，將止水膠條壓緊后，達到止水效果。

2 材料選擇

(1)鋁材選材

根據(jù)鋁合金材料力學性能，采用6061T6鋁合金材質(zhì)。6061-T6是6061合金的主要合金，是經(jīng)熱處理預拉伸工藝生產(chǎn)的高品質(zhì)鋁合金產(chǎn)品，其鎂、硅合金特性多，具有加工性能極佳、優(yōu)良的焊接特點及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性高及加工后不變形、材料致密無缺陷及易于拋光、上色膜容易、氧化效果極佳等優(yōu)良特點。6061鋁合金廣泛應用于裝飾、包裝、建筑、運輸、電子、航空、航天、兵器等各行各業(yè)。

(2)止水膠條選材

止水膠條采用了三元乙丙橡膠。三元乙丙(EPDM)橡膠是乙烯、丙烯以及非共軛二烯烴的三元共聚物。三元乙丙橡膠擁有優(yōu)越的耐氧化性能、抗臭氧和抗侵蝕能力、耐老化性能、耐腐蝕性能、耐過熱水性能、在低溫下仍具有優(yōu)秀的彈性、耐候性。三元乙丙橡膠主要應用于汽車密封條、船舶密封條、列車密封條、集裝箱密封條。

(3)緊固件選材

所有螺栓及其它配件采用304不銹鋼件。

(4)支撐件選材

需要斜撐結構時，斜撐及橫撐等采用304不銹鋼件。

3 擋水試驗

本次試驗共試水7次，試驗共2跨，每跨寬2 m，高2 m，鋁材模具數(shù)量2套，膠條模具數(shù)量11套。

(1)鋁合金型材確定

試驗立柱及擋板材料采用6061-T6鋁合金型材，首次型材標準按GB/T14846-2008國家標準高精度進行制作，產(chǎn)品出廠后，進行檢驗，精度滿足不了試驗要求，進行二次型材制作，精度要求達到GB/T14846-2008國家標準超高精度，能滿足試驗要求。立柱定型型材尺寸為180 mm×180 mm;擋板定型型材尺寸為60 cm×200 cm，壁厚6 mm，中部設加強筋。單根高度2.3 m的立柱總重109 kg，單塊2 m長的擋板總重21.7 kg，見圖1、圖2。

圖1 立柱結構

圖2 擋板結構

圖3 最下端首層擋板底部膠條

(2)試水試驗

首先對立柱進行安裝，通過螺栓對底座基礎進行固定，然后進入擋板拼裝，最后在上部利用壓板對擋板進行壓緊，并注水試驗。通過試水試驗，底部橫檔、基座接口處、立柱側邊、擋板與擋板之間均出現(xiàn)漏水，采用的型材和止水膠條均需改進，見圖3、圖4。

圖4 擋板間膠條

(3)第二次試水試驗

根據(jù)前期試水試驗，本次對底部采用原子灰找平，然后進入擋板拼裝，并在擋板上部兩側貼3M膠條，最后在上部利用壓板對擋板進行壓緊，并注水試驗。水位達到0.25 m高度時，底角有水流出后迅速滲水，為求證其它可能存在問題，繼續(xù)注水加高進行試驗，直至1.35 m高度。隨著注水量增加，立柱柱腳迅速滲水，出水量較大，見圖5、圖6。

圖5 柱腳試水現(xiàn)狀

圖6 擋板試水現(xiàn)狀

(4)第三次試水試驗

本次試驗在前期基礎上，將擋板膠條改為端部伸出羊角，拼裝后進行注水試驗，注水高度約1.35 m。注水后，還是存在擋板層間滲水、立柱腳部滲水以及最下層擋板底部直接安裝羊角膠條，效果較之前好，但仍舊滲水。通過分析，建議后期增加擋板層數(shù)以增強擋板頂部壓力;考慮施工現(xiàn)場的條件，改進底部膠條形式，以應對結構面不平的狀況;由于立柱腳部止水一直存在滲水的問題，故設想將豎向膠條沉入底面結構內(nèi)，讓擋板及擋板膠條直接與豎向膠條碰接，尋求能否解決此問題。

(5)第四次試水試驗

通過底部膠條改進，增加厚度計齒條，以便應對底部結構面不平的狀況，由于原豎向膠條太厚，安裝困難，將豎向膠條改薄后安裝，并進行試水試驗。注水至0.1 m時，底部膠條就滲水，水位繼續(xù)加高，最終底部膠條在擋板和水壓力下扭曲變形，喪失止水作用。個別擋板層間滲水，水從擋板層的中部滲出，說明擋板層間的膠條并沒有完全壓緊變形，導致水從羊角與膠條底部橢圓面間的間隙溢出。

