劉 昶，楊海榮

(華北水利水電大學 建筑學院，河南 鄭州 450045)

我國現(xiàn)行《地下工程防水技術規(guī)范》[1](GB 50108—2008)明確規(guī)定：無論何種地下工程類型，無論采用明挖法還是暗挖法，無論防水等級高低，都必須在變形縫內設置中埋式止水帶。在此基礎上，根據工程實際情況及防水要求，變形縫構造中還需另設一至兩種防水措施。

國內對變形縫的設置規(guī)定不盡相同，相關設計規(guī)范做出了不同的要求。整體式襯砌變形縫設置要求在《公路隧道設計規(guī)范 第一冊 土建工程》[2](JTG 3370.1—2018)第8.3.2條～第8.3.5條中有詳細規(guī)定：在距明洞口5～12 m的位置以及洞內軟硬地層明顯分界處應設沉降縫；嚴寒與酷熱溫度變化大的地區(qū)，距洞口100～200 m范圍的襯砌段應根據情況增設伸縮縫；沉降縫、伸縮縫縫寬應大于20 mm，且垂直于隧道軸線設置?！豆匪淼涝O計細則》[3](JTG/T D70—2010)第12.1.3條規(guī)定：當明洞位于地質變化較大地段時，應設置沉降縫；在溫差較大地區(qū)，應結合地基的地質情況設置伸縮縫，石質地基伸縮縫間距宜為20～30 m。《鐵路隧道設計規(guī)范》[4](TB 10003—2016)中規(guī)定：隧道襯砌變形縫處混凝土結構的厚度不應小于300 mm；用于沉降的變形縫其最大允許沉降值不應大于30 mm，當計算沉降值大于30 mm時，應采取特殊設計；用于沉降的變形縫寬度宜為20～30 mm，用于伸縮的變形縫寬度宜小于此值。鐵路隧道設計規(guī)范中對變形縫沉降極值有了彈性空間，但采用何種特殊設計，沉降值上限到底是多少，仍需依托實際工程項目或者實體模型積累經驗?！兜罔F設計規(guī)范》[5](GB 50157—2013)中第11.7.1條指出：地下結構的變形縫可分為伸縮縫和沉降縫；在區(qū)間隧道和車站結構中不宜設置沉降縫，在車站結構與出入口通道、風道等附屬結構的結合部宜設置變形縫；明挖結構沿縱向每隔一定距離設置伸縮縫。這說明對于車站主體結構而言，一般情況下不設置專門的沉降縫。但是對于變形縫的縫寬，該規(guī)范中沒有給出數(shù)值。

在實際工程中，變形縫十有九漏，是造成地下工程安全隱患的主要因素。變形縫防水中最常用的中埋式止水帶由于受材料、安裝工藝和現(xiàn)場施工等多方面因素的影響，在混凝土澆筑過程中易發(fā)生移位、扭曲、折皺變形等問題，繼而造成變形縫防水失敗[6]。為了減少滲漏發(fā)生，提高地下工程變形縫的防水耐久性，近年來國內外的建筑防水技術都逐步向綠色、高質量和長壽命方向發(fā)展。

1 變形縫防水堵漏材料及試驗模型

1.1 變形縫處新型防水堵漏材料研究

技術人員文忠[7]發(fā)明了一種以丁基橡膠為主，與其他材料熔融共混硫化而成的變形縫專用防水堵漏膠泥，作為主要填塞型止漏密封材料。采用多種橡膠共混方式生產的防水膠泥可以實現(xiàn)優(yōu)異的綜合性能，增強嵌縫材料自身粘合力，延長防水年限。雖然該防水堵漏膠泥可以在變形縫里形成長久穩(wěn)定的止水層，但此類材料主要用于變形縫的滲漏治理。

鑒于地下變形縫的滲水維修難度大、成本高，沈敏[8]等在原有埋設中埋止水帶的變形縫防水構造中，另外加入由止水膠層、塑料薄膜層、密封膠層和堵漏寶層構成的槽體和注漿結構，借此彌補中埋止水帶開裂造成的滲水。但如此操作使得構造尤為復雜，施工工藝流程增多且容錯率低，不適用于實際工程。

