隧道環(huán)向施工縫處膨脹止水條防水效果試驗(yàn)研究

陳 勇，許召?gòu)?qiáng)，郭 瑞

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,四川 成都 610031; 2.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司,四川 成都 611731)

0 引言

一般來(lái)說(shuō),施工縫位置處容易發(fā)生滲漏水,而隧道防排水措施中目前大多采用止水條進(jìn)行防水[1-7]。止水條主要分為遇水膨脹型和彈性密封型及兩者結(jié)合型三種,目前我國(guó)隧道內(nèi)使用大多為遇水膨脹止水條。遇水膨脹止水條是通過(guò)其遇水發(fā)生膨脹的特性來(lái)起到防水的作用,膨脹止水條遇到縫隙中的滲漏水后,其體積能在短時(shí)間內(nèi)膨脹,將結(jié)構(gòu)縫隙脹填密實(shí),從而阻止?jié)B漏水通過(guò)[8-15]。

目前,止水條安裝方式方面研究較少,大多集中在止水條工作性能、不同類(lèi)型止水條研發(fā)方面研究。吳全立等[16]建立了施工縫張開(kāi)度與止水條止水壓力之間的關(guān)系,并進(jìn)行了模型性能試驗(yàn);薛景沛[17]調(diào)研發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的橡膠條質(zhì)量差異很大,建議設(shè)計(jì)、施工單位應(yīng)在試驗(yàn)、調(diào)查的基礎(chǔ)上,選擇合適的止水條類(lèi)型與生產(chǎn)廠家;韋增紅等[18]具體介紹了遇水膨脹止水條的研制方法;李海燕等[19]研制了一種高膨脹橡膠止水條,其靜水膨脹率不小于600%,防水性達(dá)到了1.5 MPa;周立霞等[20]提出采用遇水膨脹膩?zhàn)又顾畻l和WJ界面黏結(jié)劑作為施工縫止水材料;童智能等[21]介紹了EPDM彈性止水條的綜合性能和在管片拼裝時(shí)的有效應(yīng)用。

經(jīng)調(diào)研后,發(fā)現(xiàn)針對(duì)隧道用遇水膨脹止水條的性能方面缺少相關(guān)試驗(yàn)研究,為更加形象體現(xiàn)止水條遇水膨脹的良好防水性能,更好體現(xiàn)在隧道實(shí)際工作環(huán)境中的體積膨脹止水作用,本文選取隧道工程實(shí)際常用類(lèi)型止水條,開(kāi)展止水條室內(nèi)性能試驗(yàn)研究。

1 止水條遇水膨脹性測(cè)試試驗(yàn)

試驗(yàn)采用PZ-150 J-20 mm×15 mm型遇水膨脹橡膠止水條,材料物理性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 遇水膨脹止水條物理性能統(tǒng)計(jì)表

開(kāi)展止水條真實(shí)膨脹性能及膨脹規(guī)律測(cè)試,取3塊長(zhǎng)度均為5 cm的止水條放入水容器內(nèi)浸泡,每天測(cè)試一次止水條體積變化情況,并計(jì)算相應(yīng)體積變化率,如圖1所示。

圖2為3塊止水條體積及膨脹率隨時(shí)間變化情況統(tǒng)計(jì)曲線。由圖2可知,試塊在6 d～7 d后膨脹體積達(dá)到最大,最終膨脹率平均約450%。日膨脹率起初最大,后隨浸泡時(shí)間逐漸減小,前3天的體積膨脹較快,日膨脹率平均約100%。

2 圓柱型模型膨脹止水試驗(yàn)

在實(shí)測(cè)止水條遇水膨脹率后,為測(cè)試其遇水膨脹止水性能,采用混凝土試塊抗?jié)B試驗(yàn)原理,開(kāi)展圓柱型“抗?jié)B試塊”周邊壓力滲水試驗(yàn),使用抗?jié)B儀、抗?jié)B試塊進(jìn)行注水壓力試驗(yàn),觀察試塊周邊滲水情況,模型試塊如圖3所示,于抗?jié)B試塊中間部分環(huán)向鑲嵌止水條,養(yǎng)護(hù)完成后放置在抗?jié)B儀上壓力注水,觀察試塊周邊滲水情況。

本次試驗(yàn)共制作澆筑6塊抗?jié)B試塊,澆筑養(yǎng)護(hù)完成后逐塊安裝固定于抗?jié)B儀上,6件試塊最終安裝固定展示和編號(hào)順序如圖4所示。

試塊安裝固定后,開(kāi)始逐塊加壓注水,1號(hào)試塊在0.1 MPa注水壓力下試塊周?chē)?10 s內(nèi))開(kāi)始滲水,且滲漏水速度較快,此時(shí)止水條未產(chǎn)生體積膨脹,水在壓力作用下沿試塊圓壁周?chē)鷿B出。與1號(hào)試塊操作相同,開(kāi)展2號(hào)—6號(hào)試塊壓力注水試驗(yàn),試驗(yàn)現(xiàn)象相同,5個(gè)試塊均在0.1 MPa壓力注水開(kāi)始5 s～10 s后周邊滲水,且滲水速度較快,待水流將圓臺(tái)全部淹沒(méi)后,停止加壓注水。0.1 MPa壓力下,6件試塊周邊均出現(xiàn)滲水,如圖5所示。

