自粘式止水带综合防排水效果模型试验研究

郭小雄，马伟斌，马超锋，郭　勇，金家康，陈少静( ．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京　0008; ．衡水中铁建工程橡胶有限责任公司，河北衡水　053000)



自粘式止水带综合防排水效果模型试验研究

郭小雄1，马伟斌1，马超锋1，郭勇2，金家康2，陈少静2
( 1．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081; 2．衡水中铁建工程橡胶有限责任公司，河北衡水053000)

摘要:针对现有铁路隧道用止水带止水能力不足的问题，从阻断渗水通道角度出发，研究开发了自粘式系列止水带，并设计制作防水、排水及接头不透水模型，进行自粘式止水带防水、排水、接头不透水等性能的模型试验。对比分析了自粘式止水带与普通止水带防水效果差异，结果表明:自粘式止水带全面提升了隧道接缝综合防水能力，较普通止水带极限防水能力提高3倍左右，能很好地解决隧道接缝渗漏水问题。本文研究结果为自粘式止水带产品优化、标准制定及设计施工提供了支撑。

关键词:止水带自粘防水排水模型试验

现有铁路隧道用橡胶、钢边、塑料及钢板止水带的止水机理均是通过延长渗水通道和增大渗水阻力来延缓或阻滞地下水渗漏到结构。但是由于止水带材料本体与混凝土的膨胀率不同，因此温度变化、干湿交替等原因会使得止水带与混凝土结合处出现干缩裂缝，从而形成渗水通道，导致现有止水带结构抗绕渗能力不足。施工缝、变形缝等隧道接缝渗漏水占隧道总渗漏水的60%以上，个别工程甚至出现“见缝必漏、无缝不漏”的现象。隧道渗漏水长期侵蚀，加速了衬砌材料的劣化，恶化了隧道衬砌结构的受力状态，缩短了隧道的使用寿命。

本文针对现有铁路隧道用止水带止水能力不足的问题，从阻断渗水通道角度出发，研究开发了自粘式系列止水带，并开展了自粘式止水带防水、排水、接头不透水等性能的模型试验研究。

1　试验原理

1. 1防水性能模型试验原理

将自粘式橡胶止水带加工成环，通过两次混凝土浇筑固定于试验模型中。两次浇筑的混凝土间通过填充泡沫板实现预留空隙，内部预留空隙为储水空间及压力通道，外部预留空隙为观察测试通道，在试验前掏空外侧泡沫板。储水空间注满水后通过高压气泵提供压力来模拟水压力。试验原理如图1所示。

图1防水性能模型试验原理

1. 2排水性能模型试验原理

将外环中埋式自粘橡胶止水带及内环背贴式自粘橡胶止水带，通过两次混凝土浇筑固定于试验模型中。在其接头处采用一体硫化工艺复合导水管，通过模型中心预留空间实现排水。试验模型中间通过填充泡沫板实现预留空隙，两环止水带预留空隙为储水空间及压力通道，外部空间为观察测试通道，在试验前掏空外侧泡沫板。试验原理如图2所示。

图2排水性能模型试验原理

1. 3接头不透水模型试验原理

将自粘式钢板止水带接头四周焊接4块钢板，顶板与4块钢板焊接形成储水空间，在顶板中心开孔作为注水及加压通道。试验原理如图3所示。

图3接头不透水模型试验原理

2　模型设计及制作

2. 1防水模型设计及制作

防水模型试验系统由加载系统与试验模型两部分构成。

1)加载系统。加载系统由位移机构及加压机构组成。位移机构能够实现试验模型的拉伸变形( 0～70 mm)及剪切变形( 0～70 mm) ;加压机构由高压气泵( 0～1. 2 MPa)提供压力。

2)试验模型。试验模型的外形尺寸为850 mm× 850 mm×600 mm。混凝土强度等级为C30，抗渗等级＞P1。试验模型如图4所示。

图4防水性能试验模型

2. 2排水模型设计及制作

排水模型试验系统由加载系统与试验模型两部分构成。

1)加载系统。加载系统由约束机构及注水机构组成。约束机构主要控制试验模型变形;注水机构由高压水泵( 0～0. 6 MPa)和水管构成。

2)试验模型。试验模型外形尺寸为1 600 mm× 1 600 mm×600 mm。其中，外环中埋式自粘橡胶止水带直径1 200 mm，内环背贴式自粘橡胶止水带直径800 mm，中心预留空间直径为400 mm。试验模型如图5所示。

图5排水性能试验模型

2. 3接头不透水模型设计及制作

接头不透水模型试验系统由加压机构与试验模型两部分构成。

1)加压机构。加压机构由高压气泵( 0～1. 2 MPa)、调压阀和高压气管构成。

2)试验模型。试验模型的外形尺寸为300 mm× 300 mm×100 mm。水缸上端设置有连接螺纹管，将四通管接头与水缸相连。四通管接头上方安装压力表，一侧通过水管接口与水龙头相连，另一侧通过气泵接口与气泵相连。试验模型如图6所示。