1.2 變形縫處新型防水材料的試驗模型

在檢驗嵌縫材料防水性能的試驗裝置上，國內技術人員已研發(fā)相關測試裝備。肖明清[9]等利用左右相連的夾具和試塊結合構成水平圓柱狀的完整艙體，左右半邊部分的艙體接合處形成環(huán)形接縫槽，在接縫槽部位填充嵌縫防水材料。通過進水口向艙體內注水并觀測水壓表數(shù)值，記錄所述嵌縫材料的防水性能。該模型的特殊形體主要針對水下隧道盾構工法中出現(xiàn)的人為接縫滲漏問題，但模型僅適用于防水滲漏試驗，無法用于防水材料的變形試驗。

Thomas H.-K[10]等人發(fā)現(xiàn)當前設計規(guī)范中對防水橡膠條的要求較少，并且對防水材料施加荷載與防水性能之間的關系研究有限，他認為密封劑的壓縮性能和黏結性能是影響防水性能的關鍵因素。于是針對用于地下預制混凝土段之間界面裂縫處的膩子基復合橡膠條，提出了一種實驗室模型，用以檢測不同壓縮應力下橡膠條的防水能力。試驗裝置包括兩種不同尺寸的預制混凝土界面槽、通用試驗機、上下混凝土壓縮板、百分表、壓力表以及控制泵。測試基于不同壓力荷載下的三組水平預制混凝土模塊，在每個加載階段后注入定量水，一旦達到擬定水壓值，就測量水壓和壓縮應力的變化。該試驗操作過程復雜，控制變量較多，對試驗數(shù)據的匯總分析需嚴格把控。

2 新型膏狀體嵌縫材料

本文研究的新型膏狀體嵌縫材料，是一類具有較高性價比的高彈性密封膠和膠粘劑，屬改性聚氨酯材料，見圖1。通常情況下，這種不定型防水密封材料在施工中不受接縫形狀的限制，可呈膏狀密實地填充于變形縫之間，1～3 d固化，固化后呈彈性固態(tài)，具有良好的防水性、封閉性、耐候性、耐久性、粘結性、延展性以及高恢復性。

圖1 改性聚氨酯

3 膏狀體止水材料的性能模擬試驗

為了能客觀直接地反映不同防水材料的防滲漏效果，提前評價其防水性能，避免用于實際工程后才發(fā)現(xiàn)問題，開展實體模型試驗是現(xiàn)階段切實可行的方法。在此基礎上，本文提出用于地下混凝土結構變形縫的膏狀止水材料的防水構造試驗裝置與檢測方法，力圖以簡單便捷的裝置來達到試驗目的。

本研究涉及三套試驗模型裝置及方法，分別是測試膏狀止水材料防水性能的模擬試驗裝置和方法以及用于地下工程變形縫膏狀止水材料拉伸變形和沉降變形的模擬試驗裝置及方法。通過上述現(xiàn)場模擬試驗裝置，實現(xiàn)集防水性能、延展性能與沉降性能為一體的地下工程變形縫防水構造測試系統(tǒng)。并在此基礎上，設計地下工程變形縫膏狀體止水材料的新型防水構造。

3.1 用于膏狀止水材料防水性能的模擬試驗裝置及方法

試驗裝置如圖2所示，其中包括固定于對應基座的SG-1、SG-2兩固定試塊，采用C35以上混凝土澆筑而成。首先將與試塊同寬的單邊側翼用螺栓固定在硬化地面上，然后在SG-1、SG-2固定試塊之間形成用于填充膏狀止水材料的變形縫，且連通外界。在固定試塊SG-1中設置有注水腔，在固定試塊SG-2中設置有對應的空腔，且注水腔、空腔朝向變形縫開口并對應。固定試塊SG-1中的注水腔貫通至試塊對應變形縫一側的外立面開口而形成操作口，同時固定試塊SG-2中的空腔也對外貫通，用以向變形縫施作膏狀止水材料，施作完成后在操作口封堵相應的活動密封蓋。試驗擬定膏狀止水材料的厚度為20 mm，試塊兩側的開口大小均為300×300 mm。最后在右固定試塊SG-1上設置用于連通注水腔和外部水源的注水管以及用于監(jiān)測注水腔中水壓的壓力表。