保持止水條浸水膨脹狀態(tài)1 d后,擦干試件表面積水,每個(gè)試塊0.1 MPa加壓注水,其中有5塊試件周邊依舊出現(xiàn)滲水,如圖6所示,與第一次試驗(yàn)滲水不同,此次試塊表面滲水速度明顯變慢,且滲出水量變小。可見(jiàn)止水條經(jīng)過(guò)1 d浸泡后,體積膨脹變化效果明顯,已能阻止部分水流滲出。

待止水條體積膨脹2 d后,再次0.1 MPa加壓注水,此次6件試塊周邊均未滲水,如圖7所示,增加注水壓力至0.4 MPa～0.5 MPa,右邊4件試塊(3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)試塊)周邊出現(xiàn)輕微滲水,出水流速、流量均較小,如圖8所示。

止水條浸水膨脹3 d后,0.5 MPa加壓注水,此時(shí)僅6號(hào)試塊周邊出現(xiàn)輕微滲水,如圖9所示。增加注水壓力至1.0 MPa,此時(shí)5號(hào)試塊在較大壓力作用下開(kāi)始出現(xiàn)輕微滲水,滲水效果如圖10所示。

止水條浸泡6 d后,1.0 MPa壓力下注水,此時(shí)6件試塊周邊均不再出水,注水30 min后增大注水壓力至1.5 MPa,注水30 min后依舊未出現(xiàn)周邊滲水情況。

綜上,止水條遇水體積膨脹性良好,能夠阻止一定壓力的水流,如被應(yīng)用到隧道施工縫處,應(yīng)該能夠起到較好的防水效果。

3 臺(tái)階型模型實(shí)際止水性能試驗(yàn)

為進(jìn)一步真實(shí)模擬止水條的實(shí)際止水工作性能,開(kāi)展臺(tái)階型模型試驗(yàn),模擬止水條在隧道環(huán)向施工縫中的實(shí)際工作環(huán)境,該模型由A,B上下兩塊(如圖11所示)組成。如圖12所示,制作時(shí),首先澆筑A塊,澆筑完成后在圖12所示兩個(gè)面上固定止水條、土工布、防水板、注水管,為防止后期試驗(yàn)壓力注水時(shí)模型兩側(cè)滲漏水,在B塊左右兩端增設(shè)擋水薄板。

理想狀態(tài)下,注水試驗(yàn)開(kāi)始時(shí),水流會(huì)按照?qǐng)D12(a)中水流方向流動(dòng),壓力水越過(guò)初始狀態(tài)止水條后沿施工縫流出,止水條遇水后產(chǎn)生體積膨脹,逐漸將止水條周?chē)鷿B水空間填滿,施工縫滲漏水流由大逐漸變小,直至不再出水。

圖13為臺(tái)階型模型制作全過(guò)程記錄。依次為模型制作安裝→A塊混凝土澆筑、振搗→抹面→脫?！顾畻l、土工布、防水板、注水管安裝固定→B塊混凝土澆筑、振搗→抹面→脫?！B(yǎng)護(hù)。

將試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷跹b到指定位置、指定姿態(tài)后,水管連接模型注水管。圖14為試驗(yàn)過(guò)程記錄圖,初始注水壓力0.3 MPa,注水試驗(yàn)開(kāi)始1 min后,下部施工縫開(kāi)始滲漏水,符合試驗(yàn)預(yù)期效果,壓力水越過(guò)止水條從施工縫處滲漏出,待止水條遇水膨脹到一定程度后,止水條將周?chē)p隙空間填滿封堵,此時(shí)壓力水無(wú)法越過(guò)止水條,施工縫處便不再產(chǎn)生滲漏水,該試驗(yàn)效果明顯,說(shuō)明止水條在實(shí)際工作環(huán)境中的止水工作性能良好。

4 結(jié)論與建議

1)試驗(yàn)所采用止水條最大自由膨脹率450%左右,日膨脹速率浸水起初最大,逐漸變緩,一周后,速率近乎降為0,止水條吸水膨脹基本飽和。

2)通過(guò)圓柱型模型試驗(yàn)不斷注水、不斷加壓時(shí)試塊表面滲漏情況可知,止水條遇水膨脹性良好,工作性能良好,可有效通過(guò)自身體積膨脹止水,且隨著體積的不斷膨脹,止水條所能阻止水流滲出的水頭高度也在增加,止水能力不斷增加。

3)通過(guò)臺(tái)階型模型注水試驗(yàn),模擬真實(shí)止水條在隧道環(huán)向施工縫中遇水的實(shí)際防水性能,試驗(yàn)認(rèn)為,在止水條被準(zhǔn)確安裝就位條件下,止水條實(shí)際工作性能較好,能夠阻止來(lái)自圍巖方向的水流。如應(yīng)用到實(shí)際隧道施工縫處,在施工質(zhì)量可靠的前提下可起到較好的防水效果,但耐久性值得重視。