图6接头不透水试验模型

3　试验内容及工况

3. 1防水性能试验

自粘式止水带防水性能模型试验内容包括拉伸变形状态下、剪切变形状态下及拉剪复合变形状态下的防水性能试验。

试验水压力按0. 1～0. 8 MPa逐级加压，每级增大0. 1 MPa，保压时间为8 h。每级压力下观测是否渗漏，若无渗漏则进行下一级加压试验;如出现渗漏，则停止试验。

3. 2排水性能试验

自粘式止水带排水性能模型试验主要有3种工况，进水压力按0. 1，0. 2，0. 3 MPa加压，主要测试排水量指标。

3. 3接头不透水试验

自粘式钢板止水带接头不透水模型试验内容主要包括单排螺栓+胶粘密封、双排螺栓、双排螺栓+胶粘密封等接头方式。试验水压力按0. 2～0. 6 MPa逐级加压，每级增大0. 1 MPa，保压时间1 h。每级压力下观测是否渗漏，若无渗漏则进行下一级加压试验;如出现渗漏，则停止试验。

3. 4与普通止水带防水性能对比试验

增大水压至自粘式止水带与普通止水带本体破裂或接缝出现渗漏为止，对比二者极限防水能力差异。

4　试验结果分析

4. 1防水性能试验

自粘式止水带防水性能模型试验结果见表1。

表1防水性能模型试验结果

4. 2排水性能试验

自粘式止水带排水性能模型试验结果见表2。

表2排水性能模型试验结果

由表2结果，绘制自粘式止水带进水压力与排水量关系曲线，如图7所示。可以看出，随着进水压力的增大排水量逐渐增加，背贴式自粘止水带排水能力与水压成正相关性。

图7进水压力与排水量关系曲线

4. 3接头不透水性能试验

自粘式钢板止水带接头不透水性能模型试验结果表明:采用双排螺栓加胶粘密封的接头方法，接头不透水压力达到0. 6 MPa;采用双排螺栓的接头方法，水压力达到0. 3 MPa时接头出现漏水;采用单排螺栓加胶粘密封的接头方法，水压力达到0. 2 MPa时接头出现漏水。

4. 4极限防水性能对比试验

自粘式止水带与普通止水带极限防水性能对比试验结果表明:在相同试验条件下，普通止水带在水压力达到0. 3 MPa时，出现渗漏现象;自粘式止水带在水压力为1. 0 MPa时，止水带本体断裂，但其与混凝土接缝处仍未出现渗漏现象，说明自粘式止水带胶粘密封带起到了阻断渗水通道的作用，增强了锚固能力。自粘式止水带较普通止水带极限防水能提高3倍左右。自粘式止水带与普通止水带极限防水能力对比效果如图8所示。

图8极限防水能力对比效果

5　结语

自粘式止水带防水、排水、接头不透水性能模型试验以及自粘式止水带与普通止水带防水性能的对比模型试验结果表明，自粘式止水带全面提升了隧道接缝综合防水能力，较普通止水带极限防水能力提高3倍左右。自粘式止水带胶粘密封带阻断了渗水通道，增强了锚固性能，排水区能及时排出衬砌背后地下水，降低了接缝渗漏风险，具有良好的推广应用前景。

参考文献

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(责任审编周彦彦)

Model test study on comprehensive waterproofing and drainage effect of self-stick water-stop belt

GUO Xiaoxiong1，MA Weibin1，MA Chaofeng1，GUO Yong2，JIN Jiakang2，CHEN Shaojing2
( 1．Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China; 2．China Railway Construction Engineering Hengshui Rubber Co．，Ltd．，Hengshui Hebei 053000，China)

Abstract:According to the inadequate capacity of water-stop belt used in the existing railway tunnels，a series of selfstick water-stop belts were developed，and the waterproof，drainage and impermeable junction models were built to test the performance of self-stick water-stop belt，such as the waterproof，drainage and impermeable junction from the perspective of blocking seepage channel，and the effect of self-stick water-stop belt and the common water-stop belt was compared and analyzed．T he results showed that the self-stick water-stop belt improves comprehensive waterproof capacity of tunnel joint，ultimate waterproof performance of which is three times more than that of common water-stop belt，and could effectively solve the leakage problem of tunnel joint，which could provide the support for product optimization，standard setting and design construction for self-stick water-stop belt．

Key words:W ater-stop belt; Self-stick; W aterproof; Drainage; M odel test

文章编号:1003-1995( 2016) 01-0029-04

中图分类号:U457+．2

文献标识码:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．01．06

作者简介:郭小雄( 1985—)，男，助理研究员，硕士。

基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划项目( 2015G002-F) ;中国铁道科学研究院基金项目( 2015YJ037)

收稿日期:2015-11-15;修回日期: 2015-12-07