圖2 防水性能模擬試驗裝置構造示意圖

待上述裝置準備就緒后，經由注水管向固定試塊SG-1的注水腔中注滿水，觀測達到滿水狀態(tài)的水壓表數(shù)值；繼續(xù)注入一定量的水，觀測記錄對應的水壓值；若水壓值無明顯變化，則逐步增加注水量，直至水壓值發(fā)生明顯變化，表明膏狀體止水材料發(fā)生滲漏。此時所發(fā)生滲漏的水壓值即為膏狀止水材料在變形縫正常止水狀態(tài)下的水壓承載力的極限參數(shù)。

3.2 用于膏狀止水材料的拉伸變形模擬試驗裝置及方法

試驗裝置如圖3所示，具體包括活動試塊LY-1、固定試塊LG-1和拉伸機構。首先將試塊LG-1固定于地坪上，活動試塊LY-1經由拉伸機構牽拉平移，與固定試塊LG-1之間形成用于填充膏狀止水材料的變形縫。在固定試塊LG-1中設置注水腔，在活動試塊LY-1中設置對應的空腔，且注水腔、空腔朝向變形縫開口并對應，并與外側開口貫通，用以向變形縫施作膏狀止水材料，施作完成后用活動密封蓋封口。然后在固定試塊LG-1上設置用于連通注水腔和外部水源的注水管以及用于監(jiān)測注水腔中水壓的壓力表。試塊準備就緒后，在固定試塊與活動試塊兩側各安裝固定一省力型剪式千斤頂，通過搖動手柄加力拉伸活動試塊。水平放置固定直尺，直尺0刻度處與固定試塊LG-1左側邊齊平。

圖3 拉伸變形模擬試驗裝置構造示意圖

膏狀止水材料的拉伸變形模擬試驗利用上述拉伸變形模擬試驗裝置實施。待全部試驗裝置安裝完成后，經固定試塊LG-1中的注水管向注水腔注滿水，記錄達到滿水狀態(tài)的水壓值；水平拉伸剪式千斤頂，使活動試塊LY-1平移遠離固定試塊LG-1，令變形縫寬度達到試驗設定的拉伸值并保持，觀測記錄拉伸值及對應的水壓值；若水壓值無明顯變化，則逐步拉伸活動試塊LY-1，使其平移遠離固定試塊LG-1一定的距離，直到水壓值發(fā)生明顯變化，則表明膏狀體止水材料滲漏，此時發(fā)生滲漏的拉伸值即為膏狀止水材料在變形縫正常止水狀態(tài)下可拉伸變形的極限參數(shù)。

3.3 用于膏狀止水材料的沉降變形模擬試驗裝置及方法

試驗裝置如圖4所示，包括活動試塊CY-1、固定試塊CG-1、水壓表、百分表、門式架、電動千斤頂、直尺以及膏狀體止水材料。首先，將固定試塊CG-1上的單邊固定高臺用螺栓固定于硬化地面上，活動試塊CY-1經由其下的四個電動千斤頂支撐上升最高至相應高度，與固定試塊CG-1之間形成用于填充膏狀止水材料的變形縫并持平。在固定試塊CG-1中設置注水腔，在活動試塊CY-1中有對應的空腔，且注水腔、空腔朝向變形縫開口并對應，并與外界開口貫通；其次，在固定試塊CG-1上安裝用于連通注水腔和外部水源的注水管，再設置用于監(jiān)測注水腔中水壓的壓力表。在注水腔貫通至固定試塊CG-1對應于變形縫一側的外立面開口形成操作口，用以向變形縫施作膏狀止水材料，并用活動密封蓋封堵操作口。在活動試塊CY-1兩側橫跨設置門式架，固定在地面上且不接觸活動試塊。在門式架的橫梁上安裝兩個用于測量活動試塊位移的百分表，百分表下面的測量頭抵于活動試塊的上表面。固定直尺垂直放置于地面上，與變形縫下端齊平。最后，通過千斤頂下降活動試塊CY-1，觀察水壓變化，得出變形縫正常止水狀態(tài)下沉降變形極限值。

圖4 沉降變形模擬試驗裝置構造示意圖

4 結論

本文提出地下建筑變形縫膏狀止水材料的水壓試驗、拉伸變形試驗以及沉降變形試驗裝置及方法，可有效檢測出變形縫膏狀止水材料承受水壓的極限參數(shù)以及在正常止水狀態(tài)下拉伸變形和沉降變形的極限參數(shù)。試驗便于實際操作，數(shù)據可靠直觀，為進一步確定用于變形縫膏狀止水材料的構造設計方案提供依據。