(6)第五次試水試驗

擋板層間膠條將原實心羊角改為中空形式，并增加高度以提高彈性變形。由于立柱空腔進水，立柱膠條上齒條過多，對止水沒有起到作用，因此，將立柱豎向膠條改為空心平面增強止水。改進后拼裝注水，立柱膠條受壓變形，擋板層間滲水情況沒有明顯改觀，說明膠條在某些位置變形量不夠，或者沒有變形。拆卸后，發(fā)現(xiàn)立柱膠條在擋板向下安裝的過程中局部方向反向變形，影響止水效果。

(7)第六次試水試驗

擋板層間膠條羊角改為實心，羊角厚度增加，為增強立柱膠條的潤滑，采用潤滑油進行潤滑試驗。擋板在安裝過程中，可以看到立柱膠條已經(jīng)擠壓變形，水位到0.8 m之前，完全無滲水，水位高于0.8 m時，逐漸滲水，但通過調(diào)整增大頂部壓桿壓力，可以繼續(xù)止水。水位達到1.81 m時，除最下端擋板層底部膠條由于在不斷的壓力下，向內(nèi)收縮，導致局部滲水，其它部位無滲水現(xiàn)象，止水效果較好，還是存在底部止水效果差，以及潤滑劑效果不好，安裝困難，見圖7。

圖7 第六次試水試驗

(8)第七次試水試驗

更換底部膠條，提高止水效果，更換潤滑劑以及更改頂部壓桿結構，降低側摩擦力及增加壓緊效果。通過改進，注水高度達到1.83m后，除極個別滲漏點，呈緩慢淚珠狀，其它部位均無滲水，試驗成功。

4 試水試驗結論

通過試驗，拼裝結構的加工工藝、整體穩(wěn)定、細部止水及各部件結合處理均達到防水要求。并且在試驗過程中不斷改進，降低擋板層間膠條與立柱豎向膠條粘合出現(xiàn)滲水間隙的風險，針對立柱底部止水結構分析出有效的解決方案。結合國內(nèi)鋁材加工工藝，從安全角度考慮，本次試驗結構型材壁厚較厚，可以在后期研發(fā)中，根據(jù)不同工況，適當調(diào)整型材結構尺寸，以達到最安全、經(jīng)濟擋水效果。

5 拼裝式鋁合金防水墻在國外應用的介紹

鋁合金防汛墻在歐洲使用較多，在捷克、奧地利、德國、斯洛伐克、荷蘭等國家都有廣泛使用，見圖8。據(jù)德國媒體報道，移動防洪擋板最早于1984年被科隆市購買并投入使用，總長度超過10 km。自1997年開始，捷克首都布拉格市實施防洪系統(tǒng)建設，項目主要措施是建設一個能夠承受3 700 m3/s的洪水并且留有40～60 cm超高的堤壩。在2002年洪災之后，又加高30 cm，承受洪水能力達到5 000 m3/s。

圖8 2013年奧地利北部小鎮(zhèn)Grein使用裝配式鋁合金防洪墻阻擋多瑙河洪水

6 拼裝式鋁合金防水墻在國內(nèi)的運用前景

一般城市河道洪水期歷時較短，為保證防洪安全，傳統(tǒng)堤防大多為永久性防洪擋水結構，將河道與城市隔裂開，單調(diào)高聳的堤防阻礙市民觀江，造成市民臨水不見水。隨著城市發(fā)展，市民對觀江親水需求強烈，傳統(tǒng)堤防形式己不能滿足城市發(fā)展的要求。國外已將城市防洪設計作為一門新興的水利學科進行研究，其中涉及到水力學、水生態(tài)學、景觀設計、美學、環(huán)境心里學等諸多學科。在此方面，我國的起步較晚，但隨著發(fā)展的需要，也已迫切需要進一步深化研究。通過試驗，拼裝式鋁合金防水墻既能確保防洪安全又能滿足城市環(huán)境景觀需求，將在今后城市防洪和沿江景觀帶工程建設中得到廣泛的使用。

TV41

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2015-07-13

劉佳佳(1981-)，男，湖北武漢人，工程師，從事水利工程設計工作。