高彈性防滲填料在輸水隧洞結(jié)構(gòu)伸縮縫處理中的應(yīng)用

馬 宇，馮 啟，夏世法，李守輝

（1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京，100038；2.北京市南水北調(diào)東干渠管理處，北京，100176）

高彈性防滲填料在輸水隧洞結(jié)構(gòu)伸縮縫處理中的應(yīng)用

馬 宇1，馮 啟2，夏世法1，李守輝1

（1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京，100038；2.北京市南水北調(diào)東干渠管理處，北京，100176）

輸水隧洞結(jié)構(gòu)伸縮縫是混凝土防滲的薄弱部位，滲水容易形成集中滲流通道，危及結(jié)構(gòu)安全，嚴(yán)重影響工程效益發(fā)揮。對高彈性防滲填料材料進(jìn)行室內(nèi)性能試驗(yàn)，提出嵌填高彈性防滲填料結(jié)合SK單組分聚脲涂層的伸縮縫止水方案，解決了引灤入津工程隧洞結(jié)構(gòu)伸縮縫滲漏問題，處理取得了良好的效果，其處理技術(shù)對類似工程具有良好的借鑒意義。

高彈性防滲填料；伸縮縫；防滲；SK單組分聚脲

0 前言

輸水工程是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，它與人民生活息息相關(guān)，并與城市建設(shè)和發(fā)展有著直接的關(guān)系。近年來，隨著大型輸水工程建設(shè)的不斷增加，我國已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)施了許多長距離輸水工程，如“南水北調(diào)”工程、大連市“引碧入連”工程、山西“引黃”工程等。大型長距離輸水工程中，結(jié)構(gòu)伸縮縫是混凝土管道防滲的薄弱環(huán)節(jié)，伸縮縫滲水不僅會造成水量損失，還容易形成集中滲流通道引起工程塌陷破壞，特別是寒冷地區(qū)滲漏水更會造成凍脹，導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)破壞，嚴(yán)重威脅工程安全。

1 伸縮縫防滲處理技術(shù)的選擇

伸縮縫是混凝土結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)變形而設(shè)置的分縫，嵌縫材料的選擇既要適應(yīng)伸縮縫的結(jié)構(gòu)變形，又要在內(nèi)、外水壓力的作用下不破壞，同時(shí)還應(yīng)具有良好的耐久性和抵抗水流沖刷的能力，這些都對伸縮縫的防滲處理技術(shù)提出了更高的要求。輸水工程伸縮縫處理技術(shù)的選擇是防止?jié)B漏及混凝土襯砌結(jié)構(gòu)破壞的一個(gè)關(guān)鍵問題。從現(xiàn)行的水工混凝土修補(bǔ)加固規(guī)范來看，伸縮縫滲漏處理主要有涂刷法處理、鑿槽粘貼法處理、錨固法處理、鑿槽嵌填法和灌漿法處理等。雖然防滲處理結(jié)構(gòu)形式和使用材料不盡相同，但伸縮縫修復(fù)處理基本原則是以適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形、止水防滲為基礎(chǔ)，以增強(qiáng)止水結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、提高材料的適用性和耐久性為目標(biāo)。從已有的伸縮縫防滲處理技術(shù)在工程應(yīng)用的情況及效果來看，國內(nèi)外襯砌工程多用瀝青砂漿、塑料油膏、聚氯乙烯膠泥、焦油塑料膠泥等止水材料，近年來隨著防滲工程技術(shù)的迅速發(fā)展和高分子材料的廣泛應(yīng)用，水利工程開始應(yīng)用聚氨酯、聚硫密封膠等新型高分子材料作為止水填料。但是，這些材料受氣溫影響較大，具有高溫流淌、低溫脆裂、易老化且不環(huán)保等突出問題，大大降低了伸縮縫防滲處理技術(shù)的可靠性和安全性，使工程停水返修頻率增高，影響輸水工程正常功能的發(fā)揮。

選擇伸縮縫防滲處理材料的主要原則：

（1）粘結(jié)性強(qiáng)、防滲效果好；

（2）適應(yīng)變形能力強(qiáng)，防凍脹，經(jīng)久耐用，使用壽命長；

（3）炎熱夏季不流淌、熱穩(wěn)定性好，寒冷冬季柔軟，彈塑性能好；

（4）由于輸水隧洞伸縮縫運(yùn)行條件復(fù)雜，正常運(yùn)行期伸縮縫止水是防止內(nèi)水外滲，檢修期是防止外水內(nèi)滲，嵌縫材料應(yīng)具有一定的抵抗內(nèi)、外水壓的能力；

