焦 康，郭海亮，馬 瑜，周志勇

（1.中國(guó)南水北調(diào)集團(tuán)中線有限公司河北分公司，河北 石家莊 050035；2.武漢巨成結(jié)構(gòu)集團(tuán)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(yīng)用最廣的交叉建筑物之一，除用于輸送渠水進(jìn)行農(nóng)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(dǎo)流之用。為了防止因?yàn)闇囟茸兓暗鼗痪鶆虺两祵?duì)渡槽結(jié)構(gòu)的不利影響，渡槽設(shè)計(jì)中每隔一定距離都要設(shè)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(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行，同時(shí)造成水資源的巨大浪費(fèi)。

南水北調(diào)中線工程是緩解我國(guó)黃淮海平原水資源嚴(yán)重短缺、優(yōu)化配置水資源的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施，也是我國(guó)推進(jìn)水資源優(yōu)化配置、構(gòu)建“四橫三縱”國(guó)家骨干水網(wǎng)、服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略的重點(diǎn)工程。南水北調(diào)中線一期工程從丹江口水庫引水，沿線開挖渠道，經(jīng)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(cè)北上，基本自流到北京、天津，輸水干線全長(zhǎng)1 432 km。中線一期工程多年平均年調(diào)水量95 億m3，向北京、天津在內(nèi)的19 個(gè)大中城市及100 多個(gè)縣提供生活、工業(yè)用水，兼顧農(nóng)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(diào)中線工程的渡槽屬于特大型渡槽，多為混凝土結(jié)構(gòu)。為保證南水北調(diào)工程超大型渡槽的安全使用，延長(zhǎng)渡槽使用壽命，對(duì)南水北調(diào)中線工程伸縮縫止水帶進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)化具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 國(guó)內(nèi)外止水帶現(xiàn)狀

伸縮縫間的止水設(shè)計(jì)已成為現(xiàn)代水利工程設(shè)計(jì)極為重要的一個(gè)組成部分，縫間止水效果是否良好，會(huì)直接影響到整個(gè)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(diǎn)、應(yīng)用方式及止水結(jié)構(gòu)形式對(duì)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(chǔ)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(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)、外水工建筑物止水設(shè)計(jì)中被沿用至今。紫銅止水片的優(yōu)點(diǎn)是工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)多，防水能力強(qiáng)，耐久性好等；缺點(diǎn)是抗震性能差，適應(yīng)順縫的抗剪切能力差，費(fèi)用高，在空氣中易被氧化腐蝕等。不銹鋼材料常應(yīng)用于變形較大的接縫止水結(jié)構(gòu)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(zhì)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(chǎn)生壓縮變形，增加止水帶與混凝土結(jié)合面積，從而起到緊固密封作用。按材料基礎(chǔ)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(diǎn)，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(yīng)范圍最低至-35 ℃，最高達(dá)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(gòu)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(zhǎng)，耐久抗腐蝕性強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)；遇水膨脹橡膠止水材料的構(gòu)成主要是在基質(zhì)橡膠的基礎(chǔ)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(yīng)變形性強(qiáng)、優(yōu)良的環(huán)保性、耐化學(xué)介質(zhì)性、耐老化性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

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(shí)，材料還具有施工性能好、環(huán)境友好、使用安全的優(yōu)點(diǎn)[3]；聚氨酯密封膠力學(xué)強(qiáng)度高，溫度適應(yīng)性強(qiáng)，受低溫或凍融循環(huán)等環(huán)境影響極小，與其他材料適應(yīng)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(yīng)用于水利工程中，可歷經(jīng)多年不發(fā)生因老化引起的止水失效[5]。

1.4 表面保護(hù)材料

表面保護(hù)結(jié)構(gòu)包括保護(hù)砂漿和保護(hù)蓋板，目前我國(guó)常用的止水縫表面保護(hù)砂漿中，性能較好的是丙乳砂漿；表面保護(hù)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(shí)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(zhǎng)、變形黏合效果好、施工工序簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是制作保護(hù)蓋板的常用材料。

1.5 止水結(jié)構(gòu)形式

渡槽槽身接縫常用的止水結(jié)構(gòu)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(hù)砂漿（如瀝青砂漿等）保護(hù)。對(duì)粘合式搭接止水，除考慮止水材料因素外，還應(yīng)綜合考慮膠粘劑與基材熱膨脹系數(shù)盡可能匹配、化學(xué)結(jié)構(gòu)成分與基材具有一定的親和性及膠結(jié)部位的受力狀況和使用環(huán)境等各種因素。該方法粘結(jié)層次較多，對(duì)粘結(jié)施工要求高，施工質(zhì)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(cè)墻及底板混凝土中。其操作要點(diǎn)是止水帶兩側(cè)的混凝土應(yīng)單獨(dú)澆筑振搗，待一側(cè)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，再澆另一側(cè)的混凝土。此種止水形式的缺點(diǎn)是振搗不實(shí)，將會(huì)影響止水效果，產(chǎn)生繞滲現(xiàn)象，止水帶一旦損壞，修補(bǔ)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(cè)預(yù)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(zhì)量，可以做到不漏水，且適應(yīng)接縫變形的性能較好。

填料式止水是以嵌填的形式來達(dá)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(jié)性能，粘結(jié)不好，也會(huì)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(fù)合止水的結(jié)構(gòu)形式，即結(jié)合多種止水結(jié)構(gòu)形式，形成多道止水，從而達(dá)到更好的止水效果。