（5）無毒無害，施工簡單，質(zhì)量容易控制。

2 高彈性防滲填料

高彈性防滲填料是針對輸水工程中伸縮縫防滲處理的需要而研發(fā)的新型材料。該材料基于單組分聚脲混合固體填料而成，由于填料的加入，增加了材料的稠度，更適合伸縮縫和裂縫嵌填施工。

高彈性防滲填料的基本性能如表1所示，與傳統(tǒng)嵌縫材料性能的對比如表2所示。

由表1和表2可知，與傳統(tǒng)伸縮縫嵌縫材料相比，高彈性防滲填料具有以下優(yōu)勢：（1）具有較低的彈性模量，材料彈性良好，可以較好地適應(yīng)伸縮縫的變形；（2）良好的抗沖擊和抗沖耐磨性能，可以保證其在水流沖刷下不破壞；（3）-40℃低溫條件下仍具有較好的柔性和韌性，在北方寒冷地區(qū)有一定的適用性；（4）材料本身具有一定的強(qiáng)度，使其具有良好抵抗迎水及背水面壓力的能力；（5）與混凝土粘接性能良好。

表1 高彈性防滲填料基本性能指標(biāo)Table 1 Basic properties of high elastic impervious material

表2 嵌縫材料技術(shù)性能比較Table 2 Comparison of the technical performance of filling materials

3 工程應(yīng)用——引灤入津隧洞伸縮縫修復(fù)工程

3.1 工程概況

引灤入津隧洞工程位于河北省遷西縣與遵化市交界處，始建于1982年，1983年9月11日正式通水。該工程是引灤入津輸水線路中的咽喉性輸水工程段。主體工程包括分水樞紐、引水明渠、明挖隧洞、洞挖隧洞、出口防洪閘及消能池，全長12.39km，統(tǒng)稱為輸水隧洞。其中洞挖隧洞計(jì)9.666 km，明挖隧洞1.724 km。隧洞斷面型式有直墻半圓拱的城門型、箱型等五種，并以城門型為主。箱型和城門型洞段內(nèi)寬均為5.70 m，前者高5.60～5.70 m，后者高6.25 m。工程經(jīng)過30余年運(yùn)行后，檢查發(fā)現(xiàn)隧洞內(nèi)原伸縮縫周邊混凝土破損嚴(yán)重及止水已失效?？紤]到運(yùn)行過程中伸縮縫局部滲漏嚴(yán)重對工程運(yùn)行安全影響較大，而目前這些滲漏部位的外部環(huán)境不允許外部開挖，只能從內(nèi)部采取措施進(jìn)行修復(fù)處理。

3.2 伸縮縫止水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引灤入津隧洞工程伸縮縫縫寬3 cm，由于原伸縮縫止水失效，考慮到檢修期有外水內(nèi)滲的情況，為了保證伸縮縫修復(fù)后的功能及止水效果，必須采用能夠抵抗外水壓力、適應(yīng)變形的柔性止水結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行處理。針對引灤入津隧洞工程的特點(diǎn)及要求，現(xiàn)場采用嵌填高彈性防滲填料結(jié)合SK單組分聚脲復(fù)合胎基布表面防滲封閉的結(jié)構(gòu)形式。該止水結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：

（1）高彈性防滲填料作為嵌縫材料可以較好地適應(yīng)伸縮縫的變形；

（2）表面涂刷SK單組分聚脲復(fù)合胎基布在保護(hù)底部結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也可作為一道防滲層起到止水作用，SK單組分聚脲材料伸長率可達(dá)到300%，能充分滿足該工程伸縮縫變形的要求；

（3）SK單組分聚脲具有較強(qiáng)的抗沖耐磨性能，其抗沖耐磨能力是C60混凝土的10倍以上；

（4）SK單組分聚脲在-40℃下仍具有柔性，能適應(yīng)高寒地區(qū)的低溫環(huán)境，尤其可以抵抗低溫時(shí)混凝土開裂引起的形變而不滲漏；

（5）嵌填高彈性防滲填料可以抵抗背水面的反滲水壓力，防止聚脲涂層因反滲水壓力產(chǎn)生鼓包而影響涂層質(zhì)量，有效增強(qiáng)止水結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

伸縮縫止水修復(fù)方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 伸縮縫止水修復(fù)處理示意圖Fig.1 Diagram of repair scheme of expansion joint sealing

3.3 施工工藝

本工程施工工藝流程：混凝土基面處理→清洗→混凝土孔洞封堵→嵌填高彈性防滲填料→涂刷SK單組分聚脲并復(fù)合胎基布→養(yǎng)護(hù)。具體施工工藝如下：