2 中線工程渡槽伸縮縫止水設(shè)計(jì)

2.1 壓板式止水

湍河渡槽、嚴(yán)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(jié)構(gòu)，其中，雙洎河支渡槽槽身段同時(shí)采用橡膠和角鋼壓板式止水。

壓板式止水結(jié)構(gòu)以湍河渡槽為例，原止水結(jié)構(gòu)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(yù)留的止水槽內(nèi)安裝，預(yù)留止水槽總寬364 mm，高47 mm；止水槽底有預(yù)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(jié)材料，預(yù)埋螺栓上部有墊板與螺帽，安裝時(shí)將止水帶及底部柔性粘結(jié)材料壓緊，以封堵止水帶與止水槽底面間隙來達(dá)到止水效果。

圖1 湍河渡槽止水結(jié)構(gòu)（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(jìn)出口段均采用埋入式止水結(jié)構(gòu)，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(shí)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(jié)構(gòu)如圖2 所示，將紫銅片埋置于接縫槽身側(cè)墻及底板混凝土中，再以聚硫密封膠進(jìn)行回填。其他埋入式止水結(jié)構(gòu)大多采用此種形式。

圖2 潦河渡槽止水結(jié)構(gòu)（單位：mm）

雙洎河支渡槽進(jìn)出口段原止水結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 雙洎河支渡槽進(jìn)出口段止水結(jié)構(gòu)（單位：mm）

澎河涵洞式渡槽原止水結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 澎河涵洞式渡槽止水結(jié)構(gòu)（單位：mm）

2.3 壓板式和埋入式相結(jié)合止水

水北溝、河各河、漕河、防水河渡槽同時(shí)采用壓板式橡膠止水和埋入式橡膠止水，結(jié)構(gòu)基本一致。

以漕河渡槽為例，漕河渡槽原接縫止水結(jié)構(gòu)如圖5 所示。槽身設(shè)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(jié)構(gòu)形式及安裝工藝及與上述壓板式止水結(jié)構(gòu)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(shí)直接澆入混凝土，止水帶長(zhǎng)352 mm，厚4 mm，止水帶兩側(cè)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(jié)構(gòu)（單位：mm）

3 中線工程渡槽止水結(jié)構(gòu)滲漏處理情況

3.1 壓板式止水結(jié)構(gòu)渡槽

壓板式止水結(jié)構(gòu)修復(fù)的主要內(nèi)容包括輸水渡槽抽排水、原止水結(jié)構(gòu)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(nèi)容，不同渡槽修復(fù)略有不同，部分渡槽在安裝止水帶時(shí)采用了化學(xué)錨栓的形式，而非單純的粘結(jié)式。以湍河渡槽為例，其止水修復(fù)示意圖如圖6 所示。

圖6 湍河渡槽止水修復(fù)示意圖

3.2 埋入式止水結(jié)構(gòu)渡槽

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

圖7 潦河渡槽止水修復(fù)示意圖

3.3 壓板式和埋入式止水結(jié)構(gòu)渡槽

壓板式和埋入式止水結(jié)構(gòu)修復(fù)的主要內(nèi)容包括拆除原槽身可更換止水結(jié)構(gòu)，開槽或擴(kuò)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(chǔ)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(nèi)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(shè)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(shè)一層網(wǎng)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(fù)示意圖如圖8 所示。

圖8 渡槽伸縮縫止水修復(fù)處理處理（單位：mm）

南水北調(diào)中線工程渡槽伸縮縫止水結(jié)構(gòu)滲漏處理時(shí)，一般采用壓板式止水的處理方式，且這些渡槽止水結(jié)構(gòu)經(jīng)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(jié)材料壓緊至止水槽面，封堵止水帶槽面縫隙來達(dá)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(zhì)量不宜控制，每根螺栓未壓緊就可能導(dǎo)致局部滲水。

2）壓板式止水帶安裝時(shí)，若緊固面不平整，則可能發(fā)生滲漏。

3）矩形斷面渡槽的內(nèi)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(jié)構(gòu)面緊密貼合，在這些部位，要把止水帶壓緊、壓密實(shí)非常困難，壓不緊就會(huì)產(chǎn)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(shí)未振搗好，存在饒滲通道導(dǎo)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(dǎo)致槽身滲漏。

3）埋入式止水帶在安裝施工時(shí)，若存在嵌縫材料填充不密實(shí)，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(jié)構(gòu)縫變形過大導(dǎo)致止水帶材料老化失效。

2）止水帶的膠粘材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)固化后比較硬，不能適應(yīng)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(duì)止水帶性能損傷影響相對(duì)嚴(yán)重。

5 結(jié)語

此次研究對(duì)大型渡槽伸縮縫止水結(jié)構(gòu)修復(fù)具有指導(dǎo)意義，同時(shí)也對(duì)新建渡槽止水結(jié)構(gòu)施工部分工藝和質(zhì)量有較好的指導(dǎo)作用。上文對(duì)南水北調(diào)中線全線輸水渡槽的不同止水結(jié)構(gòu)滲漏原因進(jìn)行了深入分析，但對(duì)止水結(jié)構(gòu)修復(fù)后的效果論述較少，同時(shí)尚未開展止水結(jié)構(gòu)修復(fù)工藝試驗(yàn)研究。在后續(xù)研究中，應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合工藝試驗(yàn)，研究大型渡槽伸縮縫止水結(jié)構(gòu)修復(fù)施工工藝標(biāo)準(zhǔn)化，提升水利工程使用的可靠性及耐久性。