（1）混凝土基面處理。剔除原伸縮縫縫內(nèi)的淤泥及雜物，對縫兩側(cè)各20 cm寬部位的混凝土進(jìn)行打磨。

（2）清洗。用高壓水槍自上而下清洗縫內(nèi)及混凝土打磨部位，清除表面粉塵、污物至表面干凈。

（3）混凝土孔洞封堵。對打磨范圍內(nèi)的混凝土表面氣孔、局部缺陷采用環(huán)氧膩?zhàn)舆M(jìn)行封堵，使混凝土表面平整。

（4）嵌填高彈性防滲填料。伸縮縫內(nèi)部涂刷專用界面劑，指觸表干后，嵌填高彈性防滲填料與混凝土相平，填料應(yīng)回填密實(shí)，表面平整。

（5）涂刷SK單組分聚脲并復(fù)合胎基布。高彈性防滲填料自然養(yǎng)護(hù)3 d后，采用SK單組分聚脲并復(fù)合15 cm寬胎基布對伸縮縫表面進(jìn)行封閉處理，伸縮縫部位聚脲涂層厚度大于4 mm（中間厚、兩側(cè)?。繉訉挾纫舜笥?00 mm，一般涂刷聚脲一次成型厚度在0.5～0.7 mm，每次涂刷SK單組分聚脲的允許作業(yè)時(shí)間在3 h以內(nèi)，多次涂刷直至接縫部位聚脲厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（6）養(yǎng)護(hù)。自然養(yǎng)護(hù)7 d后，可通水運(yùn)行?，F(xiàn)場情況見圖2和圖3。

圖2 伸縮縫嵌縫施工Fig.2 Construction of filling at expansion joints

圖3 現(xiàn)場應(yīng)用效果Fig.3 Application effect

3.4 施工質(zhì)量檢查

2015年9月，采用高彈性防滲填料修復(fù)方案對引灤入津隧洞工程伸縮縫進(jìn)行了防滲處理，其中位于洞口部位的4條伸縮縫是修復(fù)處理前滲漏最嚴(yán)重的，同時(shí)洞口部位冬季氣溫變化劇烈，伸縮縫部位變形也較大，外部環(huán)境較為惡劣。經(jīng)過冬季通水運(yùn)行的考驗(yàn)，2016年4月停水放空檢查發(fā)現(xiàn)，聚脲涂層表面平整完好，高彈性防滲填料未出現(xiàn)任何鼓脹和開裂現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)語

室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際工程應(yīng)用情況表明，采用伸縮縫內(nèi)嵌填高彈性防滲填料表面涂刷SK單組分聚脲涂層的止水防滲方案是可行的。該方案可以分別在運(yùn)行期和檢修期承受內(nèi)、外水壓力的長期作用，能夠達(dá)到伸縮縫表層止水防滲的效果，尤其在低溫條件下，高彈性防滲填料和SK單組分聚脲均具有一定的柔性和韌性，在寒冷地區(qū)輸水工程伸縮縫止水修復(fù)處理中值得推廣和使用。 ■

[1]郭志全,吳曉峰.大型引水渠道伸縮縫嵌縫材料選擇[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2011,23(4):25-27.

[2]胡力.柔性復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)伸縮縫堵漏中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)村水利水電,2015(3):155-157.

[3]黃國濤.長距離輸水管道事故分析及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2009.

[4]孫志恒,魯一暉,岳躍真.水工混凝土建筑物的檢測、評估與缺陷修補(bǔ)工程應(yīng)用[M].北京:中國水利水電出版社, 2004.

[5]DL/T 5317-2014,水工混凝土建筑物修補(bǔ)加固技術(shù)規(guī)程[S].

作者郵箱：153860862@qq.com

Application of high elastic impervious material in expansion joint treatment of water conveyance tunnel

by MA Yu,FENG Qi,XIA Shi-fa and LI Shou-hui
China Institute of Water Resources and Hy?dropower Research

The expansion joint of tunnel project is a weak point in concrete seepage control.It is easy to form a seepage path which would endanger the safety of structure and seriously affect the operation of project.In this paper,it is presentsed the expansion joint sealing scheme of filling high elastic impervi?ous material combined SK monocomponent polyurea coating after the performance test of the high elas?tic impervious material.In this manner,the expansion joint leakage problem of tunnel in Luanhe-Tian?jin Water Diversion Project is solved completely with obvious effect,worhy reference for similar proj?ects.

high elastic impervious material;expansion joints;leakage prevention;SK monocomponent polyurea

TV698.2

A

1671-1092（2016）05-0053-04

2016-07-22

馬宇（1985-），男，北京人，工程師，研究方向?yàn)樗そㄖ镄扪a(bǔ)加固技術(shù)。